FR2818049A3

FR2818049A3 - Progressive wave piezoelectric motor, has a stator and annular rotor with electromechanical transducer, with viscoelastic core coated on stator

Info

Publication number: FR2818049A3
Application number: FR0016083A
Authority: FR
Inventors: Alain Serasset; Christian Vanderschaeghe
Original assignee: Metabole Dev et Conseil; Metabole Developpement et Conseil
Current assignee: Metabole Dev et Conseil; Metabole Developpement et Conseil
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2002-06-14
Anticipated expiration: 2006-12-11
Also published as: FR2818049B3

Abstract

The piezo-electric motor includes a stator and an annular rotor and electromechanical transducers. It operates a passive filter of asymmetric modes and radial vibrations, and one puts on the lateral face of the stator (4), a viscoelastic core (5) lightly plated against this surface. This core is also disposed on the lateral surface of the rotor.

Description

La présente invention concerne un moteur piézo-électrique à onde progressive comprenant au moins un stator et un rotor annulaires et des transducteurs électromécaniques. The present invention relates to a piezoelectric traveling wave motor comprising at least one annular stator and rotor and electromechanical transducers.

Un des problèmes couramment rencontré dans les moteurs piézo-électriques est l'apparition de mouvements ou de modes de vibration du stator et éventuellement du rotor, superposés aux mouvements ou au mode principal qu'on cherche à exploiter. Ces vibrations parasites ont comme conséquence une diminution du rendement et/ou l'apparition du bruit. One of the problems commonly encountered in piezoelectric motors is the appearance of movements or modes of vibration of the stator and possibly of the rotor, superimposed on the movements or on the main mode that one seeks to exploit. These parasitic vibrations result in a reduction in efficiency and / or the appearance of noise.

Dans le US 5,298, 899 sont décrites plusieurs solutions de lutte contre de tels bruits induits. Les moyens visent à contrarier les vibrations parasites par le filtrage de modes de rang inférieur au mode de flexion recherché, par exemple le mode six quand le mode sept est utilisé. Comme représenté à la figure 1 de ce brevet, on dispose régulièrement des fentes plus profondes dans le stator et on utilise en outre un dispositif non uniforme d'application de la pression du rotor sur le stator à partir d'un anneau en caoutchouc (c) et des rouleaux à billes (d). Dans ce type de réalisation, comme dans les autres moteurs piézo-électriques connus, on utilise une rondelle de caoutchouc, ou une portion annulaire pour transmettre la pression d'appui du rotor sur le stator et réciproquement pour transmettre le mouvement d'entraînement du rotor vers l'arbre du moteur. Cette rondelle est disposée dans un plan parallèle au plan moyen de contact entre le rotor et le stator. In US 5,298, 899 are described several solutions for combating such induced noise. The means aim to counter parasitic vibrations by filtering modes of rank lower than the desired bending mode, for example mode six when mode seven is used. As shown in Figure 1 of this patent, there are regularly deeper slots in the stator and is also used a non-uniform device for applying the pressure of the rotor on the stator from a rubber ring (c ) and ball rollers (d). In this type of embodiment, as in the other known piezoelectric motors, a rubber washer or an annular portion is used to transmit the pressure for pressing the rotor on the stator and vice versa to transmit the drive movement of the rotor. towards the motor shaft. This washer is arranged in a plane parallel to the mean plane of contact between the rotor and the stator.

Certains types de stators présentent une géométrie induisant des mouvements radiaux très prononcés, alors que les mouvements utiles sont tangentiels et normaux au Certain types of stators have a geometry inducing very pronounced radial movements, while the useful movements are tangential and normal to the

