Brevet FR2695767A1 — publié le 19940318

A MOTEUR PIÉZO-ÉLECTRIQUE ROTATIF PRÉSENTANT UNE LIAISON STATOR-BOITIER AMÉLIORÉE. La présente invention concerne un moteur piézo-électrique Le moteur piézo-électrique fonctionne selon le principe de la conversion piézo-électrique inverse, c'est-à-dire la transformation d'une tension électrique en une déformation mécanique. Les moteurs piézo-électriques connus dans l'art antérieur se composent habituellement: d'un stator formé d'une pièce flexible excitée par un transducteur piézo-électrique; d'un rotor revêtu d'un matériau anti- friction qui permet de convertir avec un bon rendement les vibrations du stator en mouvement du rotor; un système qui permet d'appliquer une pression axiale permanente et régulière entre le stator et le rotor. Lorsqu'on applique sur la céramique piézo- électrique des tensions sinusoïdales d'amplitude et de fréquence convenables ainsi qu'un déphasage relatif approprié, on produit des ondes progressives de vibration de flexion sur la pièce flexible Un point matériel situé à la surface du stator décrira une trajectoire elliptique La fréquence de la tension alternative appliquée au transducteur piézo-électrique est déterminée de façon à correspondre sensiblement à la fréquence de résonance mécanique de l'ensemble constitué par le stator et par les transducteurs piézo-électriques qui lui sont associés. De tels moteurs ont fait l'objet de plusieurs brevets antérieurs, et en particulier on trouvera une description du principe général dans la revue IBM Technical Disclosure Bulletin No 16 de 1973, article de Monsieur BARTH, ou encore dans le brevet américain délivré sous le numéro 4 736 129, ou encore dans le brevet USR 60 4 100 de la Société KK SHINSEI KOGIO. Ces moteurs présentent un couple important à basse vitesse En outre, ils présentent l'avantage d'être auto-bloquant, c'est-à-dire de présenter un couple de maintien très important. On a également proposé dans l'art antérieur d'utiliser les deux faces du stator Le brevet W 091/11850 décrit un moteur ultrasonique qui comporte un stator excité par un ou plusieurs oscillateurs ultrasoniques et une première partie mobile en contact avec l'une des faces du stator Une deuxième partie mobile est en contact sous pression avec une deuxième face superficielle du stator. Les documents de l'art antérieurs omettent généralement de décrire les moyens de liaison entre le stator et le boîtier extérieur du moteur, ou font référence à une liaison élastique. Un brevet de l'art antérieur, le brevet japonais JP 1243860, propose de fixer le stator sur un boîtier intermédiaire qui est introduit dans une enveloppe tubulaire La liaison entre le boîtier intermédiaire supportant les pièces statoriques et l'enveloppe extérieure est assurée par des ergots autorisant un déplacement axial. Les conditions de raccordement du stator sur le bâti jouent en fait un rôle relativement important. En particulier, la qualité et la nature de la liaison intervient dans l'usure du polymère assurant la conversion, par frottement, des vibrations du stator, en déplacement du rotor. Les solutions de l'art antérieur provoquent généralement des glissements significatifs selon la direction radiale de l'interface rotor- stator En outre, les pièces de liaison perturbent les phénomènes vibratoires, et conduisent à une augmentation sensible des fréquences propres, et par conséquences à une atténuation de l'amplitude des ondes progressives entretenues sur un mode propre considéré. L'objectif de la présente invention est de remplacer la liaison stator-bâti classique, de type élastique, par une liaison articulée permettant de linéariser la loi de variation de l'amplitude des vibrations selon le rayon du stator. A cet effet, l'invention concerne plus particulièrement un moteur piézoélectrique caractérisé en ce que la liaison entre le stator et ledit boîtier rigide est assurée exclusivement par des moyens de liaison rigide reliant trois points du plan médian du stator au boîtier, chacun desdits moyens de liaison conservant au moins un degré de liberté en rotation par rapport à un axe radial du stator cylindrique Ce degré de liberté doit autoriser les rotations des sections droites du stator en vibrations forcées. Ce mode de liaison permet de bloquer la rotation axiale du stator et d'assurer un positionnement précis de ce dernier par rapport au boîtier, et par conséquence par rapport au rotor ou aux rotors, sans créer de perturbation de phénomènes vibratoires. Selon un premier mode de réalisation, les moyens de liaison rigide sont constitués par des ergots solidaires du stator, lesdits ergots s'étendant par rapport au plan médian du stator selon des directions radiales écartées de 120 degrés pour conserver l'axisymétrie nécessaire à la génération d'une onde progressive d'amplitude