WO2011006987A1 - Structure d'actionneurs pas a pas du type chenille - Google Patents

Structure d'actionneurs pas a pas du type chenille Download PDF

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WO2011006987A1
WO2011006987A1 PCT/EP2010/060299 EP2010060299W WO2011006987A1 WO 2011006987 A1 WO2011006987 A1 WO 2011006987A1 EP 2010060299 W EP2010060299 W EP 2010060299W WO 2011006987 A1 WO2011006987 A1 WO 2011006987A1
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WO
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actuators
actuator
structure according
type
actuator structure
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/060299
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English (en)
Inventor
Pierre Jacob
Jean-François ROUCHON
Original Assignee
Societe Technique Pour L'energie Atomique Technicatome
Institut National Polytechnique De Toulouse
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Filing date
Publication date
Application filed by Societe Technique Pour L'energie Atomique Technicatome, Institut National Polytechnique De Toulouse filed Critical Societe Technique Pour L'energie Atomique Technicatome
Publication of WO2011006987A1 publication Critical patent/WO2011006987A1/fr

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/023—Inchworm motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/101—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using intermittent driving, e.g. step motors

Definitions

  • the invention relates to the field of electroactive actuators of the step type, using inter alia piezoelectric elements.
  • the main uses of this type of equipment are the motors of precise, high torque, direct drive positioning systems.
  • the electroactive actuators operating in stepwise mode and called “inchworm”, that is to say the “caterpillar” type are already used to perform linear or rotary movements.
  • the operation of such an actuator is generally based on the exploitation of piezoelectric ceramic materials of multilayer type.
  • the optimal operation of such a structure is often difficult to obtain because of the weak mechanical clearances which appear in this type of actuators and which generate parasitic torques or forces of braking. This results in a diminished return.
  • such an actuator mainly comprises two gripper actuators 1, 2 or gripper and a translation actuator 3 at each end of which is fixed one of the two gripper actuators 1 or 2.
  • the assembly rests on a surface evolution 4.
  • the operating principle of such a structure is as follows.
  • Actuators with piezoelectric ceramics are generally used to create these vertical displacements.
  • the second plug actuator 2 When it is desired to move the assembly, for example the second plug actuator 2, the effect of the displacement created by the piezoelectric ceramic elements is eliminated and this plug element 2 loses adhesion with respect to the surface of the 4.
  • the translational actuator 3 is then moved to lengthen and push, because the first actuator socket 1 is still adhered to the surface of evolution 4.
  • the second actuator socket 2 s' length of a length corresponding to the step of the operation of the assembly.
  • the following operation consists of re-adhering the second actuator 2 by a displacement controlled by piezoelectric ceramics and to remove the effects of these piezoelectric elements of the first actuator 1, which then loses adhesion in turn relative 4.
  • the translational actuator 3 is then set in motion to retract and return the first actuator 1 to the second actuator 2 taking grip which is still adhered to the surface of evolution 4. Finally, the first grip actuator 1 is re-adhered to the surface evolution 4 by the displacements of the piezoelectric elements.
  • the object of the invention is to overcome these disadvantages by maintaining this type of progression step by step implementing elements of particular piezoelectric type.
  • the main object of the invention is a crawler-type stepwise actuator structure, able to move relative to a fixed support or an evolution surface, comprising at least one set of actuators. including himself:
  • tap actuators intended to be brought into contact on the surface of evolution by a translational surface
  • the actuators are of the type of those whose translational surface can be vibrated when they are supplied with electrical energy.
  • these actuators take advantage of a normal pressure on the surface on which they are placed, that is to say normal to their translational surface.
  • this pressure is applied by means of a spring.
  • electroactive-type vibrating type actuators in particular of the piezoelectric type or of the magnetostrictive type, or of the resonant single-phase type, or else using shape memory materials.
  • the structure comprises a single actuator assembly thus comprising a single translational actuator and two actuators, the assembly constituting a motor cell.
