Brevet FR2618184A1 — publié le 19890120

La présente invention concerne un moteur à ultrasons du type à onde stationnaire ou progressive et comportant un stator constitué d'un corps élastique et d'un élément céramique piezoéléctrique et un rotor entrainé par frottement par le stator. De tels moteurs à ultrasons sont aujourd'hui bien connus et on citera, à titre d'exemple, le moteur U.S,R-60-4-100 de la société K.K. SHINSEI KOGYO. Ces moteurs présentent des caractéristiques avantageuses parmi lesquelles on retiendra particulièrement un faible encombrement, la légèreté, une structure simple et un couple maximum obtenu à basse vitesse. Ces moteurs sont en outre irréversibles, c est-à-dire autoblocant. Toutefois, les couples délivrées par ces moteurs sont faibles, de telle sorte qu'ils ne sont utilises actuellement que dans les applications particulières tel qu'entrainement de platines de tourne disque, asse-rvissement, entrainement de vitre de voiture. Compte tenu de leurs autres caractéristiques, l'emploi de tels moteurs serait intéressant dans des applications nécessitant un couple sensiblement plus élevé.On a dès lors cherché un moyen d'augmenter ce couple. L'une des solutions examinées a tout d'abord été l'augmentation de la tension et de la fréquence d'alimentation du moteur. La modification de la tension oblige toutefois à sortir des gammes de tensions habituellement distribuées et réglementaires, c'est-à-dire à adjoindre au moteur un transformateur. En outre, l'augmentation de la fréquence engendre une augmentation de la vitesse qui n'est souvent pas désirée. Enfin, les gains ne sont pas proportionnels. L'autre solution examinée consiste à augmenter le diamètre 'de l'élément souple du stator. Cette solution est coûteuse. En effet, l'élément souple est constitué généralement d'une pièce de bronze dont la surface et le poids varient avec le carré du diamètre, ce qui augmente rapidement le prix du moteur. Cette pièce est d'autre part liée intimement à une céramique, elle-même coûteuse et dont le prix augmente rapidement avec les dimensions. L'augmentation de diamètre rend en outre le moteur souvent inadapté à l'utilisation prévue. Enfin, chaque fois que l'on aura besoin d'un couple plus élevé, il sera nécessaire de réaliser un nouveau moteur, une telle réalisation impliquant une calculation compliquée et des frais élevés d'étude et de fabrication. La présente invention a pour but d'augmenter le couple à volonté sans agir ni sur la tension, ni sur la fréquence, ni sur un diamètre, c'est-à-dire en restant dans les plages de tension et fréquences normalisées et sans créer de problèmes d'intégration dans les dispositifs utilisant de tels moteurs. Ce but est atteint par le moteur à ultrasons selon l'invention qui est caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs stators et plusieurs rotors assemblés coaxialement et un arbre de sortie entraîné par tous les rotors. Selon une forme d'exécution de l'invention, le moteur est constitué de plusieurs boîtiers accolés contenant chacun au moins un stator et au moins un rotor solidaire d'un arbre présentant d'un coté du boitier une partie saillante profilée et de l'autre côté du boitier un creux profilé de profil conjugué â celui de la partie saillante et dans lequel est engagée la partie saillante de l'arbre d'un boîtier voisin accolé, à l'exception du dernier boitier bien entendu. Selon d'autres formes d'exécution, le moteur à ultrasons selon l'invention est constitué soit de plusieurs boîtiers logés dans un tube et traversés par un arbre commun, soit de stators et de rotors montés directement dans une cage tubulaire et traversés par un arbre commun. Dans tous les cas, on utilise des rotors et des stators de type standard et le couple désiré peut être obtenu en associant un nombre adéquat de rotors et de stators. Le diamètre des différents moteurs susceptibes d'êtres construits est toujours le meflre, ce qui facilite son montage dans un dispositif. Ceci est particulièrement intéressant pour le montage dans le tube d'enroulement d'un store ou volet roulant. La faible vitesse de rotation d'un tel moteur permet de simplifier le réducteur de vitesse, voir de se passer de réducteur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d