Brevet FR2784250A1 — publié le 20000407

MOTEUR PIEZO-ELECTRIQUE L'invention concerne un moteur piézo-électrique comprenant un stator excité par au moins un transducteur piézo-électrique et un rotor comprenant un bâti présentant une base dont la région centrale porte un arbre et une paroi latérale annulaire présentant une surface de révolution et formant siège de réception du stator, ledit rotor étant entraîné par frottement par les mouvements de surface du stator. Lorsque des tensions sinusoïdales d'amplitude et de fréquence particulière ainsi qu'un déphasage relatif approprié sont appliquées sur les phases du transducteur piézo-électrique, lesdites tensions provoquent des vibrations au niveau du transducteur créant ainsi des ondes stationnaires déphasées dans le temps et dans l'espace et dont la résultante conduit à une onde progressive permettant d'obtenir un mouvement de surface du stator qui, par frottement avec le rotor, entraîne ce dernier en rotation. De tels moteurs ont fait l'objet de différents brevets et en particulier on trouvera une description d'un mode de réalisation d'un tel moteur dans le brevet américain délivré sous le numéro US 4.868 446. Ce mode de réalisation permet d'obtenir un moteur piézo-électrique d'un faible encombrement délivrant une forte puissance. Toutefois, la structure d'un tel moteur n'est pas adaptée à un fort rendement car une grande partie du mouvement de surface du stator n'est pas transmise au rotor en raison des problèmes de surface de contact entre ledit stator et ledit rotor. 2 2784250 De plus, le rendement de ces moteurs est lié à la structure du moyen de serrage entre le stator et le rotor qui permet d'obtenir une pression optimale déterminée assurant un bon couple de transmission entre le stator et le rotor. Ladite structure de serrage décrite dans le brevet US 4.868 446 ne tient pas compte de ce paramètre. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités en mettant en oeuvre un nouveau moteur qui améliore ses performances, plus particulièrement son rendement et dont la fabrication et l'assemblage sont simples, fiables et économiques. Selon l'invention, le moteur piézo-électrique est caractérisé en ce que, le stator présentant une paroi latérale périphérique externe ayant une surface de révolution, la paroi latérale annulaire comporte au moins deux fenêtres débouchant de part et d'autre de la paroi annulaire et au travers desquelles sont montés flottants respectivement deux patins annulaires dont, d'une part, les faces internes présentant une surface de révolution ayant une forme complémentaire à la surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe, viennent en contact surfacique avec la surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe et, d'autre part, les faces externes sont entourées par un moyen de serrage exerçant radialement sur les patins une pression permanente entre le rotor et le stator. Grâce à la nouvelle structure du moteur piézo- électrique selon l'invention et notamment au meilleur contact surfacique du stator sur le rotor, le mouvement de surface du stator est transmis au rotor avec un minimum de 3 2784250 perte ce qui permet d'augmenter considérablement le rendement d'un tel moteur et faciliter le démarrage du moteur lors de l'activation de l'alimentation du moteur. D'autre part, les patins annulaires qu'ils soient de petites ou de grandes dimensions sont faciles à fabriquer et à assembler en raison de leur identité et de leur symétrie axiale. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de serrage est une pièce élastique recouvrant les faces externes des patins. Ledit moyen de serrage selon l'invention est donc une pièce indépendante présentant une forme avantageuse. En effet, cette pièce permet d'exercer une force radiale sur les patins indépendante de la structure de la paroi latérale annulaire et augmente ainsi les performances du moteur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue éclatée en perspective d'un moteur piézo-électrique selon l'invention qui est susceptible d'être fixé sur une plaque support; - la figure 2 représente une vue en perspective, à échelle agrandie, du moteur de la figure 1 non équipé de son stator. 