Brevet FR2706227A1 — publié le 19941216

La présente invention concerne des moteurs à ultra- sons et, plus précisément, elle concerne des moteurs à ultrasons ayant une réalisation perfectionnée de stator et mettant en oeuvre une oscillation ultrasonore. Le brevet japonais n 1-17 353 décrit un moteur à ultrasons dans lequel le stator du moteur comporte un corps élastique formé de métaux et d'autres matériaux, le corps élastique étant fixé à un élément de conversion électro- mécanique composé d'un corps piézoélectrique. Cependant, le dispositif classique décrit dans ce brevet japonais n 1-17 353 présente des fluctuations de performances dues aux variations de température ou à la détérioration de la résistance aux conditions ambiantes des éléments associés. La présente invention se rapporte à la solution de ces problèmes qu'on peut attribuer à la fixation de types différents de matériaux constituant le stator. L'utilisation de nombreux matériaux pour la réalisa- tion du stator peut également provoquer une augmentation du coût global du moteur. La présente invention a donc pour but d'empêcher les fluctuations de performances d'un moteur à ultrasons en présence de changements de température ou d'une détériora- tion des propriétés de résistance aux conditions ambiantes des éléments associés qui appartiennent au stator. L'invention a aussi pour but la réduction du coût de réalisation du stator. Elle a aussi pour but la réalisation d'un stator formé uniformément d'un matériau qui permet la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique, sans présence d'une couche adhésive entre les différentes parties du stator. Plus précisément, l'invention concerne un moteur qui comporte un stator formé d'un matériau qui permet la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique. Le stator possède une première partie ayant deux électrodes qui se correspondent et sont destinées à appliquer un signal à la première partie, et une seconde partie de configuration uniformément adaptée correspondant à celle de la première partie et ayant une surface adjacente à la première partie dans laquelle le matériau n'est pas présent. Cette zone assure une séparation partielle de la seconde partie de la première. La seconde partie n'est pas présente entre les électrodes. Le moteur comporte en outre un élément mobile qui est au contact de la seconde partie et qui est piloté par des ondes d'oscillation progressives créées dans la seconde partie à la suite de l'application d'un signal aux électrodes. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation de moteur à ultrasons selon l'invention; la figure 2(A) est une vue en élévation frontale du stator dans un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2(B) est un graphique représentant une onde d'oscillation progressive; la figure 3 est une coupe schématique suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue éclatée en perspective d'un stator de type circulaire et d'un élément mobile correspondant; la figure 5 est un schéma d'un stator de type circulaire; la figure 6 est un diagramme synoptique d'un circuit utilisé dans le premier mode de réalisation de l'invention; la figure 7(A) est une vue en élévation frontale d'un stator dans un second mode de réalisation de l'invention; la figure 7(B) est un graphique représentant une onde d'oscillation progressive; la figure 8(A) est une vue en élévation frontale d'un stator selon un troisième mode de réalisation de la présente invention; et la figure 8(B) est un graphique représentant une onde d'oscillation progressive. On se réfère maintenant plus en détail aux modes de réalisation préférés de l'invention dont des exemples sont représentés sur les dessins annexés sur lesquels les réfé- rences identiques désignent des éléments analogues. Les figures 1 à 3 représentent un moteur dans un premier mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, l'ensemble du stator 1 est uniformément constitué d'un même matériau. Ce matériau est tel qu'il permet une conversion d'énergie électrique en énergie mécanique par application d'un "processus spécifié". Ce processus spé- cifié désigne un processus de polarisation appliqué au stator 1. Dans le mode de réalisation préféré, on utilise du titanate-zirconate de plomb (PZT) comme matériau formant le stator 1. Une première partie la du stator 1 possède des électrodes 20 et 30 sur ses deux faces qui sont perpendicu- laires à une surface qui est au contact d'un élément mobile 4. Une zone qui se trouve à l'extérieur de la première partie la du stator 1 est appelée "seconde partie" lb. Cette seconde partie lb a une ouverture lc dans laquelle le matériau PZT n'est pas présent. La configuration de l'ouverture lc doit être rectangulaire ou ovale. Une tension ayant une