exécution de l'invention. La figure 1 est une vue partielle, en coupe axiale, du moteur selon une première forme d'exécution. La figure 2 est une vue en coupe axiale du moteur selon une deuxième forme d'exécution. La figure 3 est une vue en coupe axiale du moteur selon une troisième forme d'exécution. Le moteur représenté à la figure 1 est constitué de plusieurs boîtiers identiques accolés tels que 1, 2, 3 et 4, le dessin ayant été coupé sur la gauche pour montrer que le nombre de boîtiers accolés peut être quelconque. Chacun de ces boîtiers est constitué d'une cuvette annulaire 5 en matière synthétique partiellement fermée par un flasque 6 en matière synthétique. Au centre du flasque 6 est montée une bague 7 dans laquelle est fixé un roulement à billes 8 servant de palier unique à un arbre 9, selon une technique usuelle dans ce type de moteur. L'arbre 9 est en outre engagé dans l'ouverture de la cuvette 5 par une partie de plus grand diamètre 9a tournant librement dans cette ouverture.D'un côté du boitier, l'abre 9 présente une partie saillante 9b présentant un méplat 10 et de l autre côté du boitier un creux 11 de profil conjugué au profil de la partie saillante 9b de manière à permettre l'emboîtement d'une partie saillante 9b dans ce creux 11. Chaque boitier contient une unité motrice réalisée de manière connue comprenant un stator constitué d'un disque élastique en bronze 12 fixé au flasque 6 et muni, sur l'une de ses faces, d'une paire de disques en céramique piézoélectrique 14 et présentant de l'autre côté des fentes radiales 15.Ce stator entraîne par frottement un rotor 16 en forme de disque maintenu en appui contre le stator par un ressort 17 conique en forme de rondelle Selleville solidaire en rotation du rotor 16 par des ergots 18 et dont l'ori- fice central est muni de dents 19 coopérant avec une denture 20 formée sur l'arbre 9, de telle sorte que le rotor 16 est solidaire en rotation de l'arbre 9 par l'intermédiaire du ressort 17. L'alimentation électrique du stator, par quatre conducteurs, est assurée' radialement au moyen de lames de contact 21. Pour réaliser un moteur présentant le couple désiré, il suffit d'accoller plusieurs boîtiers en emboîtant la partie saillante 9b de l'arbre d'un boitier dans le creux 11 de l'arbre du boitier voisin. Les boîtiers sont maintenus ensemble par tout moyen adéquat. Le rotor 16 pourrait bien entendu être solidarisé en rotation directement avec l'arbre 9 par toute forme adéquate. Le méplat 10 pourrait être remplacé par tout autre profil. La deuxième forme d'exécution, représentée à la figure 2, se caractérise par un tube 22, par exemple en métal, dans lequel sont logés un certain nombre de boitiers circulaires tels que 23, 24 et 25 accolés les uns aux autres et maintenus ensemble entre deux flasques 27 et 28 fermant les extrémités du tube 23. Chacun des boîtiers est constitué de deux demi-boitiers 31 et 32 contient deux stators 29 et 30 fixés respectivement sur chacun des demi-boitiers 31 et 32 du boitier par des vis ou tout autre moyen, ces stators coopérant respectivement avec deux rotors 33 et 34. Entre ces rotors sont disposés deux ressorts coniques 35 et 36, genre Bellevilie, prenant appui l'un contre l'autre et assurant l'appui des rotors contre les stators. Sur le dessin on a en outre représenté la paire de disques piézoéïectrique 37 associée à un stator et un élément de frottement 38 solidaire du rotor. Tous les boîtiers sont traversés par un arbre commun 39 rainuré solidaire en rotation des ressorts 35 à 36 eux-mêmes solidaires en rotation des rotors. L'arbre 39 est porté par deux paliers à billes 40 et 41 montés respectivement dans les flasques 27 et 28. L'alimentation des stators s'effectue au moyen de quatre conducteurs 42 à travers le flasque 27. Chaque boitier présente d'un côté quatre fiches males telles que 43 et 44 venant s'emboiters soit dans quatre fiches femelles telles que 45 et 46 du flasque 27 pour le premier boitier 23, soit dans quatre fiches femelles telles que 47 et 48 de l'autre face d'un autre boitier, l'alimentation des différents stators étant assurée à travers les boîtiers par des conducteurs tels que les conducteurs 49, 50 et 51. Le moteur selon la troisième forme d'exécution représentée à