stator. La demande de brevet français 99 12405 décrit cette situation et un moyen d'y remédier, en diminuant considérablement les zones de contact, de telle sorte que l'étendue cumulée de celle-ci devient inférieure ou égale à une longueur d'onde. Il est clair que cette disposition permet de supprimer l'effet de vibrations radiales, mais elle conduit à se priver de la possibilité d'utiliser toute la circonférence du stator ce qui est pénalisant pour augmenter la puissance d'entraînement. De plus, cette méthode n'empêche pas l'induction de vibrations parasites au sein du rotor. Enfin, certains dimensionnements de stator reposant sur l'emploi d'excitateurs longitudinaux selon le principe décrit dans le FR-A-2 773 924 font souvent apparaître des modes axisymétriques proches du mode de flexion qu'il convient d'exploiter, ajoutant ainsi une nouvelle cause de dysfonctionnement à ce moteur. stator. French patent application 99 12405 describes this situation and a means of remedying it, by considerably reducing the contact zones, so that the cumulative extent thereof becomes less than or equal to a wavelength. It is clear that this arrangement makes it possible to suppress the effect of radial vibrations, but it leads to depriving oneself of the possibility of using the entire circumference of the stator which is penalizing for increasing the driving power. In addition, this method does not prevent the induction of parasitic vibrations within the rotor. Finally, certain dimensions of the stator based on the use of longitudinal exciters according to the principle described in FR-A-2 773 924 often show axisymmetric modes close to the bending mode which should be exploited, thus adding a new cause of malfunction of this engine.

La présente invention a pour but de proposer d'opérer un filtrage passif des modes axisymétriques et/ou des vibrations radiales, tout en n'atténuant pas ou en atténuant modérément le mode de flexion utile. The present invention aims to provide a passive filtering of the axisymmetric modes and / or radial vibrations, while not attenuating or moderately attenuating the useful bending mode.

Le moteur piézo-électrique selon l'invention est caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments susmentionnés constituant le moteur est muni d'un tore viscoélastique disposé sur une surface périphérique parallèle au moins approximativement à l'axe de rotation du rotor. The piezoelectric motor according to the invention is characterized in that at least one of the above-mentioned elements constituting the motor is provided with a viscoelastic toroid disposed on a peripheral surface parallel at least approximately to the axis of rotation of the rotor .

L'avantage de cette solution est la facilité de fabrication pour un résultat inattendu. En effet, il suffit d'utiliser un matériau viscoélastique tel par exemple que du caoutchouc et le plaquer contre un des The advantage of this solution is the ease of manufacture for an unexpected result. Indeed, it suffices to use a viscoelastic material such as for example rubber and press it against one of the

éléments du moteur à savoir principalement le stator ou le rotor. Le tore est faiblement plaqué contre la surface latérale dudit élément sans qu'il soit nécessaire de faire usage d'un collage. On peut utiliser de manière économique des portions découpées dans une chambre à air de bicyclette, voire même de simples élastiques. elements of the motor, namely mainly the stator or the rotor. The torus is weakly pressed against the lateral surface of said element without it being necessary to use a bonding. It is possible to economically use cut portions in a bicycle inner tube, or even simple rubber bands.

Le fonctionnement s'explique aisément, le matériau viscoélastique disposé de cette sorte amortit les déplacements radiaux, alors qu'il s'oppose beaucoup moins aux déplacements axiaux. Le résultat est une suppression spectaculaire du bruit. Plus surprenant encore est le fait que certaines combinaisons stator-rotor refusent tout à fait de démarrer sans l'utilisation d'un tel tore viscoélastique alors que la rotation s'amorce et se poursuit dans de bonnes conditions dès qu'on l'utilise. The operation is easily explained, the viscoelastic material arranged in this way absorbs radial movements, while it is much less opposed to axial movements. The result is a spectacular suppression of noise. Even more surprising is the fact that certain stator-rotor combinations completely refuse to start without the use of such a viscoelastic toroid while the rotation begins and continues in good conditions as soon as it is used.

Enfin, l'élément viscoélastique donne à l'ensemble de la structure un léger amortissement qui en facilite la commande. Il devient ainsi possible, par exemple, de piloter des moteurs à une fréquence inférieure à la fréquence de résonance alors que dans l'ensemble de la littérature, aussi bien brevets que technique, concernant la commande de moteurs piézo-électriques on stipule la nécessité de se situer au-dessus de la fréquence de résonance pour éviter les instabilités. Finally, the viscoelastic element gives the entire structure a slight damping which facilitates control. It thus becomes possible, for example, to drive motors at a frequency lower than the resonant frequency whereas in the whole of the literature, both patent and technical, concerning the control of piezoelectric motors, it is stipulated that be above the resonant frequency to avoid instabilities.

Selon une variante d'exécution préférée, le tore est disposé sur la surface latérale du stator. According to a preferred embodiment, the toroid is arranged on the lateral surface of the stator.

