Brevet FR2726406A1 — publié le 19960503

ACTIONNEUR LINÉAIRE PIEZOÉLECTRIQUE. La présente invention concerne un moteur linéaire piézo-électrique. De tels moteurs sont constitués généralement par un stator, formé par une pièce flexible excitée par des transducteurs piézoélectriques, un rotor de préférence revêtu d'un matériau antifriction qui permet de transformer avec un bon rendement les vibrations du stator en déplacement du rotor, et des moyens pour appliquer une pression permanente et régulière du rotor contre le stator. On connaît en particulier dans l'état de la technique le brevet japonais JP31665990 qui décrit un actionneur ultrasonore comprenant une plaque élastique excitée selon une première direction transversale et une seconde direction longitudinale. On connaît également le brevet français FR2525410 concernant un moteur comportant un stator et un rotor coopérant à celui-ci par friction, dont l'un ou l'autre comprend au moins un oscillateur piézoélectrique. Le moteur comporte aussi au moins deux poussoirs dont chacun est sollicite contre la surface de coopération du rotor et du stator. L'élément piézoélectrique est polarisé suivant la normale aux surfaces des électrodes et est disposé de façon à ce que le sens de propagation du mode résonant des oscillations longitudinales produites par l'oscillateur soit normal à la surface. Le brevet FR2522216 concerne un autre dispositif moteur comprenant un oscillateur à ultrasons ayant un organe élastique et un ou plusieurs éléments piézo-électriques, à électrostriction ou magnétostriction assembles dans ou sur l'élément élastique, et un corps mobile ayant une partie maintenue pressée contre une partie du corps élastique et mobile dans une direction fixe. Une onde progressive produite à la surface de l'organe élastique et constituée d'une onde longitudinale et d'une onde transversale est convertie en un mouvement unidirectionnel du corps mobile. L'objet de la présente invention est de proposer un moteur linéaire piézo-électrique performant de conception et de fabrication simple et donc économique. L'invention concerne plus particulièrement un actionneur linéaire du type comportant une pièce flexible rectangulaire excitée par des transducteurs piézo-électriques sur laquelle est appuyée une pièce rigide, caractérisée en ce qu'il comporte une première série de transducteurs excitant la partie active de la pièce flexible rectangulaire sur le mode 2-1, disposés sur les lignes nodales du mode 1-N, et une deuxième série de transducteurs excitant la partie active de la pièce flexible sur le mode 1-N, avec N 23, disposés sur les lignes nodales du mode 2-1, la fréquence d'excitation desdites deux séries de transducteurs étant sensiblement égales, les transducteurs étant fixés sur la pièce flexible sur la face opposée à 1 surface d'appui de la deuxième pièce. De préférence, la pièce flexible excitée par les transducteurs présente un rapport de dimension entre la largeur a et la longueur b vérifie la formule a 2 - = -+ avec N > 3 b N Selon une première variante d'alimentation des transducteurs, les dimensions de la pièce flexible excitée par les transducteurs sont ajustées de façon à ce que les deux modes d'excitation soient déphasés de z/2 et en ce que les deux séries de transducteurs soient alimentés par un signal unique. Selon une deuxième variante d'alimentation des transducteurs, les dimensions de la pièce flexible excitée par les transducteurs sont ajustées de façon à ce que les deux modes d'excitation soient en phase et en ce que les deux séries de transducteurs soient alimentés par des signaux déphasés de ?t/2. Selon un premier mode de fixation, la pièce flexible est fixée sur un support le long des lignes nodales des deux modes d'excitation. Selon un deuxième mode de fixation, la pièce flexible est fixée sur un support par des entretoises positionnées aux niveaux des intersections des bords latéraux de la partie active. Selon un mode de réalisation préféré, la première série de n transducteurs est disposée sensiblement sur la ligne médiane perpendiculaire au sens de déplacement relatif des deux pièces en mouvement relatif, n étant inférieur ou égale à N, et sont écartés sensiblement de k/2 où désigne la longueur d'onde propre de la pièce flexible, et en ce que la deuxième série de transducteurs comporte m paires de transducteurs disposés sur les lignes nodales des vibrations selon le mode 1-N, m étant inférieur à N. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit concernant un mode de réalisation non limitatif et faisant référence aux dessins annexés où - la figure 1 représente une vue de dessus du stator - la figure 2 représente une vue de dessous du stator - la figure 3 représente une vue du moteur conforme à un premier mode de réalisation, selon un plan de coupe perpendiculaire à la surface de contact, passant par l'axe de déplacement relatif de la pièce flexible et de la pièce d'appui; - la figure 4 représente une vue du moteur, conforme à un second mode de réalisation, selon un plan de coupe perpendiculaire à la surface de contact, passant par l'axe de déplacement relatif de la pièce flexible et de la pièce d'appui. La figure 1 représente une vue de dessus de la pièce flexible. Il s'agit d'une pièce usinée dans un bloc de bronze de bérylium. Ce bloc présente une partie rectangulaire active (1) solidaire d'un cadre (2). La partie active (1) présente dans l'exemple de réalisation décrit un rapport de dimension largeur de la zone active = 0,66+ longueur~de~la~zone~active E désignant une valeur résiduelle fixée expérimentalement ou par modélisation mathématique de façon à ce que les excitations se produisent selon un mode 2 - 1 et un mode 1 - 3. Dans l'exemple de réalisation décrit à titre d'exemple non limitatif, la longueur de la zone active (1) est de 30 millimètres, la largeur de 20 millimètres et son épaisseur de 1,6 millimètres. Bien entendu, il est possible de miniaturiser le moteur pour transporter avec précision des dispositifs mis en oeuvre en microtechnique. Elle est reliée à un cadre (2) d'une largeur de 10 millimètres et d'une épaisseur de 5 millimètres, solidaire de la partie active sur tout son périmètre. Ce cadre comporte quatre trous de fixation (3) permettant la solidarisation du stator sur un support. La partie supérieure présente une pluralité de dents en forme de carré de 4,2 millimètres de coté, séparés par des canaux d'une largeur de 0,8 millimètres. La figure 2 représente une vue de dessous de la pièce flexible. Deux séries de générateurs piézo-électriques sont collées sur la surface inférieure de la partie active. La première série de transducteurs piézoélectriques (5, 6, 7) est disposée sur la ligne médiane (8) orientée selon l'axe longitudinal. Les transducteurs sont écartés d'une distance correspondant à une demilongueur d'onde. La longueur d'onde est déterminée de façon connue en fonction des dimensions de la zone active, de la masse surfacique, du module d'Young et du coefficient de Poisson du matériau employé. Ces transducteurs provoquent une déformation de la plaque représentée schématiquement par les courbes (9, 10). Les bords latéraux (11, 12) correspondent à des lignes nodales, ainsi que les lignes parallèles aux petites cotés, séparant la longueur de la zone active en trois parties sensiblement égales. Les transducteurs (5, 6, 7) de la première série sont disposés sensiblement au milieu de chacune de ces trois parties égales (13, 14, 15). La deuxième série de transducteurs est constituée d'une première paire de transducteurs (17, 19) disposés aux intersections entre ligne longitudinale (16) et les lignes nodales passant entre les transducteurs de la première série. La deuxième paire de transducteurs (18, 20) est placée symétriquement par rapport à la ligne médiane (8) et est constituée par deux transducteurs disposés aux intersections entre ligne longitudinale (21) et les lignes nodales passant entre les transducteurs de la première série. Cette deuxième série de transducteurs (17 à 20) générant une deuxième excitation perpendiculaire à celle produite par la première série, la déformation produite étant représentée schématiquement par les courbes (22, 23). L'alimentation des transducteurs est réalisée de manière à produire deux ondes progressives représentées par des flèches. Il est possible d'effectuer des déplacements en sens contraire en modifiant l'alimentation. Elles produisent des déformations se déplaçant autour de deux centres situés sur la ligne médiane (8), à l'intersection de ladite ligne médiane et des lignes nodales de la première série de transducteurs. Si on choisi une partie active présentant le rapport de dimensions susmentionné, les deux modes 2-1 et 1-3 ont la même fréquence propre. Il est donc possible d'exciter les deux séries