la figure 3, comprend une cage tubulaire métallique 53 doublée intérieurement d'un manteau en matière isolante 54 et fermée à ses extrémités par deux flasques 55 et 56 portant également deux paliers à billes 57 et 58 portant un arbre unique 59. La cage tubulaire 53 contient un certain nombre d'ensembles statorirotor groupés par paire de la même manière que dans les boîtiers de la figure 2. Les disques 60 et 61 constituant les stators de chaque paire sont maintenus axialement et angulairement dans des rainures 62, respectivement 63 ménagées dans le manteau 54. Chacune de ces rainures est divisée en quatre segments dans lesquels s engagent respectivement quatre secteurs des stators.Comme dans la deuxième forme d'exécution, les rotors 64 et 65 associés à chacun des stators 60 et 61 sont maintenus en appui contre le stator par deux ressorts coniques 66 et 67 en appui l'un contre l'autre, Ces ressorts sont solidaires en rotation d'une part des rotors 64 et 65 et d'autre part de l'arbre 59. L'arbre 59 et le centre des rotors 66 et 67 présentent un profil crénelé. L'excitation des plaques de céramique piézoélectriques est assurée par quatre barres conductrices telle que 68 noyées dans la paroi isolante 54 et s'étendant parallèlement à l'axe du moteur. Chaque stator est équipé de frotteurs tel que 69 assurant le contact avec les barres conductrices. Pour assembler les moteurs il suffit donc d'enfiler les stators, les rotors et les ressorts dans la cage tubulaire 53 sur l'arbre 59. La longueur du moteur sera fonction du couple désiré. REVENDICATIONS. 1. Moteur à ultrasons du type à onde stationaire ou progressive comportant un stator constitué d'un corps élastique et d'un élément céramique piézoélectrique et un rotor entraîné par frottement par le stator, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs stators (12; 29; 60) et plusieurs rotors (16; 33; 64) assemblés coaxialement et un arbre de sortie (9;39;59) entraîné par tous les rotors. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs boîtiers accolés (1. 2, 3, 4) contenant chacun au moins un stator (12) et au moins un rotor (16) solidaire d'un arbre (9) présentant d'un côté du boitier une partie saillante profilée (9b) et de l'autre côté du boitier un creux profilé (11) de profil conjugué de ladite partie saillante et dans lequel est engagée la partie saillante de l'arbre d'un boitier voisin accolé, à l'exception du dernier boitier 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs boîtiers accolés (23, 24, 25) contenant chacun au moins un stator (29, 30) et au moins un rotor (33, 34) et d'un arbre profilé commun (39) traversant tous les boitiers et solidaire en rotation des rotors présentant à cet effet un trou central profilé. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les boîtiers sont logés dans un tube (22) muni de deux flasques (27, 28) à ses extrémités, flasques dans lesquelles l'arbre (39) est soutenu par des roulements à billes, et en ce que les faces des boîtiers présen- tent des moyens d'enfichage (43, 48) multipolaire entre eux et avec l'un des flasques (45, 46) pour l'alimentation électrique des stators par l'intermédiaire dudit flasque. 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les stators (60, 61) et les rotors (64. 65) sont montés dans une cage tubulaire (53) traversée par un arbre commun profilé (59) solidaire en rotation des rotors et présentant à cet effet un trou central profilé, la cage tubulaire étant fermée à ses extrémités par deux flasques (55, 56) soutenant l'arbre, la cage tubulaire présentant une paroi intérieure (54) en matière isolante dans laquelle les stators sont maintenus axialement et en rotation, l'alimentation électrique des stators étant assurée par des barres longitudinales (68) fixées dans la paroi isolante et sur lesquelles viennent s'appuyer des frotteurs t69) des stators. 6. Moteur élémentaire pour la réalisation d'un moteur à ultrasons selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un boitier (5) contenant au moins un stator (12) et au moins un rotor (16) solidaire d'un arbre (9) présentant d'un côté du boitier une partie saillante profilée (9b) et de l'autre coté du boîtier un creux profilé (11) de profil conjugué à celui de la partie saillante.