fréquence est appliquée à la région comprise entre les électrodes 20 et l'électrode 30, si bien que la première partie la est étirée dans la direction dans laquelle sont placées des électrodes 20 et 30. Lorsque la première partie la s'allonge, des ondes d'oscillation progressives sont créées dans la partie en forme de peigne le, depuis la partie ld qui se trouve au-dessus de l'ouver- ture lc. En conséquence, la partie en forme de peigne le joue le rôle d'un pivot. La zone de la seconde partie lb dans laquelle le matériau n'est pas présent est disposée parallèlement à la zone de la première partie la présente entre les électro- des. De façon avantageuse, la zone de la seconde partie lb dans laquelle le matériau n'est pas présent est constituée d'un matériau qui ne peut pas convertir l'éner- gie électrique en énergie mécanique. Les zones des secondes parties lb dans les- quelles le matériau n'est pas présent sont disposées afin qu'elles présentent un pas identique à celui des zones de la première partie correspondante la formées entre les électrodes correspondantes 20. Sur la figure 1, la configuration en coupe verticale du stator 1 (configuration en coupe comprenant la partie de peigne le) est sensiblement carrée. Cependant, elle peut être rectangulaire, trapézoïdale ou circulaire. L'élément mobile 4 est au contact de la seconde partie lb du stator 1 et est entraîné par des ondes d'oscillation progressives qui sont créées. L'entraînement de l'élément mobile par les ondes d'oscillation progres- sives est décrit dans le brevet japonais n 1-17 353 si bien qu'on ne le décrit pas en détail dans le présent mémoire. La figure 2(A) est une vue en élévation frontale d'un stator 1 et la figure 2(B) est un schéma permettant la description de la corrélation entre la disposition des électrodes et la longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. Comme l'indiquent les figures 2(A) et 2(B), la disposition de quatre électrodes 20 correspond à une longueur d'onde. La figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2(A) et représente la corrélation entre la disposi- tion de polarisation du stator 1 et le procédé d'applica- tion de la tension ayant une fréquence. Lors de l'appli- cation d'une telle tension, une tension de phase A provenant d'une borne A 32 et une tension de phase B prove- nant d'une borne B 34 sont appliquées en alternance dans l'espace compris par les électrodes 20. L'électrode 30 est connectée à la masse par une borne G 36. Les tensions de la phase A et de la phase B sont déphasées de a/2 pour des raisons de synchronisation. Dans un ensemble polarisé, chaque paire d'électrodes 20 est polarisée en alternance en sens opposés de manière que deux électrodes adjacentes 20 soient polarisées dans le même sens (voir figure 3). L'électrode 30 est une électrode partagée. Une description détaillée du principe de la création des ondes d'oscil- lation progressives figure dans le brevet japonais 60-245 482 si bien qu'on ne la répète pas. La figure 4 est une vue éclatée en perspective dans laquelle le stator 1 selon un mode de réalisation de l'invention a une configuration circulaire. Les références identiques à celles des figures précédentes désignent des éléments ayant des fonctions identiques. Pour des raisons de commodité de fabrication du stator 1, la largeur du côté du carré de la partie de peigne le peut être prolongée car le stator 1 s'étire dans la direction du rayon. En outre, la largeur d'une cavité comprise entre les parties adjacentes formant les dents du peigne le peut être agran- die car le stator 1 s'allonge dans la direction du rayon. En outre, la largeur de l'ouverture lc peut être agrandie lorsque le stator 1 s'allonge dans la direction du rayon. Sur la figure 4, l'épaisseur des électrodes 20 et 30 n'est pas exagérée comme représenté sur la figure 1. Dans un mode de réalisation préféré, l'ouverture lc est disposée afin qu'elle présente un même pas (c'est-àdire une même pente ou un même angle) que la région de la première partie la comprise entre les électrodes 20 et 30. Comme l'indique la figure 4, la pente de l'ouverture lc est parallèle à celle de la première partie la. De façon avantageuse, le stator 1 a une configu- ration circulaire ayant plusieurs premières parties la et plusieurs secondes parties lb, les premières parties la étant adjacentes les unes aux autres, les électrodes 20,30 étant placées aux circonférences interne et externe respectivement du stator étant une électrode partagée par les premières parties la et les électrodes 20 placées à la circonférence externe du stator étant liées individuelle- ment à une première partie correspondante la. La zone de la seconde partie lb dans laquelle le matériau n'est pas présent est disposée afin qu'elle possède