  • the structure alternately comprises a first determined number N of translation actuators and a second predetermined number N + 1 of setting actuators.
  • the structure comprises at least one set of two gripping actuators placed around an axis and at least one rotational actuator, thus making it possible to raise the torque of 1 global actuator.
  • the vibrations of the translational surface may be stationary or progressive.
  • FIGS. 5A, 5B and 5C a multi-cellular rotary version of the structure according to
  • the whole of the actuator structure has the same appearance as that previously described.
  • the technology of the plug actuators 11 and 12 is different.
  • the arrows 15 show that a static force is applied to or by each actuator 11 and 12, in that each of them exerts a pressure on the evolution surface 4.
  • This pressure can be effected by gravity, but preferably increased by the pressure of one or more springs.
  • the actuator structure of FIG. 2A adheres well by the bottom surface of each of the take-up actuators 11 and 12 to the evolution surface 4. In this state, the actuators are not energized and / or excited. They are in the passive state.
  • the right-hand jack actuator 12 is actuated, i.e., if it consists of a resonant piezoelectric actuator, the piezoelectric materials thereof are energized.
  • This actuator socket 12 placed on the right enters into vibration. This results in a loss of adhesion of this actuator socket 12 placed on the right. If, furthermore, as shown by the arrow 16, the translation actuator 13 becomes longer.
  • the actuator socket 12 placed to the right then moves away from the actuator 11 taken to the left, thanks to its loss of adhesion relative to the surface of evolution 4.
  • FIG. 2C shows the third phase at the beginning of which the right-hand tap actuator 12 has been restored to the passive state, that is to say that the resonant structure of the tap actuator is no longer energized and that it is again passive and resumed its initial adhesion to the surface of evolution 4.
  • the actuator socket 11 placed on the left was put under electrical excitation, that is to say that its Electroactive materials are excited for excitation of the pick-up actuator at resonance. In turn, it has lost part of its adhesion relative to the surface of evolution 4.
  • the translation actuator 13 retracts, as shown by the arrow 17, the tap actuator 11 on the left approaches the tap actuator 12 on the right.
  • the jack actuator 11 placed on the left can then stop being excited and resume its initial adhesion on the evolution surface 4, as shown in FIG. 2D.
  • the piezoelectric actuators have a cylindrical base surface.
  • actuators socket 11 and 12 it is intended, for constituting the actuators socket 11 and 12 to use Langevin type actuators. It is also possible to use excited materials acoustically. Their operating frequencies are chosen between 10 and 100 KHz.
  • Figure 3 shows an example, in section, of a structure of a resonant actuator.
  • the main elements of such an apparatus are two counter-masses 21 and 22, sandwiching a plurality of stacked ceramics 20, the whole being held fixed by a prestressing screw 23.
  • Such an actuator can be excited at the mechanical resonance in longitudinal mode. , that is to say along the axis of the prestressing screw 23.
  • FIG. 3A shows such an excited actuator, that is to say that the upper ends 24 and lower 25 vibrate in parallel, along of the direction of the prestressing screw 23.
  • One of them constitutes the translation surface which is in contact with the evolution surface 4 of FIGS. 2A and 2D.
  • the disengagement function of the adhesion of the actuator structure according to the invention can also be provided by an actuator having a structure identical to the resonant actuator as described in FIGS. 3 and 3A, but then using a bending mode .
  • Figures 3B and 3C show the effects of such an actuator which has a similar structure to the resonant actuator.
  • Such a piezoelectric actuator is excited in rotation by a stationary wave of single-phase structure.
  • the dashed lines show the lateral deformations on these two figures 3B and 3C when the actuator is excited.
  • the upper 26 and lower 27 surfaces oscillate or swing.
  • this structure of the inflectional type could be more interesting in terms of operation than the longitudinal mode described in FIGS. 3 and 3A since the frequency of this type of contact of such an apparatus is doubled with respect to the frequency imposed by one actuation Figures 3 and 3A.
  • the speed of translation of the disengaged actuation can also be increased.
