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3. Étude du bloqueur magnétique

4.2. Résultats expérimentaux intermédiaires

4.2.1. Protocole de mesures

Les tests expérimentaux de ce démonstrateur sont basés sur une mesure de l’effort maximal qu’est capable de transmettre l’actionneur au substrat magnétique. La figure 3.15 illustre le mode opératoire utilisé : le principe étant de charger l’actionneur en plaquant le substrat sur le bâti à l’aide d’un serre-joint. Lorsque

FORCES BY VIRTUAL WORK Load Step Number: 2.

Substep Number: 1. Time: 0.2000E+01 Units of Force: ( N ) Component Force−Y SUPPORT 0.83639E+03 __________________________________ FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR Units of Force: ( N ) Component Force−Y SUPPORT 0.83687E+03 __________________________________ Composante By du champ magnétique Intensité du champ magnétique

Fig. 3.14: Vue de la maquette de validation intermédiaire du concept MAGZO

le bloqueur d’entraînement est activé, dès que la céramique s’allonge, le substrat magnétique est déplacé, tant que la force de frottement imposée sur le substrat par le serre-joint ne dépasse pas la force limite du bloqueur. La force exercée par le substrat sur le bloqueur est mesurée par un capteur d’effort fixé entre le bâti et le bloqueur. L’augmentation du serrage du serre-joint augmente le frottement entre le substrat et le bâti et par conséquent augmente l’effort d’opposition au mouvement du bloqueur d’entraînement. Lorsque cette opposition dépasse un certain seuil, le bloqueur d’entraînement glisse sur le substrat, sans pouvoir le déplacer.

Serre−joint Substrat magnétique Bâti Jauge de contrainte Bloqueur d’entraînement Sens de déplacement du substrat

Fig. 3.15: Schéma du protocole expérimental pour la mesure de l’effort transmis par l’actionneur au substrat magnétique

4.2.2. Alimentation séparée

Une première série d’essais a été effectuée en utilisant une configuration d’ali- mentations indépendantes pour la céramique et l’ensemble des deux bloqueurs. L’aiguillage du courant vers l’un ou l’autre des bloqueurs est obtenu à l’aide de

deux diodes.

Les bobinages des bloqueurs ont été réalisés de telle manière qu’un courant maximal de 2 A donne l’effort normal maximal. En statique, c’est-à-dire à courant constant, la force tangentielle maximale atteinte par les bloqueurs, avant glisse- ment, restait légèrement inférieure à 520 N. Cette valeur, légèrement supérieure à celle évaluée lors du dimensionnement, s’explique par un coefficient de frottement plus élevé que prévu.

L’alimentation des différents éléments a été effectuée grâce à l’utilisation d’un amplificateur linéaire à deux voies construit au laboratoire, dont la tension de sortie était limitée à 120 V et le courant crête à 1.5 A. Deux signaux sinusoïdaux de 500 Hz servent de références à l’amplificateur. Les signaux appliqués sur la maquette, après un réglage des niveaux des références sont présentés sur la figure 3.16.

500 Hz Vc IL1 IL2 0 Vcmax Vcmin IL1max = 137 V = −8 V = 1.5 A

Fig.3.16: Formes d’ondes des courants dans les bloqueurs et de la tension appliquée aux bornes de la céramique

La céramique multicouche se déformant à vide de 40 µm par cycle, la vitesse de déplacement théorique de l’actionneur mobile est égale à 20 mm.s−1 pour un fonc- tionnement à 500 Hz. Or, la vitesse mesurée reste inférieure à 10 mm.s−1. Cette différence est une conséquence directe de l’utilisation des diodes « d’aiguillage » du courant dans les bobines. Il existe en effet, pendant un certain temps, une conduc- tion simultanée du courant dans les deux bobines (Fig. 3.16). Cet empiètement tient à l’utilisation de diodes au sein d’un circuit inductif comme cela est analysé en annexe E. Les diodes étant conductrices dès que la tension à leurs bornes est positive, les deux bloqueurs sont activés en même temps, alors que la céramique n’a pas terminé sa course, créant ainsi une incertitude sur le sens de déplacement de l’actionneur. Cela se caractérise donc par une diminution de l’amplitude du mouvement global.

Il faut ajouter à cette perte une imprécision de la synchronisation de l’allon- gement de la céramique avec l’activation d’un bloqueur. Si le déphasage entre la tension d’alimentation des bobines et le courant y circulant est très proche de 90°, ce n’est pas le cas entre le signal de commande de la céramique et la tension effec-

tivement appliquée à ses bornes, où le déphasage varie en fonction de la fréquence. Un ajustement du déphasage entre les signaux de référence est donc nécessaire pour synchroniser le fonctionnement des éléments de l’actionneur.

4.2.3. Alimentation monophasée

La configuration en série, décrite au paragraphe 4.2.2. du chapitre 2, est utilisée pour l’essai avec une alimentation sinusoïdale monophasée. La tension d’alimen- tation possède une composante alternative d’amplitude 45 V et une composante continue de 70 V . Cela permet d’obtenir aux bornes de la céramique une tension variant de −2 à 150 V pour une fréquence de 280 Hz qui correspond à la fréquence de résonance du circuit électrique. Les figures 3.17 et 3.18 illustrent quelques unes des formes d’ondes obtenues.

La conduction simultanée du courant dans les deux bloqueurs est à nouveau présente. Cependant, il faut noter la synchronisation quasi parfaite de l’allongement de la céramique par rapport à l’activation d’un bloqueur (Fig. 3.18). Le facteur de puissance obtenu à cette fréquence vaut 0.79, ce qui est très intéressant. Il existe cependant une fréquence pour laquelle le courant et la tension d’alimentation sont en phase, comme l’illustre la figure 3.19, associée à une légère atténuation de la tension aux bornes des céramiques. Cette fréquence est très proche de la fréquence de résonance du circuit constitué par la capacité de la céramique en série avec les deux inductances des bloqueurs en parallèle, soit l’équivalent d’une inductance deux fois plus petite.

Du point de vue mécanique, la vitesse de déplacement mesurée à vide n’est que de 5 mm.s−1 au lieu de 11.8 mm.s−1 comme prévu en théorie (f = 280 Hz). Cette fois encore, l’empiètement des courants empêche l’exploitation complète de la course de la céramique multicouche. La force maximale, mesurée lorsque le substrat de se déplace plus, ne dépasse pas 100 N.