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Auteur(s)
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Bertrand NOGAREDE : Ingénieur de l’ENSEEIHT - Docteur de l’Institut national polytechnique de Toulouse - Chargé de recherche au CNRS Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique Industrielle
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En marge des matériaux traditionnellement utilisés dans les machines électriques, les matériaux actifs se caractérisent par leur aptitude à produire une action mécanique issue de leur propre déformation sous l’effet d’un couplage généralement réversible de type électroélastique (électrostriction, piézoélectricité), magnétoélastique (magnétostriction, piézomagnétisme), voire thermoélastique (alliages à mémoire de forme). Les progrès récemment réalisés dans ce domaine ouvrent la voie à une nouvelle génération de moteurs électriques, regroupés sous la dénomination de piézomoteurs. Le principe de fonctionnement de ces actionneurs est fondé sur la déformation alternative d’une structure élastique fixe à base de matériaux actifs, capable de communiquer par friction un mouvement d’entraînement uniforme à une partie mobile. Si les moteurs à base d’alliages métalliques magnétostrictifs, ou à mémoire de forme, appartiennent encore au domaine de la recherche, les moteurs piézoélectriques constituent d’ores et déjà une alternative performante face à certaines applications.
Après quelques rappels sur la conversion électromécanique de l’énergie par effet piézoélectrique, le présent article analyse les principes généraux sur lesquels repose le fonctionnement des piézomoteurs et met, alors, en évidence les différentes familles de moteurs piézoélectriques. Le domaine considéré étant relativement nouveau et encore en pleine évolution, le panorama des structures les plus représentatives qui est dressé 2 ne saurait cependant se vouloir exhaustif. La structure de référence que représente le moteur annulaire à onde progressive est, ensuite, étudiée de manière plus détaillée 3. Le problème spécifique de l’alimentation et de la commande des moteurs piézoélectriques est enfin traité 4.
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- Version courante de sept. 2024 par Christophe GIRAUD-AUDINE, Betty LEMAIRE-SEMAIL
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3. Moteur annulaire à onde progressive
Parmi les différentes structures de piézomoteurs, le moteur à onde progressive à stator annulaire et contact axial constitue à ce jour la solution la plus avancée techniquement. Cette structure, qui a bénéficié d’un effort de recherche important au Japon, où elle fut tout d’abord mise au point, et plus tard en France , a été préférée dans la plupart des applications ayant débouché sur une industrialisation (cf. introduction).
3.1 Constitution du moteur
La figure 12 présente une vue éclatée du moteur Shinsei USR 60 (à stator de 60 mm de diamètre extérieur). La structure de ce moteur, dont le principe de fonctionnement est schématisé sur la figure 13, fait intervenir trois sous-ensembles principaux que sont le stator vibrant, le rotor associé à son arbre et le bâti recevant le capot de fermeture.
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Le stator consiste en un anneau de bronze béryllium à l’arrière duquel est collé un anneau de céramiques PZT assurant la mise en rotation d’un mode de flexion hors plan de rang n = 9. L’anneau est pourvu de dents dont le rôle est d’augmenter l’épaisseur apparente de la structure, sans pour autant réduire son élasticité, afin d’amplifier la composante tangentielle du déplacement particulaire [relation ...
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Moteur annulaire à onde progressive
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SAPRIEL (J.) - Ultrasons. - E1910, traité Électronique. Techniques de l’Ingénieur, juin 1994.
-
(2) - IKEDA (T.) - Fundamentals of piezoelectricity. - Oxford Science Publications (1990).
-
(3) - GONNARD (P.), EYRAUD (L.), GUILLEMOT (M.) - Matériaux piézoélectriques pour moteurs ultrasonores – Performances requises et problèmes technologiques. - J. Phys. III, p. 1205-1218 (1994).
-
(4) - UEHA (S.), TOMIKAWA (Y.) - Ultrasonic motors theory and applications. - Oxford Science Publications (1993).
-
(5) - HIGUCHI (T.), YAMAGATA (Y.), FURUTANI (K.), KUDOH (K.) - Precise positioning mechanism utilizing rapid deformations of piezoelectric elements. - IEEE Micro-Electro-Mechanical Systems Proc., Napa Valley (USA), p. 222-226 (1990).
-
(6) - BURLEIGH Instruments inc - Micropositioning systems. - Fishers,...
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