  • the mode of vibration of the actuators has been described in two different ways, with reference to Figures 3, 3A, 3B and 3C. It can also be envisaged that the translation surface can be excited by a wave, not stationary, but progressive, such as a wave. In other words, the translation surface would deform by a deformation that would move on this translational surface. However, this requires a two-phase power supply.
  • the vibrations can be amplified or not.
  • a longitudinal multi-cellular version of the structure is envisaged.
  • the latter is mounted on a frame or frame 40, inside which are placed alternately translation actuators 43, placed horizontally, and actuators 41 and 42.
  • the translation actuators 43 are of a first predetermined number N and are placed horizontally, each between two actuators 41 and 43, each placed at one end of each translation actuator 43.
  • the actuators 41, 42 are therefore a second determined number N + 1, since there is, at each end of the structure, a gripping actuator 41 or 42.
  • the assembly is completed with prestressing springs 46 placed above each actuator 41, 42 and taking support on the frame 40.
  • FIGS. 5A to 5C show the operation of the actuator structure in a rotating multi-cellular configuration. Indeed, only six actuators 5OA, 5OB are used, but always in pairs.
  • First three actuators 50A are fixed relative to each other, being integral with a first axis 51A by means of two support members 52 themselves fixed to a three-head plate 53.
  • Three second actuators 50B are each associated with a first actuator 50A to form three pairs and are integral with a second axis 51B through a plate 54.
  • a housing 55 surrounds the assembly.
  • a rotating uni-cellular version is envisaged. Indeed, on at least one frame 60, are disposed two actuators, a brake actuator 61 and a motor actuator 62.
  • the brake actuator 61 is mounted on an arm 69, fixed on a base 65 and having a hinge 68 allowing the arm 69 to oscillate vertically.
  • the brake actuator 61 can be slightly detached from the frame 60.
  • the motor actuator 62 is mounted on an arm 64 which is itself fixed on a base 65.
  • An articulation 67 of the arm 64 allows horizontal oscillation of the latter and thus allows the motor actuator 62 to be translated horizontally along the periphery of the frame 60 for an amplitude of several degrees.
  • Two rotation actuators 63 operating, for example, with multilayer ceramics, make it possible to obtain this translation.
  • the joints 67 and 68 may be made in different ways, for example by plastic narrowed parts, hinges or hinges. Thus, such a system can turn step by step by alternating release of the brake actuator
  • prestressing springs 66 being placed on each of the arms 64 and 69.
  • the concept of the actuator structure according to the invention has the advantage, by the use of this principle of disengagement, based on the exploitation of vibrations, not to be dependent on mechanical games often difficult to manage in structures classic "chenille” type (inchworm).
  • This actuator structure benefits from a positioning of the stator vis-à-vis a rotor no longer absolute but relative, since the surface of the engagement actuators ensuring the disengagement, bears directly on the surface to be driven. .
  • the translational movement can be obtained by exploiting, in a quasi-static regime, the deformation of piezoelectric or magnetostrictive elements or by using shape memory materials or alloys.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

La structure d' actionneurs est du type « à chenille » (inchworm) mais de type inversé. Il comprend principalement, pour chaque ensemble d' actionneurs des actionneurs de prise de type piézoélectrique (11, 12) placés chacun à une extrémité d'un actionneur de translation (13). La perte d'adhérence successive de deux actionneurs de prise (11, 12) se fait par l'excitation de chacun de ces éléments pour que leur surface de translation vibrent et perdent l'adhérence chacun leur tour, l' actionneur de translation (13) procédant à la translation relative et alternée de chacun des deux actionneurs de prise qui ont perdu leur adhérence par excitation. L'ensemble évolue ainsi pas à pas.

Description

STRUCTURE D'ACTIONNEURS PAS A PAS DU TYPE CHENILLE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne le domaine des actionneurs électroactifs du type pas à pas, utilisant entre autre des éléments piézoélectriques.
Les utilisations principales de ce type de matériel sont les moteurs de systèmes de positionnement précis, à fort couple, à entraînement direct.