constante. Avantageusement, les moyens de liaison rigides coopèrent avec le boîtier par l'intermédiaire de lumières d'une largeur sensiblement égale à la section transversale desdits moyens de liaison. Selon une première variante, les lumières sont allongées dans la direction parallèle à l'axe de symétrie du stator. Selon un variante préférée, les lumières sont circulaires et comportent chacune un roulement pour réduire les frottements des ergots mobiles en rotation selon un axe radial du stator. Selon une variante particulière, le stator est symétrique par rapport à un plan médian et présente deux faces actives entraînant deux parties rotoriques accouplées disposées de part et d'autre de la partie statorique, les transducteurs piézo-électriques étant inclus dans le stator de façon à l'exciter selon les deux faces vibratoires. Avantageusement, le stator est constitué de deux parties annulaires disposées de part et d'autre d'une pièce d'isolation centrale coaxiale. Des transducteurs piézo-électriques à deux faces actives étant intercalés entre ladite pièce d'isolation électrique et chacune des parties annulaires du rotor et en ce que le moteur comporte une partie rotorique s'appuyant sur chacune des surfaces extérieures de la partie statorique. Selon un autre mode de réalisation, le stator présente au niveau de son plan médian un épaulement, les moyens de liaison étant constitués par une couronne solidaire du boîtier, et entrant en contact avec ledit épaulement entre trois points écartés de 120 degrés, selon des surfaces de contacts de faible largeur, perpendiculaires à l'axe de symétrie du stator. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins o: 2695767 la figure 1 représente une vue éclatée du moteur; la figure 2 représente une vue en coupe transversale du moteur; la figure 3 représente une vue selon une coupe radiale OA d'un moteur selon un premier mode de réalisation; la figure 4 représente une vue selon une coupe radiale OA d'un moteur selon un second mode de réalisation; la figure 5 représente une vue selon une coupe radiale OA d'un moteur selon un troisième mode de réalisation; la figure 6 représente une vue éclatée d'un moteur selon un second mode de réalisation; la figure 7 représente une vue selon une coupe OA du moteur bi-rotor; Les figures 8 à 10 représentent un autre mode de réalisation. Le moteur représenté selon un mode de réalisation particulier en figure 1 comporte un rotor en forme de disque, non représenté sur la figure, et un stator ( 1) constitué par une couronne rigide en un matériau tel que du bronze Le rotor et le stator ( 1) sont de type connu et de ce fait ne sont pas décrit de façon explicite dans ce qui suit. Le rotor est solidarisé avec le boîtier ( 2) par l'intermédiaire de trois ergots ( 4, 5, 6) s'étendant radialement selon trois axes ( 7, 8, 9) formant un angle de 120 degrés deux à deux Les ergots ( 4, 5, 6) sont solidaires du stator ( 1) au niveau du plan médian ( 13). Les ergots ( 4, 5, 6) sont constitués par des tiges métalliques rigides, solidaires du stator ( 1) par collage ou tout autre moyen de liaison connu. Les ergots ( 4, 5, 6) sont fixés sur le stator ( 1) au niveau du plan médian perpendiculaire à l'axe de symétrie O dudit stator ( 1), qui est également l'axe de rotation du rotor. La figure 2 représente le moteur vu selon le plan de coupe médian ( 13). Le boîtier présente en relation avec les ergots ( 4, 5, 6) des lumières ( 10, 11, 12) permettant le passage desdits ergots, en conservant au moins un degré de liberté en rotation par rapport aux axes radiaux OA, OA' et OA". Les lumières ( 10, 11, 12) peuvent être circulaires ou oblongues ou encore elles peuvent être constituées par de simples appuis Les ergots ( 4, 5 et 6) coopèrent avec les lumières ( 10, 11 et 12) d'une part pour assurer le centrage du stator ( 1) par rapport au boîtier ( 2), et d'autre part pour assurer le blocage axial du stator ( 1) qui reçoit par ailleurs la pression exercée axialement par le ou les rotors. Le figure 3 représente un premier mode de réalisation, correspondant à une vue en coupe selon un plan contenant l'axe OA. Dans ce mode de réalisation, la lumière ( 12) est constituée par une goulotte prévue au niveau d'un épaulement ( 14) du boîtier ( 2) Le stator ( 1) est maintenu en position du fait de la pression exercée par le rotor. Dans le mode de réalisation représenté en figure 4, la lumière ( 12) est de forme oblongue Sa largeur correspond sensiblement au diamètre de l'ergot ( 6), afin de ne laisser subsister que le jeu nécessaire à la rotation dudit ergot La hauteur de la lumière ( 12) est supérieure à la largeur de la lumière afin de permettre un débattement au stator ( 2) par rapport au boîtier ( 2). 