Selon une autre variante d'exécution, un tore est fixé sur la surface latérale du rotor. Donc il serait possible de disposer un tore, soit sur le stator et le rotor, soit uniquement sur le rotor. According to another alternative embodiment, a torus is fixed on the lateral surface of the rotor. So it would be possible to have a toroid, either on the stator and the rotor, or only on the rotor.

Selon une autre variante d'exécution, les transducteurs électromécaniques sont longitudinaux et disposés perpendiculairement au stator et ledit tore est disposé sur la face extérieure desdits transducteurs ou éventuellement de leur cône d'articulation avec le stator. According to another alternative embodiment, the electromechanical transducers are longitudinal and arranged perpendicular to the stator and said torus is disposed on the outer face of said transducers or possibly of their cone of articulation with the stator.

Selon une autre variante d'exécution, les transducteurs électromécaniques sont au nombre de quatre diamétralement opposés par paire et dans ce cas on peut utiliser deux tores différents, un pour chaque couple de transducteurs diamétralement opposés. According to another alternative embodiment, the electromechanical transducers are four in number diametrically opposed per pair and in this case two different toroids can be used, one for each pair of diametrically opposite transducers.

Lorsque le tore est fixé sur le stator, il peut être également utilisé comme pièce de raccordement entre l'ensemble formé par le stator et les transducteurs électromécaniques et le bâti fixe du moteur. En effet, il est toujours difficile de maintenir à l'intérieur du bâti le stator de ce moteur piézo-électrique sans nuire à son rendement. Le fait de disposer d'une pièce viscoélastique sur la surface latérale permet de centrer, voire maintenir l'ensemble stator-transducteurs à l'intérieur du bâti sans empêcher le stator de vibrer lorsqu'il est excité puisqu'il n'est pas fixé à l'intérieur du bâti d'une manière rigide. When the toroid is fixed on the stator, it can also be used as a connecting piece between the assembly formed by the stator and the electromechanical transducers and the fixed frame of the motor. Indeed, it is always difficult to maintain inside the frame the stator of this piezoelectric motor without affecting its performance. Having a viscoelastic part on the lateral surface makes it possible to center or even maintain the stator-transducer assembly inside the frame without preventing the stator from vibrating when it is excited since it is not fixed inside the frame rigidly.

Selon une autre variante d'exécution, lorsque les dimensions respectives du rotor ou du stator et du bâti ne permettent pas l'insertion de ce tore en surépaisseur sur la face latérale on peut prévoir une creusure dans la surface périphérique pour loger le tore. According to another alternative embodiment, when the respective dimensions of the rotor or of the stator and of the frame do not allow the insertion of this toroid in excess thickness on the lateral face, it is possible to provide a recess in the peripheral surface to accommodate the toroid.

L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin annexé. La figure 1 est une vue en perspective d'un rotor avec un tore selon l'invention. The invention will be described in more detail using the attached drawing. Figure 1 is a perspective view of a rotor with a torus according to the invention.

La figure 2 est une vue en perspective d'un stator annulaire avec un tore selon l'invention. Figure 2 is a perspective view of an annular stator with a torus according to the invention.

La figure 3 est une vue en perspective d'un stator avec quatre excitateurs longitudinaux munis d'un tore. Figure 3 is a perspective view of a stator with four longitudinal exciters provided with a torus.

A la figure 1 nous avons représenté un stator 1 de forme annulaire muni d'un trou central 2 pour le passage de l'arbre moteur, muni sur sa surface latérale d'un tore 3 qui peut être en caoutchouc ou toute autre matière viscoélastique. In Figure 1 we have shown a stator 1 of annular shape provided with a central hole 2 for the passage of the motor shaft, provided on its lateral surface with a torus 3 which may be made of rubber or any other viscoelastic material.

A la figure 2 nous avons un stator annulaire 4 muni d'encoches, sur sa surface latérale on a disposé un tore en caoutchouc ou similaire 5. In FIG. 2 we have an annular stator 4 provided with notches, on its lateral surface we have placed a rubber torus or the like 5.

A la figure 3, nous avons un stator et les quatre transducteurs électromécaniques longitudinaux 7,8, 9, 10. Un tore 11 est disposé sur les faces extérieures des cônes d'articulation des transducteurs avec le stator. In FIG. 3, we have a stator and the four longitudinal electromechanical transducers 7,8, 9, 10. A torus 11 is placed on the outside faces of the cones of articulation of the transducers with the stator.