ART ANTERIEUR ET PROBLEME POSE
Les actionneurs électroactifs fonctionnant en mode pas à pas et appelés « inchworm », c'est-à-dire du type « chenille » sont déjà utilisés pour effectuer des déplacements linéaires ou rotatif. Le fonctionnement d'un tel actionneur repose généralement sur l'exploitation de matériaux céramiques piézoélectriques de type multicouche. Le fonctionnement optimal d'une telle structure est souvent difficile à obtenir à cause des jeux mécaniques faibles qui apparaissent dans ce type d' actionneurs et qui engendrent des couples ou des efforts de freinage parasites. Il s'ensuit un rendement amoindri.
En référence à la figure 1, un tel actionneur comprend principalement deux actionneurs de prise 1, 2 ou préhenseur et un actionneur de translation 3 à chaque extrémité duquel est fixé un des deux actionneurs de prise 1 ou 2. L'ensemble repose sur une surface d'évolution 4. Le principe de fonctionnement d'une telle structure est le suivant.
Une première phase dans laquelle l'actionneur repose sur une surface d'évolution, par son poids, et une force imposée via un déplacement vertical. On utilise en général des actionneurs munis de céramiques piézoélectriques pour créer ces déplacements verticaux.
Lorsqu'on veut déplacer l'ensemble, par exemple le deuxième actionneur de prise 2, on supprime l'effet du déplacement créé par les éléments de céramique piézoélectriques et cet élément de prise 2 perd de l'adhérence par rapport à la surface d'évolution 4. L'actionneur de translation 3 est alors mis en mouvement pour s'allonger et pousse, du fait que le premier actionneur de prise 1 est toujours en adhérence sur la surface d'évolution 4. Le deuxième actionneur de prise 2 s'allonge d'une longueur correspondant au pas du fonctionnement de l'ensemble. L'opération suivante consiste à remettre en adhérence le deuxième actionneur de prise 2 par un déplacement commandé par des céramiques piézoélectriques et à supprimer les effets de ces éléments piézoélectriques du premier actionneur de prise 1 qui perd alors de l'adhérence à son tour par rapport à la surface d'évolution 4. L'actionneur de translation 3 est alors mis en mouvement pour se rétracter et ramener le premier actionneur de prise 1 vers le deuxième actionneur de prise 2 qui est toujours en adhérence sur la surface d'évolution 4. Enfin, le premier actionneur de prise 1 est remis en adhérence sur la surface d'évolution 4 par les déplacements des éléments piézoélectriques .
Or, par l'utilisation des céramiques piézoélectriques, notamment de type multicouches, les déplacements sous champ électrique d'environ 1 nv/m restent modestes (1 000 ppm) . Le fonctionnement optimal d'une telle structure est souvent difficile à obtenir à cause des jeux mécaniques relativement faibles
(quelques dizaines de microns) qui engendrent des couples et/ou des efforts de freinage parasites. Il s'ensuit des couples et/ou des forces utiles relativement faibles.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en conservant ce type de progression pas à pas mettant en œuvre des éléments de type notamment piézoélectrique .
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'objet principal de l'invention est une structure d'actionneurs pas à pas de type chenille, apte à se déplacer par rapport à un support fixe ou une surface d'évolution, comprenant au moins un ensemble d'actionneurs comprenant lui-même :
- des actionneurs de prise destinés à être mis en contact sur la surface d'évolution par une surface de translation, et
- un actionneur de translation à chacune des deux extrémités duquel est fixé un des deux actionneurs de prise.
Selon l'invention, les actionneurs de prise sont du type de ceux dont la surface de translation peut être mise en vibration lorsqu'ils sont alimentés en énergie électrique.
Dans la réalisation préférentielle de l'invention, ces actionneurs de prise bénéficient d'une pression normale à la surface sur laquelle ils sont placés, c'est-à-dire normale à leur surface de translation .
De préférence, cette pression est appliquée au moyen d'un ressort.