un pas égal à celui de la zone de la première partie la présente entre les électrodes correspondantes. La figure 5 est une coupe de la première partie la de la figure 4. La borne P 25 représente un signal indi- quant l'état d'oscillation du stator 1 ou de l'élément mobile 4. Une description détaillée du principe de création des ondes d'oscillation progressives dans cette configura- tion est décrite dans le brevet japonais n 60-245 482 et est donc omise. La figure 6 est un diagramme synoptique des circuits fonctionnels du mode de réalisation de l'invention. La tension créée par l'oscillateur 5 (en général dans une largeur de bande des ultrasons comprise entre environ 20 kHz et 200 kHz) est amplifiée par l'amplificateur 6 et transmise au stator 1 sous forme de la tension de la phase A par la borne A 32. En outre, la tension créée par l'oscillateur 5 est transmise à un circuit déphaseur 7 dans lequel elle subit un déphasage de n/2, amplifiée par l'amplificateur 8, et pénètre dans le stator 1 sous forme de la tension de phase B par la borne B 34. La borne P 25 représente un signal indiquant l'état d'oscillation du stator 1 ou de l'élément mobile 4. Le circuit 9 de détermi- nation de fréquence règle la fréquence de l'oscillateur 5 d'après les signaux provenant de la borne P 25. La figure 7(A) est une vue en élévation frontale du stator 11 dans un second mode de réalisation de l'inven- tion. Le stator 11 possède une première partie lia munie d'électrodes 12 et une seconde partie llb ayant des ouver- tures llc. La corrélation avec l'élément mobile 4 n'est pas indiquée sur la figure 7(A) car elle est analogue à celle du premier mode de réalisation. La figure 7(B) est un o10 graphique indiquant la corrélation entre la disposition des électrodes et la longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. La figure 7(B) indique que la disposition de deux électrodes 12 correspond à une longueur d'onde. La différence entre le second et le premier mode de S15 réalisation est que deux ouvertures 11c (o le matériau PZT n'est pas présent dans la seconde partie 11b) et deux élec- trodes 12 sont placées dans l'étendue d'une longueur d'onde. La corrélation entre la disposition des électrodes et la longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives est analogue à la corrélation décrite dans le brevet japonais n 60-245 482, en référence aux figures 10 à 13 de ce document. La possibilité de consolidation séparée du câblage de la phase A et de celui de la phase B constitue un avantage. La figure 8(A) est une vue en élévation frontale d'un stator 21 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Le stator 21 comporte une première partie 21a ayant des électrodes 22 et une seconde partie 21b ayant des ouvertures 21c. La corrélation avec un élément mobile n'est30 pas décrite en référence à la figure 8(A), car elle est analogue à celle du premier mode de réalisation. La figure 8(B) est un schéma utile pour la description de la corré- lation entre la disposition des électrodes et la longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. La figure 8(B) indique que la disposition de deux électrodes 22 correspond à une longueur d'onde. La différence entre le troisième et le premier mode de réalisation est que, dans le troisième mode de réali- sation, deux électrodes 22 sont disposées dans l'étendue d'une longueur d'onde. La corrélation entre la disposition des électrodes et la longueur d'onde des ondes d'oscil- lation progressives est analogue au type qui a été décrit en référence aux figures 10 à 13 du brevet japonais n 60-245 482. Un avantage est dû au fait qu'il est pos- sible de consolider le câblage de la phase A et de la phase B séparément. Comme l'indiquent les figures 7(A) et 8(A), les secondes parties llb et 21b ont un nombre entier d'ouver- tures 11c et 21c respectivement. Sur la figure 7(A), une ouverture llc est associée à chaque seconde partie 11b. Sur la figure 8(a), deux ouvertures 21c sont associées à chaque seconde partie 21b. Le nombre d'ouvertures 11c ou 21c peut aussi être corrélé au nombre d'électrodes 12 ou 22. Par exemple, sur la figure 7(A), une ouverture 11c est associée à chaque électrode 12. Sur la figure 8(A), deux ouvertures 21c sont associées à chaque électrode 22. Chacune des ouvertures l1c ou 21c est adjacente à une autre ouverture mais séparée par une zone dans laquelle est disposé le matériau formant le stator. Chacune des secondes parties llb ou 21b peut avoir un nombre entier quelconque d'ouver- tures lic ou 21c. Comme l'indiquent les figures 7(A) et 8(A), les ouvertures 11c ou 21c sont dans le même plan et d'autres ouvertures analogues sont adjacentes des deux côtés. Dans le cas de secondes parties adjacentes, les ouvertures sont à des distances égales