de transducteurs avec des signaux de même fréquence. L'alimentation des transducteurs peut être faite de deux manières. Selon la première manière, on alimente les transducteurs avec deux signaux déphasés de z/2 de façon à pouvoir générer les ondes progressives requises. Selon la deuxième variante, on modifie très légèrement le rapport de dimension a/b de façon à introduire un déphasage "mécanique" entre les deux modes. La figure 3 représente une vue en coupe selon une première variante de réalisation. Selon cette variante, la pièce mobile (25) présente une surface de contact (26) centrale venant en contact avec la surface des dents prévues à la surface supérieure de la partie active. La largeur de la zone de contact (26) correspond sensiblement à une demi longueur onde. Cette pièce mobile (25) coopère avec la pièce fixe (27) par des éléments de guidage représentés schématiquement par des roulements à billes (28, 29). La partie active (1) est excitée par des transducteurs piézo-électriques (5 à 7, 16, 17, 19, 20) collés à la surface inférieure de la pièce flexible (27). La pièce flexible présente une partie active (1) reliée au cadre (2) par une zone de liaison périphérique (30). La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de la partie mobile. Selon ce mode de réalisation, le contact entre la partie active (1) et la pièce mobile (25) s'effectue au niveau de deux zones latérales (31, 32) disposées de part et d'autre d'une bande centrale. La partie active (1) est solidaire d'un support (33) par l'intermédiaire d'entretoises (34, 35). Ces entretoises (34, 35) sont disposées aux intersections des lignes nodales. Le périmètre de la partie active flexible reste libre. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. L'Homme de Métier pourra réaliser diverses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Actionneur linéaire du type comportant une pièce flexible rectangulaire excitée par des transducteurs piézo-électriques sur laquelle est appuyée une pièce rigide, caractérisée en ce qu'il comporte une première série de transducteurs excitant la partie active de la pièce flexible sur le mode 2-1 de la plaque flexible rectangulaire, disposés sur les lignes nodales du mode 1-N, et une deuxième série de transducteurs excitant la partie active de la pièce flexible sur le mode 1-N de la plaque flexible rectangulaire, avec N 2 3, disposés sur les lignes nodales du mode 2-1, la fréquence d'excitation desdites deux séries de transducteurs étant sensiblement égales, les transducteurs étant fixés sur la pièce flexible sur la face opposée à la surface d'appui de la deuxième pièce. 2 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce flexible excitée par les transducteurs présente un rapport de dimension entre la largeur a et la longueur b vérifie la formule a = -+ avec N 2 3 b N 3 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les dimensions de la pièce flexible excitée par les transducteurs sont ajustées de façon à ce que les deux modes d'excitation soient déphasés de z/2 l'une part rapport à l'autre et en ce que les deux séries de transducteurs soient alimentées par un signal unique. 4 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les dimensions de la pièce flexible excitée par les transducteurs sont ajustées de façon à ce que les deux modes d'excitation soient en phase et en ce que les deux séries de transducteurs soient alimentées par des signaux déphasés de in/2. 5 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédente caractérisé en ce que la pièce flexible est fixée au moins en partie sur un support le long des lignes nodales des deux modes d'excitation. 6 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la pièce flexible est fixée sur un support par des entretoises positionnées aux niveaux des intersections des bords latéraux de la partie active. 7 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédente caractérisé en ce que la première série de n transducteurs est disposée sensiblement sur la ligne médiane perpendiculaire au sens de déplacement relatif des deux pièces en mouvement relatif, n étant inférieur ou égale à N, et sont écartés sensiblement de B/2 où désigne la longueur d'onde propre de la pièce flexible, et en ce que la deuxième série de transducteurs comporte m paires de transducteurs disposés sur les lignes nodales des vibrations selon le mode 1-N, m étant inférieur à N.