II est prévu d'utiliser des actionneurs de prise du type à vibrations d'origine électroactive, notamment du type piézoélectrique ou du type magnétostrictifs, ou du type monophasé résonant, ou bien utilisant des matériaux à mémoire de forme.
Dans une première réalisation uni- cellulaire pour déplacement longitudinal, la structure comprend un seul ensemble actionneur comprenant donc un seul actionneur de translation et deux actionneurs de prise, l'ensemble constituant une cellule motrice.
Dans une réalisation multi-cellulaire longitudinale, la structure comprend en alternance un premier nombre déterminé N d' actionneurs de translation et un deuxième nombre déterminé N + 1 d' actionneurs de prise .
Dans une deuxième version destinée à un déplacement rotatif autour d'un axe, la structure comprend au moins un ensemble de deux actionneurs de prise placés autour d'un axe et au moins un actionneur de rotation, permettant ainsi d'élever le couple de 1' actionneur global. Les vibrations de la surface de translation peuvent être stationnaires ou progressives.
LISTE DES FIGURES
L' invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, illustrée de plusieurs figures :
figure 1, déjà décrite, un type d' actionneur selon l'art antérieur ;
- figures 2A à 2D ; le fonctionnement des types d' actionneurs utilisés dans l'invention ;
- figures 3, 3A, 3B et 3C, en coupe, un actionneur du type Langevin ;
- figure 4 ; une version multi-cellulaire longitudinale de la structure selon l'invention ;
figures 5A, 5B et 5C, une version rotative multi-cellulaire de la structure selon
1 ' invention ; et
- figure 6, une version uni-cellulaire rotative de la structure selon l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE DEUX REALISATIONS DE
L' INVENTION La phase de progression d'un pas de la structure d' actionneur selon l'invention est la même que celle décrite dans les paragraphes relatifs à l'art antérieur. Les figures 2A à 2D montrent ces différentes phases, mais appliquées à la structure d' actionneurs selon l'invention. Par contre, le fonctionnement des actionneurs de prise de la structure d' actionneurs selon l'invention est l'inverse de celui utilisé avec les actionneurs de prise de type « inchworm » de la structure décrite dans le paragraphe relatif à l'art antérieur.
En effet, en référence à la figure 2A, l'ensemble de la structure d' actionneurs a le même aspect que celui précédemment décrit. Toutefois, la technologie des actionneurs de prise 11 et 12 est différente. En effet, les flèches 15 montrent que un effort statique est appliqué sur ou par chaque actionneur de prise 11 et 12, en ce sens que chacun d'entre eux exerce une pression sur la surface d'évolution 4. Cette pression peut être effectuée par gravité, mais de préférence augmentée par la pression d'un ou plusieurs ressorts. Quoi qu'il en soit, en l'état, la structure d' actionneurs de la figure 2A adhère bien par la surface inférieure de chacun des actionneurs de prise 11 et 12 sur la surface d'évolution 4. Dans cet état, les actionneurs de prise ne sont pas sous tension et/ou excités. Ils sont à l'état passif.
A la figure 2B, l' actionneur de prise 12 placé à droite est mis en action, c'est-à-dire que, s'il est constitué d'un actionneur piézoélectrique résonant, les matériaux piézoélectriques de celui-ci sont excités. Cet actionneur de prise 12 placé à droite rentre en vibration. Il s'ensuit une perte d'adhérence de cet actionneur de prise 12 placé à droite. Si de plus, comme le montre la flèche 16, l' actionneur de translation 13 s'allonge. L' actionneur de prise 12 placé à droite se déplace alors en s' éloignant de l'actionneur de prise 11 placé à gauche, grâce à sa perte d'adhérence par rapport à la surface d'évolution 4.
