Structures multi-degrés de liberté

Dans la description du concept de notre actionneur, celui-ci est présenté comme une cellule motrice élémentaire à partir de laquelle de multiples configurations de machine pourraient être mises en œuvre. Citons ici quelques exemples de réalisations possibles.

Actionneur rotatif

Un exemple d’actionneur rotatif est illustré figure 2.24. Il reprend la structure de type push-pull. Un plateau inférieur fixe (stator) sert de support magnétique. Un bloqueur sur deux est relié à un plateau mobile qui entraîne l’arbre du moteur (rotor). Ces bloqueurs sont alimentés de la même manière. Les autres bloqueurs sont reliés entre eux par un troisième plateau servant de guide rotatif et sont activés en même temps. Ils bénéficient de la même alimentation, en opposition de phase avec celle des bloqueurs reliés au rotor.

Le changement de sens de rotation se fait simplement en inversant le déphasage des deux tensions aux bornes des deux groupements de céramiques.

Translateur plan

La structure élémentaire peut également être utilisée dans le cas d’un action- neur à deux degrés de liberté pour un déplacement dans le plan par exemple.

Fig._{2.24: Exemple d’architecture d’un actionneur rotatif constitué de plusieurs cellules} élémentaires MAGZO (sans le bobinage des bloqueurs)

L’architecture la plus simple nécessite deux structures de type push-pull déphasées dans l’espace de 90°, avec la particularité d’avoir le bloqueur fixé au bâti en commun. Cette actionneur serait à même de déplacer un mobile magnétique selon deux directions du plan.

La figure 2.25 illustre un autre exemple d’utilisation de la structure élémen- taire, dans le cas d’un mobile plan. Pour une raison de symétrie, l’actionneur est ici avantageusement constitué de trois cellules élémentaires offrant trois « bras » décalés de 120° dans l’espace, avec un bloqueur en commun. Le mobile peut se déplacer selon trois directions différentes, en ne suivant qu’une seule direction par cycle. L’existence d’un cisaillement au niveau des céramiques non actives, peut imposer une structure mécanique de précontrainte particulière, afin d’éviter toute détérioration.

5. Conclusion

Au cours de ce chapitre a été décrit le concept d’actionneur MAGZO, fondé sur la combinaison d’effets piézoélectrique et magnétique.

Un tour d’horizon des principales classes de piézoactionneurs, offrant une alter- native prometteuse aux solutions électromécaniques classiques, notamment dans le domaine de l’entraînement direct, a été tout d’abord proposé.

Il ressort de cette analyse qu’un certain nombre de difficultés freine encore le développement de ces solutions, face en particulier aux exigences de performances et de sécurité du domaine aéronautique. Ces difficultés tiennent pour une large part aux contraintes imposées par le principe d’une transmission par frottement des efforts générés. D’une part, les limites associées en termes d’efforts surfaciques ou de vitesses relatives ne permettent pas de tirer pleinement parti des puissances spécifiques élevées caractérisant les matériaux piézoélectriques. D’autre part, la durée de vie du moteur et les pertes engendrées restent tributaires d’une optimisation délicate des conditions de frottement à l’interface entre le rotor et le stator.

Dès lors, après quelques rappels concernant la piézoélectricité et la modélisa- tion de la « brique de base » que constitue l’actionneur multicouche, le concept d’actionneur MAGZO, utilisant un contrôle magnétique du contact, a été proposé et défini.

L’idée consiste à tirer profit d’une hybridation visant à exploiter les forces spécifiques élevées propres à l’actionnement piézoélectrique, tout en simplifiant les conditions de contact grâce à une commande magnétique, par électroaimants, de la fonction de blocage des plots d’entraînement. Outre l’intérêt mécanique d’un tel

concept (le contact peut être totalement relaxé en phase de débrayage), la prise en compte des contraintes d’alimentation a démontré ses avantages potentiels sur le plan électrique. D’une part, les déphasages requis entre les différents signaux de commandes (actionnement, blocage des plots) peuvent avantageusement résulter du caractère inductif et capacitif des éléments mis en jeu, grâce à une interconnexion judicieuse de leurs circuits. D’autre part, le couplage de ces deux types d’éléments est susceptible d’améliorer sensiblement le facteur de puissance global de l’actionneur, grâce à la compensation totale ou partielle des énergies réactives mises en jeu.

Enfin, à partir de la « cellule motrice élémentaire » que constitue le concept MAGZO, une grande variété de structures d’actionneurs, linéaires, rotatifs, voire à plusieurs degrés de liberté, peut être imaginée, comme en témoignent les exemples de réalisations proposés à la fin du chapitre.

Sur la base de cette approche essentiellement fonctionnelle du concept d’ac- tionneur proposé, il s’agit maintenant de préciser les éléments quantitatifs à partir desquels la structure peut être dimensionnée en vue de répondre à un cahier des charges donné. Tel est l’objet du chapitre suivant.

Éléments de conception de

l’actionneur MAGZO

1. Introduction

La description du principe de fonctionnement de l’actionneur MAGZO, telle que présentée lors du chapitre précédent, a dégagé les principales fonctions qu’il s’agit d’assurer à l’échelle d’une cellule motrice élémentaire. Ces fonctions cor- respondent d’une part au dispositif d’entraînement en translation des armatures mobiles (fonction « actionneur ») et d’autre part à leur verrouillage en position grâce à un procédé d’attraction magnétique (fonction « bloqueur »).

Le présent chapitre détaille les contraintes et critères de conception propres à la mise en œuvre pratique de chacune de ces fonctions.

L’organe d’actionnement est tout d’abord considéré, en envisageant notamment l’intérêt d’une amplification cinématique du déplacement produit par l’élément piézoélectrique.

La fonction de blocage est ensuite détaillée, tant du point de vue mécanique, en ce qui concerne les conditions d’adhésion ou d’accrochage du plot sur le substrat, qu’en ce qui concerne son dimensionnement magnétique.

Ces considérations sont enfin mises en pratique pour donner lieu à une première maquette de validation du concept d’actionneur proposé.