4 2784250 Comme représenté à la figure 1, un moteur piézo- électrique comprend, entre autres, un stator 1 présentant la forme d'une couronne cylindrique et excité par au moins un transducteur piézoélectrique et un rotor 2 comportant un bâti présentant une base 3 dont la région centrale porte un arbre 4 et une paroi latérale annulaire 5 présentant ule surface de révolution et formant siège de réception de stator 1. L'arbre 4, dans le mode de réalisation décrit à la figure 1, fait saillie à l'intérieur du siège de réception et traverse coaxialement le stator 1. Le rotor est réalisé par exemple, en une pièce plastique mais tout type de matière peut être utilisé. Selon un mode de réalisation préféré et représenté à la figure 1, l'ensemble stator-rotor ainsi constitué et susceptible d'être solidaire d'une plaque support 6 par l'intermédiaire d'un moyeu central de guidage 7 du stator 1 comportant une base 8, un arbre vertical creux 9 permettant le passage de l'arbre 4 et un palier 10. Ledit moyeu central de guidage 7 est fixé axialement sur ladite plaque support par des moyens de fixation de manière que le palier vienne en contact avec la plaque support 6. De tels moyens de fixation sont, par exemple, des vis non représentés traversant des alésages pratiqués sur l'arbre vertical creux 9 et dont quatre sont représentés 40, 41, 42 et 43. Chacune des vis comporte une tête venant en butée sur la base du moyeu central de guidage 7 et une partie filetée sur l'extrémité libre susceptible de venir en prise sur une partie filetée 11 réalisée sur la plaque support 6. Selon un mode de réalisation particulier connu, le transducteur piézoélectrique constitué d'éléments céramiques comporte deux secteurs disposés en série et alternativement polarisés et un secteur connecté à la 2784250 masse. Ces deux secteurs sont généralement excités respectivement par deux électrodes non représentées et alimentées chacune par des tensions V1 et V2 déphasées de sensiblement 90 et délivrées par une source d'alimentation alternative non représentée et de type connu. Lesdites électrodes sont, par exemple, solidaire d'un circuit imprimé 12 relié par des moyens de liaison non représentés à ladite source d'alimentation et interposé entre le stator 1 et la plaque support 6 du moteur piézo-électrique. Un tel circuit comporte un trou central dont le diamètre autorise le passage du moyeu central de guidage 7. Selon l'invention le stator présentant une paroi latérale périphérique externe 14 ayant une surface de révolution, ladite paroi latérale annulaire 5 comporte au moins deux fenêtres 15 et 16 débouchant de part et d'autre de la paroi latérale annulaire 5 et au travers desquelles sont montés flottant respectivement deux patins annulaires 23 et 24 dont, d'une part, les faces internes 32 et 33 présentant une surface de révolution ayant une forme complémentaire à la surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe 14 du stator 1 annulaire du rotor, viennent en contact surfacique avec la surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe 14 et, d'autre part, les faces externes 70 et 71 sont entourées par un moyen de serrage 50 exerçant radialement sur les patins 23 et 24 une pression permanente entre le rotor 2 et le stator 1. Dans l'exemple représenté, la paroi latérale périphérique externe 14 du stator 1 est recouverte d'une bague de frettage 60 pour améliorer les frottements contre les patins. Les patins sont réalisés, par exemple, en acier pour améliorer l'inertie mais tout type de matériau peut être utilisé. 6 2784250 Dans l'exemple illustré à la figure 1, la paroi annulaire comporte huit fenêtres 15,16,17 et 18, 19, 20, 21 et 22 au travers desquelles sont montés flottant huit patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30 et les faces internes 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 et 39 des patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30 ainsi que la paroi latérale périphérique externe 14 présentent une surface plane. Chacune des faces externes 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76 et 77 des patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30 comporte une gorge 52 délimitée entre un bord inférieur 53 et un bord supérieur 54 et destinée à recevoir le moyen de serrage 50. Un tel moyen de serrage est une pièce élastique, par exemple, un anneau en élastomère présentant un certain degré d'élasticité et monté dans la gorge 52 réalisée sur les faces externes 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76 et 77 de chacun des patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30. Cette nouvelle structure a pour avantage d'augmenter le couple du moteur à pression de contact constante. En effet, grâce à un contact surfacique maximum entre le stator 1 et le rotor 2 dû à l'utilisation de forme complémentaire entre les patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30 et le stator 1 et à une pression permanente entre le stator 1 et le rotor 2 dû à l'utilisation d'un moyen de serrage souple 29, le stator 1, lorsqu'il est excité, peut transmettre la plus grande partie des mouvements qu'il subit. De plus, l'augmentation de la surface de contact entre le stator 1 et le rotor 2 par l'intermédiaire des patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30 accroît, à pression de contact constante, le couple délivré par le moteur sans modifier la taille de ce dernier. Ainsi cette nouvelle 7 2784250 structure permet un gain important du couple massique du moteur. Pour bien comprendre l'invention, on va décrire la mise en oeuvre des différents éléments constituant le moteur et illustrés sur les figure 1 et 2. Au repos, hors tension, le rotor 2 n'est soumis à aucun couple. L'alimentation du stator 1 étant réalisée par la source d'alimentation, les tensions appliquées sur le transducteur piézo-électrique déclenchent un mouvement de surface du stator décrivant un mouvement elliptique. Ainsi la paroi latérale périphérique externe 14 du stator 1 vient frotter contre les faces internes 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 et 39 des patins 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30, ces derniers étant serrés contre le stator 1 par l'anneau en élastomère 50 et montées flottant au travers des fenêtres , 16, 17, 18 19, 20, 21 et 22 de la paroi latérale annulaire 5 transmettent à ladite paroi latérale annulaire 5 du rotor 2 un couple de rotation et, de ce fait, le rotor 2 est animé d'un mouvement de rotation qui est transmis, grâce à l'arbre, à un dispositif non représenté nécessitant un mouvement de rotation pour son fonctionnement. L'invention n'est pas limitée à l'exemple du mode de réalisation qui vient d'être décrit et de nombreux aménagements peuvent être apportée à ce mode de réalisation sans sortir du cadre de l'invention. En effet, d'autres structures du stator 1 peuvent être utilisées et nécessitant d'autres moyens de guidage mais ces modification sont de conception et de fabrication courantes. 8 2784250 Ainsi ledit moteur réalisé peut être utilisé sur tout type d'appareils y compris les appareils ménagers et électrodomestiques. Un tel moteur assure un couple de rotation optimum ce qui améliore considérablement son rendement et facilite son démarrage. REVENDICATIONS 1. Moteur piézo-électrique comprenant un stator (1) excité par au moins un transducteur piézo-électrique et un rotor (2) comportant un bâti présentant une base (3) dont la région centrale porte un arbre (4) et une paroi latérale (5) annulaire présentant une surface de révolution et formant siège de réception du stator (1), ledit rotor (2) étant entraîné en rotation par frottement par les mouvements de surface du stator (1) caractérisé en ce que le stator (1) présentant une paroi latérale périphérique externe (14) ayant une surface de révolution, la paroi latérale annulaire (5) comporte au moins deux fenêtres (15 et 16) débouchant de part et d'autre de la paroi latérale annulaire (5) et au travers desquelles sont montés flottants respectivement deux patins annulaires (23 et 24) dont, d'une part, les faces internes (32 et 33) présentant une surface de révolution ayant une forme complémentaire à la surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe (14) du stator (1), viennent en contact surfacique avec ladite surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe (14) et, d'autre part, les faces externes (70 et 71) sont entourées par un moyen de serrage (50) exerçant radialement sur les patins (23 et 24) une pression permanente entre le rotor (2) et le stator (1). 2. Moteur piézo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de serrage (50) est une pièce élastique recouvrant les faces externes (70 et 71) des patins (23 et 24). 3. Moteur piézo-électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce élastique est un anneau en élastomère. 4. Moteur piézoélectrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des faces externes (70 et 71) des patins (23 et 24) comportant une gorge (52) délimitée entre un bord inférieur (53) et un bord supérieur (54), l'anneau (50) est monté dans ladite gorge (52). 5. Moteur piézo-électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de révolution de la paroi latérale périphérique externe (14) du stator (1) présente une forme cylindrique. 6. Moteur piézo-électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi latérale annulaire (5) du rotor (2) comporte huit fenêtres (15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 et 22) au travers desquelles sont montés flottants huit patins annulaires (23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30) débouchant de part et d'autre de la paroi latérale annulaire (5) et dont les faces internes (32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 et 39) présentant une surface plane viennent en contact surfacique avec la paroi latérale périphérique externe (14) présentant une surface plane, par pression du moyen de serrage(50).