La figure 2C montre la troisième phase au début de laquelle l'actionneur de prise 12 placé à droite a été remis en état passif, c'est-à-dire que la structure résonante de l'actionneur de prise n'est plus excitée et que celui-ci est redevenu passif et a repris son adhérence initiale par rapport à la surface d'évolution 4. Conjointement, l'actionneur de prise 11 placé à gauche a été mis sous excitation électrique, c'est-à-dire que ses matériaux électroactifs sont excités en vue d'une excitation de l'actionneur de prise à la résonance. A son tour, celui-ci a donc perdu une partie de son adhérence par rapport à la surface d'évolution 4. Or, comme conjointement, l'actionneur de translation 13 effectue une rétraction, on observe, comme le montre la flèche 17, l'actionneur de prise 11 placé à gauche se rapproche de l'actionneur de prise 12 placé à droite. L'actionneur de prise 11 placé à gauche peut alors cesser d'être excité et reprendre son adhérence initiale sur la surface d'évolution 4, comme le montre la figure 2D.
On peut noter que, de manière générale, les actionneurs piézoélectriques ont une surface de base cylindrique .
Il est prévu, pour constituer les actionneurs de prise 11 et 12 d'utiliser des actionneurs de prise de type Langevin. Il est également possible d'utiliser des matériaux excités acoustiquement . On choisit leurs fréquences de fonctionnement entre 10 et 100 KHz.
La figure 3 montre un exemple, en coupe, d'une structure d'un actionneur résonant. Les principaux éléments d'un tel appareil sont deux contre- masses 21 et 22, prenant en sandwich plusieurs céramiques 20 empilées, le tout étant maintenu fixé par une vis de précontrainte 23. Un tel actionneur peut être excité à la résonance mécanique en mode longitudinal, c'est-à-dire le long de l'axe de la vis de précontrainte 23. La figure 3A montre un tel actionneur excité, c'est-à-dire que les extrémités supérieure 24 et inférieure 25 vibrent parallèlement, le long de la direction de la vis de précontrainte 23. L'une d'elle constitue la surface de translation qui est en contact avec la surface d'évolution 4 des figures 2A et 2D.
La fonction de débrayage de l'adhérence de la structure d'actionneurs selon l'invention peut également être assurée par un actionneur ayant une structure identique à l' actionneur résonant tel que décrit aux figures 3 et 3A, mais utilisant alors un mode de flexion. Les figures 3B et 3C représentent les effets d'un tel actionneur qui présente une structure analogue à l' actionneur résonant. Un tel actionneur piézoélectrique est excité en rotation par une onde stationnaire de structure monophasée. Les traits interrompus montrent les déformations latérales sur ces deux figures 3B et 3C lorsque l' actionneur est excité. En d'autres termes, les surfaces supérieure 26 et inférieure 27 oscillent ou se balancent. On constatera que cette structure de type flexionnelle pourrait être plus intéressante sur le plan du fonctionnement que le mode longitudinal décrit aux figures 3 et 3A puisque la fréquence de ce type de contact d'un tel appareil est doublée par rapport à la fréquence imposée par 1 ' actionnement des figures 3 et 3A. La vitesse de translation de 1 ' actionnement débrayé peut aussi être augmentée .
Le mode de mise en vibration des actionneurs a été décrit de deux manières différentes, en référence aux figures 3, 3A, 3B et 3C. On peut également envisager que la surface de translation puisse être excitée par une onde, non pas stationnaire, mais progressive, telle qu'une vague. En d'autres termes, la surface de translation se déformerait par une déformation qui se déplacerait sur cette surface de translation. Toutefois, ceci nécessite une alimentation électrique diphasée.
Les vibrations peuvent être amplifiées ou non.
En référence à la figure 4, on envisage une version multi-cellulaire longitudinale de la structure. Cette dernière est montée sur un bâti ou cadre 40, à 1 ' intérieur duquel sont placés en alternance des actionneurs de translation 43, placés horizontalement, et des actionneurs de prise 41 et 42. Les actionneurs de translation 43 sont d'un premier nombre déterminé N et sont placés horizontalement, chacun entre deux actionneurs de prise 41 et 43, placés chacun à une extrémité de chaque actionneur de translation 43. Les actionneurs de prise 41, 42 sont donc d'un deuxième nombre déterminé N + 1, puisqu'il y a, à chaque extrémité de la structure, un actionneur de prise 41 ou 42.