d'autres ouvertures adjacentes, que ces ouvertures se trouvent dans une seconde partie correspondante ou dans des secondes parties adja- centes. Les matériaux utilisés pour la formation du stator 1 ne sont pas limités au titanate-zirconate de plomb (PZT) dans la mesure o le matériau permet une conversion d'énergie électrique en énergie mécanique par application d'un processus spécifié. Par exemple, d'autres matériaux, tels que des matériaux piézoélectriques, des matériaux électrostrictifs et des matériaux magnétostrictifs peuvent être utilisés. De plus, l'ouverture lc est décrite comme étant une région dans laquelle un matériau identique à celui qui forme le stator 1 n'est pas présent dans la seconde partie lb. Cependant, l'ouverture lc n'est pas limitée à une "ouverture". Par exemple, cette zone peut être composée de métaux qui sont moins rigides, de résines, de matières minérales, etc. Selon la présente invention et afin que le but précité soit atteint, comme indiqué pour le premier mode de réalisation, un moteur à ultrasons a une configuration comprenant un stator 1 constitué d'une première partie la formée d'un matériau qui permet la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique par application d'un processus spécifié et qui possède des électrodes 20 et 30 sur les deux faces auxquelles le processus spécifié est appliqué, une seconde partie lb qui s'exclut de la première partie la, la seconde partie lb comprenant une zone dans laquelle le matériau n'est pas présent, et un élément mobile 4 qui est au contact de la seconde partie lb et qui est entraîné par des ondes d'oscillation progressives créées dans la seconde partie lb, du fait de la fréquence de la tension appliquée aux électrodes 20. Le stator selon l'invention a une configuration n'ayant pas de couche collée. En conséquence, il est possible d'utiliser le moteur dans des conditions de tempé- rature élevée. Selon la présente invention et comme indiqué dans le premier mode de réalisation, une partie menante (première partie la) et une partie menée (seconde partie lb) du stator 1 ont une configuration uniforme obtenue avec des matériaux identiques. En conséquence, il est possible d'empêcher les fluctuations de performances dues aux variations de température et à la détérioration des possi- bilités de résistance aux conditions ambiantes, par rapport à un stator dans lequel la première partie et la seconde partie n'ont pas des configurations uniformes. En outre, les coûts de fabrication sont réduits. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autour sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un stator (1) formé d'un matériau qui permet la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique, le stator comprenant: une première partie (la) ayant deux électrodes correspondantes (20, 30) destinées à appliquer un signal à la première partie (la), et une seconde partie (lb) uniformément adaptée à la première partie (la) et comprenant une zone adjacente à la première partie (la) et dans laquelle le matériau n'est pas présent, cette seconde partie (lb) n'étant pas présente entre les électrodes, et un élément mobile (4) placé au contact de la seconde partie (lb) et piloté par des ondes d'oscillation progres- sives créées dans la seconde partie (lb) par le signal appliqué aux électrodes. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau est un matériau piézoélectrique et le signal représente un processus de polarisation. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde partie (lb) a une ouverture (lc) comme zone dans laquelle le matériau n'est pas présent. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (1) a une configuration circulaire ayant plusieurs premières parties (la) et plusieurs secondes parties (lb), les premières parties (la) étant adjacentes les unes aux autres et les secondes parties (lb) étant adjacentes les unes aux autres, les électrodes (20, 30) étant placées aux circonférences interne et externe respec- tivement du stator, l'électrode (30) de la circonférence interne du stator étant une électrode partagée par les premières parties (la), et les électrodes (20) placées à la circonférence externe du stator étant liées individuel- lement à une première partie correspondante (la). 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de la seconde partie (lb) dans laquelle le matériau n'est pas présent est disposée parallèlement à la zone de la première partie (la) présente entre les électrodes (20). 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone de la seconde partie (lb) dans laquelle le matériau n'est pas présent est disposée afin qu'elle possède un pas égal à celui de la zone de la première partie (la) présente entre les électrodes corres- pondantes (20). 7. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le stator (1) comporte plusieurs premières parties (la) et plusieurs secondes parties (lb), les premières parties (la) étant adjacentes les unes aux autres et les secondes parties (lb) étant adjacentes les unes aux autres, l'une des électrodes (20) correspondant à chaque première partie (la) est liée individuellement à la pre- mière partie correspondante (la) et l'autre des électrodes est une électrode partagée (30) entre les premières parties (la), et quatre électrodes liées individuellement (20) correspondent à une longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. 8. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le stator (1) comporte plusieurs premières parties (la) et plusieurs secondes parties (lb), les premières parties (la) étant adjacentes les unes aux autres et les secondes parties (lb) étant adjacentes les unes aux autres, l'une des électrodes (20) correspondant à chacune des premières parties (la) est liée individuellement à la première partie correspondante (la) et l'autre des électrodes est une électrode partagée (30) par les premières parties (la), et deux électrodes liées individuellement (20) corres- pondent à une longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. 9. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le stator (1) comporte plusieurs premières parties (la) et plusieurs secondes parties (lb), les premières parties (la) étant adjacentes les unes aux autres et les secondes parties (lb) étant adjacentes les unes aux autres, l'une des électrodes (20) correspondant à chacune des premières parties (la) est liée individuellement à la première partie correspondante (la) et l'autre des élec- trodes est une électrode partagée (30) par les premières parties (la), et un nombre entier d'électrodes liées individuellement (20) correspond à une longueur d'onde des ondes d'oscilla- tion progressives. ' Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux des électrodes (20) placées à la circonférence externe du stator (1) correspondent à une longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. 11i Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un nombre entier des électrodes (20) placées à la circonférence externe du stator (1) correspond à une longueur d'onde des ondes d'oscillation progressives. 12 Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de la seconde partie (lb) dans laquelle le matériau n'est pas présent est constituée d'un matériau qui ne peut pas convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. 13. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde partie (lb) possède un nombre entier de zones dans lesquelles le matériau n'est pas présent, chacune des zones étant adjacente à une autre des zones, les zones étant cependant séparées par une zone dans laquelle le matériau est présent. 14- Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des secondes parties (lb) possède un nombre entier de zones dans lesquelles le matériau n'est pas présent, toutes les zones se trouvant dans le même plan, chaque zone ayant d'autres zones adjacentes placées des deux côtés mais en étant séparée par une zone dans laquelle le matériau est présent. 15. Moteur selon la revendication14, caractérisé en ce que pour des secondes parties adjacentes (lb), les zones dans lesquelles le matériau n'est pas présent sont à égale distance d'autres zones adjacentes dans lesquelles le matériau n'est pas présent, que les zones se trouvent dans une seconde partie correspondante (lb) ou dans une seconde partie adjacente (lb). 16 À Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: plusieurs premières parties (la) et plusieurs secondes parties (lb), les premières parties (la) étant adjacentes les unes aux autres et les secondes parties (lb) étant adjacentes les unes aux autres, chacune des secondes parties (lb) possédant un nombre entier de zones dans lesquelles le matériau n'est pas présent, toutes ces zones se trouvant dans un même plan, chaque zone ayant d'autres zones adjacentes des deux côtés mais en étant séparées par une zone dans laquelle le matériau est présent, et dans le cas de secondes parties adjacentes (lb), des zones dans lesquelles le matériau n'est pas présent se trouvant à égale distance d'autres zones adjacentes dans lesquelles le matériau n'est pas présent, que les zones se trouvent dans une seconde partie correspondante (lb) ou dans une seconde partie adjacente (lb). 17. Moteur selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que les zones des secondes parties (lb) dans lesquelles le matériau n'est pas présent sont disposées afin qu'elles présentent un pas identique à celui des zones de la première partie correspondante (la) formées entre les électrodes correspondantes (20).