Ce tore aurait pu être également disposé sur les faces latérales des transducteurs électromécaniques au lieu qu'il soit sur les cônes. This torus could also have been placed on the lateral faces of the electromechanical transducers instead of being on the cones.

Comme mentionné précédemment, il n'est pas nécessaire de coller le tore contre lesdites surfaces, mais le matériau As mentioned earlier, it is not necessary to glue the torus against said surfaces, but the material

est plaqué par sa propre élasticité contre les surfaces en question. is pressed by its own elasticity against the surfaces in question.

Dans le cas de la figure 3, nous disposons de quatre transducteurs électromécaniques et il serait possible d'utiliser deux tores, un premier qui entoure, soit le cône d'articulation, soit la surface latérale de la paire 8, 10 des deux excitateurs et un deuxième qui entoure la surface latérale de la paire 7,9. Dans ce cas, les tores ont une forme elliptique et leur axes respectif sont décalés de 900. Cette disposition de deux tores croisés peut d'ailleurs tout aussi bien s'appliquer aux quatre groupes de dents 12 figurant sur le sommet du stator de la figure 3. In the case of FIG. 3, we have four electromechanical transducers and it would be possible to use two toroids, a first which surrounds either the articulation cone or the lateral surface of the pair 8, 10 of the two exciters and a second which surrounds the lateral surface of the pair 7.9. In this case, the toroids have an elliptical shape and their respective axes are offset by 900. This arrangement of two crossed tori can also just as easily apply to the four groups of teeth 12 appearing on the top of the stator of the figure 3.

Enfin, si l'épaisseur du tore ne permet pas de se loger dans l'espace entre le bâti du moteur et la surface périphérique sur laquelle est plaqué le tore, on prévoit une creusure sur ladite surface permettant de loger une partie de l'épaisseur du tore.Finally, if the thickness of the torus does not allow it to be housed in the space between the motor frame and the peripheral surface on which the torus is pressed, provision is made for a recess on said surface making it possible to accommodate part of the thickness torus.

Claims

REVENDICATIONS.CLAIMS.

1. Moteur piézo-électrique à onde progressive comprenant au moins un stator et un rotor annulaires et des transducteurs électromécaniques, caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments susmentionnés constituant le moteur est muni d'un tore viscoélastique disposé sur une surface périphérique parallèle au moins approximativement à l'axe de rotation du rotor. 1. Piezoelectric traveling wave motor comprising at least one annular stator and rotor and electromechanical transducers, characterized in that at least one of the above-mentioned elements constituting the motor is provided with a viscoelastic toroid disposed on a surface peripheral parallel at least approximately to the axis of rotation of the rotor.

2. Moteur selon la revendication l, caractérisé par le fait que ledit tore est disposé sur la surface latérale du stator. 2. Motor according to claim l, characterized in that said toroid is arranged on the lateral surface of the stator.

3. Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un tore est disposé sur la surface latérale du rotor. 3. Motor according to one of claims 1 or 2, characterized in that a toroid is arranged on the lateral surface of the rotor.

4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les transducteurs électromécaniques sont longitudinaux et disposés perpendiculairement au stator et qu'un tore est disposé sur les faces extérieures desdits transducteurs électromécaniques ou sur leur cônes d'articulation avec le stator. 4. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electromechanical transducers are longitudinal and arranged perpendicular to the stator and that a torus is disposed on the outer faces of said electromechanical transducers or on their articulation cones with the stator.

5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les transducteurs électromécanique sont au nombre de quatre et sont longitudinaux et disposés perpendiculairement au stator et que l'on utilise deux tores, un premier entourant la surface extérieure d'un couple de transducteurs électromécaniques diamétralement opposés et un deuxième 5. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electromechanical transducers are four in number and are longitudinal and arranged perpendicular to the stator and that two toroids are used, a first surrounding the outer surface d '' a couple of diametrically opposed electromechanical transducers and a second

tore entourant la surface latérale du deuxième couple de transducteurs électromécaniques diamétralement opposés. torus surrounding the lateral surface of the second pair of diametrically opposite electromechanical transducers.

6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ladite surface périphérique est munie d'une creusure pour recevoir ledit tore.6. Motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that said peripheral surface is provided with a recess to receive said torus.