Ces derniers fonctionnent en alternance les uns (actionneurs freins 41) par rapport aux autres
(actionneurs moteurs 42). En d'autres termes, lorsque les actionneurs freins 41 sont en adhérence sur une paroi déterminée 47, les actionneurs moteurs 42 ne le sont pas. Une fois que les actionneurs de translation 43 ont déplacé les actionneurs moteurs 42, ceux-ci sont remis en adhérence sur la paroi plane 42 et les actionneurs freins 41 ont perdu leur adhérence pour être à leur tour déplacés par les actionneurs de translation 43 effectuant un mouvement contraire par rapport à leur premier mouvement. Ainsi, l'ensemble de la structure se déplace à la manière d'une chenille.
On signale que les actionneurs de translation 43 peuvent fonctionner avec la technologie de céramique multi-couche .
L'ensemble se complète de ressorts de précontrainte 46 placés au-dessus de chaque actionneur de prise 41, 42 et prenant appui sur le cadre 40.
Les figures 5A à 5C montrent le fonctionnement de la structure d' actionneurs en configuration multi-cellulaire rotative. En effet, seuls six actionneurs 5OA, 5OB sont utilisés, mais toujours par paire. Trois premiers actionneurs 5OA sont fixes les uns par rapport aux autres, en étant solidaires d'un premier axe 51A par l'intermédiaire de deux éléments supports 52 fixés eux-mêmes à un plateau à trois têtes 53. Trois seconds actionneurs 50B sont associés chacun avec un premier actionneur 5OA pour former trois paires et sont solidaires d'un second axe 51B par l'intermédiaire d'un plateau 54. Un carter 55 entoure l'ensemble.
La rotation de quelques degrés d'un des deux axes 51A ou 51B par rapport à l'autre permet d'obtenir les mouvements relatifs des deux actionneurs de chaque paire, afin de permettre d'obtenir une rotation pas à pas de l'ensemble.
En référence à la figure 6, une version uni-cellulaire rotative est envisagée. En effet, sur au moins un bâti 60, sont disposés deux actionneurs, un actionneur frein 61 et un actionneur moteur 62. L'actionneur frein 61 est monté sur un bras 69, fixé sur un socle 65 et possédant une articulation 68 permettant au bras 69 d'osciller verticalement. Ainsi, l'actionneur frein 61 peut être légèrement décollé par rapport au bâti 60.
L'actionneur moteur 62 est monté sur un bras 64 fixé lui-même sur un socle 65. Une articulation 67 du bras 64 permet une oscillation horizontale de ce dernier et permet donc à l'actionneur moteur 62 d'être translaté horizontalement, le long de la périphérie du bâti 60 pour une amplitude de plusieurs degrés. Deux actionneurs de rotation 63, fonctionnant, par exemple, avec des céramiques multicouches, permettent d'obtenir cette translation. Les articulations 67 et 68 peuvent être réalisées de différentes façon, par exemple par des parties rétrécies en plastique, des articulations ou des charnières. Ainsi, un tel système peut tourner pas-à-pas par débrayage alterné de l'actionneur frein
61 et de l'actionneur moteur 62, des ressorts de précontrainte 66 étant placés sur chacun des bras 64 et 69.
Avantages de l'invention
Le concept de la structure d' actionneur selon l'invention présente l'avantage, par l'utilisation de ce principe de débrayage, basé sur l'exploitation de vibrations, de ne pas être tributaire des jeux mécaniques souvent difficiles à gérer dans les structures classiques de type « à chenille » (inchworm) .
Cette structure d' actionneurs selon l'invention bénéficie d'un positionnement du stator vis-à-vis d'un rotor non plus absolu mais relatif, puisque la surface des actionneurs de prise assurant le débrayage, prend appui directement sur la surface à entraîner.