7 2695767 La figure 5 représente un autre mode de réalisation dans lequel la lumière ( 12) est de forme cylindrique et contient un roulement à bille ( 15) assurant un positionnement précis de l'ergot ( 6) et autorisant une rotation sans jeu. La figure 6 représente une vue éclatée d'un autre mode de réalisation dans lequel le moteur comporte un stator ( 1) à deux faces actives, ainsi que deux rotors ( 50, 51) disposés de part et d'autre du plan médian ( 13) du rotor. la figure 7 représente une vue selon une coupe OA du moteur bi-rotor. Le stator ( 1) est positionné par rapport au boîtier extérieur ( 2) par des ergots ( 4) solidarisé au niveau du plan médian ( 13). Les figures 8 à 10 représentent un autre mode de réalisation, dans lequel le stator ( 1) présente un épaulement ( 21) au niveau du plan médian Le boîtier comporte un insert ( 22) en forme de couronne, présentant trois protubérances ( 23 à 25) arrondies à leurs sommets ( 26 à 28) Le stator ( 1) vient s'appuyer sur l'insert ( 22) au niveau de l'épaulement ( 21), qui entre en contact roulant avec les sommets ( 26 à 28) Le stator peut présenter des encoches ( 29, 30) susceptibles de coopérer avec les protubérances ( 23 à 25), comme représenté en figure ( 10) Le rotor est articulé par rapport au boîtier selon des moyens connus, et l'action des moyens de serrage assurant la pression du rotor sur le stator ( 1) assure par ailleurs le maintien du stator ( 1) sur les protubérances ( 23 à 25) de l'insert ( 22). L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif Il est bien entendu que l'Homme de Métier sera à même de réaliser diverses variantes propres à assurer les mêmes fonctions de solidarisation du stator avec le boîtier. 8 2695767 REVENDICATIONS 1 Moteur à transducteurs piézo-électriques constitué par au moins un stator réalisé en un matériau déformable élastiquement excité par un transducteur piézo-électrique, et par au moins un rotor revêtu d'un matériau anti-friction permettant de convertir les mouvements de surface du stator en mouvement d'entraînement du rotor, le moteur comportant en outre un moyen pour exercer une pression permanente et constante entre le rotor et le stator, les composants dudit moteur étant logés dans un boîtier rigide, caractérisé en ce que la liaison entre le stator et ledit boîtier rigide est assuré exclusivement par des moyens de liaison rigides ( 4, 5, 6) reliant trois points du plan médian du stator au boîtier ( 2), chacun desdits moyens de liaison ( 4, 5, 6) conservant au moins un degré de liberté en rotation par rapport à un axe radial du stator cylindrique. 2 Moteur à transducteurs piézo-électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison rigide sont constitués par des ergots ( 4, 5, 6) solidaires du stator, lesdits ergots ( 4, 5, 6) s'étendant par rapport au plan médian du stator selon des directions radiales écartées de 120 degrés. 3 Moteur à transducteurs piézo-électriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de liaison rigides coopèrent avec le boîtier ( 2) par l'intermédiaire de lumières d'une largeur sensiblement égale à la section transversale desdits moyens de liaison. 4 Moteur à transducteurs piézo-électriques selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lumières sont allongées dans la direction parallèle à l'axe de symétrie du stator. Moteur à transducteurs piézo-électriques selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lumières sont circulaires et comportent chacune un roulement pour réduire les frottements des ergots ( 4, 5, 6) mobiles en rotation selon un axe radial du stator. 6 Moteur à transducteurs piézo-électriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator est symétrique par rapport à un plan médian ( 3) et présente deux faces actives entraînant deux parties rotoriques accouplées disposées de part et d'autre de la partie statorique ( 1), les transducteurs piézo-électriques étant inclus dans le stator de façon à l'exciter selon les deux faces actives. 7 Moteur à transducteurs piézo-électriques selon la revendication 6, caractérisé en ce que le stator est constitué de deux parties annulaires disposées de part et d'autre d'une pièce d'isolation centrale coaxiale, des transducteurs piézo-électriques à deux faces actives étant intercalés entre ladite pièce d'isolation électrique et chacune des parties annulaires du rotor et en ce que le moteur comporte une partie rotorique s'appuyant sur chacune des surfaces extérieures de la partie statorique ( 1). 8 Moteur à transducteurs piézo-électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator présente au niveau de son plan médian un épaulement, les moyens de liaison étant constitués par une couronne solidaire du boîtier ( 2), et entrant en contact avec ledit épaulement entre trois points écartés de 120 degrés, selon des surfaces de contacts de faible largeur, perpendiculaires à l'axe de symétrie du stator.