Les jeux nécessaires au mouvement d'un tel actionneur, par exemple l'entrefer, sont alors assurés par des vibrations de surface exploitant le contact dans le domaine élastique et garantissant ainsi, dans certaines conditions, des coefficients de frottement très faibles. On peut évoquer 85% de réduction par rapport au frottement hors excitation. Un tel système n'est donc plus tributaire des échauffements occasionnant des dilatations différentielles préjudiciables au fonctionnement des structures classiques . II garantit en outre des efforts normaux très élevés et donc des couples moteurs élevés par le biais d'un système d'application des efforts très simples utilisant, par exemple, un ressort comprimé pour exercer la pression nécessaire.
On note que cette structure d' actionneurs permet un positionnement très précis grâce au mécanisme de type chenille (inchworm) .
On note également qu'on obtient un couple de freinage, dans le cas de la version rotative, par manque d'alimentation plus important que le couple moteur .
Enfin, on note que le mouvement de translation peut être obtenu en exploitant, en régime quasi-statique, la déformation d'éléments piézoélectriques ou magnétostrictifs ou en utilisant des matériaux ou alliages à mémoire de forme.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure d'actionneurs pas-à-pas du type « chenille » apte à se déplacer par rapport à un support fixe tel qu'une surface d'évolution (4) comprenant au moins :
- deux actionneurs de prise (11, 12, 30) destinés à être placés sur la surface d'évolution (4), par une surface de translation,
- un actionneur de translation (13, 34) à chacune des extrémités duquel est fixé un des deux actionneurs de prise (11, 12, 30),
caractérisée en ce que les actionneurs de prise (11, 12, 30) sont du type de ceux dont la surface de translation peut être mise en vibration lorsqu'ils sont alimentés en énergie électrique.
2. Structure d'actionneurs selon la revendication 1, caractérisée en ce que les actionneurs de prise (11, 12, 30) sont actionnés à des fréquences comprises entre 10 et 100 KHz.
3. Structure d'actionneurs selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on exerce une pression sur les actionneurs (11, 12, 30) normale à la surface de translation.
4. Structure d'actionneurs selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'on utilise un ressort pour exercer la pression sur les actionneurs (11, 12, 30) .
5. Structure d'actionneurs selon la revendication 1, caractérisée les actionneurs de prise (11, 12, 30) sont du type fonctionnant avec des vibrations d'origine électro-actives .
6. Structure d'actionneurs selon la revendication 5, caractérisée en ce que les actionneurs de prise (11, 12, 30) sont du type piézoélectrique.
7. Structure d' actionneurs selon la revendication 5, caractérisée en ce que les actionneurs de prise (11, 12, 30) sont du type monophasé résonant.
8. Structure d'actionneurs selon la revendication 5, caractérisée en ce que les actionneurs sont du type utilisant des matériaux à mémoire de forme .
9. Structure d'actionneurs selon la revendication 5, caractérisée en ce que les actionneurs sont du type magnétostrictifs.
10. Structure d'actionneurs selon la revendication 1, dans une version uni-cellulaire longitudinale, caractérisée en ce qu'il comprend un seul actionneur de translation (13) et deux actionneurs de prise (11, 12) .
11. Structure d'actionneurs selon la revendication 1, dans une version multi-cellulaire longitudinale, caractérisée en ce qu'elle comprend en alternance un premier nombre déterminé N d' actionneurs de translation (43) et un deuxième nombre déterminé N + 1 d ' actionneurs de prise (41, 42) .
12. Système d' actionneurs selon la revendication 1, dans une version rotative destinée à tourner autour d'un axe (36), comprenant au moins un ensemble placé autour de l'axe (51A) comprenant lui- même au moins un actionneur de rotation (63) et deux actionneurs de prise (61, 62, 5OA, 50B) .
13. Structure d' actionneurs selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vibrations sont du type stationnaires .
14. Structure d' actionneurs selon la revendication 1, caractérisée en ce que les vibrations sont de type progressives.
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