7.4 Entraînement par mouvement vibratoire
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en circuit ouvert traduit un encastrement de la face libre ( ˙
u v = 0). À l’inverse, un
fonctionnement à vide d’un point de vue mécanique imposera un court-circuit en
sortie du circuit motionnel ( f v = 0).
Soulignons enfin que la validité d’un schéma à quatre terminaisons tel que celui
de la figure 7.3 n’est assurée qu’au voisinage immédiat d’un mode de résonance
donné. La représentation de la réponse du transducteur sur une bande de fréquence
plus large nécessite d’inclure dans le transformateur autant de circuits secondaires
que de modes propres susceptibles d’être excités. Par ailleurs, lorsque les deux faces
mécaniquement actives de l’élément vibrent simultanément, on devra recourir à un
schéma plus général comportant six terminaisons (schémas de Mason) [43].
7.4 ENTRAÎNEMENT PAR MOUVEMENT VIBRATOIRE
L’exploitation de l’effet piézoélectrique inverse, en régime quasi-statique ou résonant, constitue un processus relativement direct pour créer le mouvement à partir
d’une source électrique. Cependant, ce mouvement demeure le fruit d’une déformation. Aussi, comme nous avons pu le voir, l’amplitude des déplacements utiles se
limite en pratique à quelques dizaines de micromètres pour un transducteur de taille
centimétrique. En excitant la déformation à fréquence relativement élevée (plusieurs
dizaines de kHz), on peut néanmoins disposer d’un champ de vitesse vibratoire d’intensité tout à fait significative (de l’ordre de 0, 1 m.s
−1 en régime résonant). Par
conséquent, en vue d’accéder aux fonctionnalités d’un véritable moteur, il s’agit de
convertir la vibration primaire en un mouvement uniforme de rotation ou de translation. Ce processus de « redressement » du champ de vitesse alternatif repose sur une
exploitation judicieuse des actions de contact mises en jeu à l’interface séparant les
parties fixe et mobile du piézomoteur.
Si l’on convient de se limiter ici aux concepts les plus classiques, on peut distinguer deux principaux types d’effets. Le premier résulte de la composition de deux
déplacements orthogonaux. Le second tire profit des déplacements particulaires induits par la propagation d’une onde de flexion.
7.4.1 Composition de déformations
La mise en jeu d’un mouvement vibratoire doté d’un pouvoir d’entraînement unidirectionnel résulte d’une manière générale de conditions de contact cycliques. Ainsi, la
surface active affronte périodiquement l’élément entraîné. La vitesse instantanée des
points matériels constituant cette surface est alors communiquée par frottement à la
partie mobile. Le contact est ensuite débrayé pour permettre la rétraction de l’élément
vibrant, avant que le cycle ne se répète.
Afin que les forces motrices puissent exister, un effort d’appui normal à l’interface doit nécessairement être exercé entre les pièces en contact. Dans le cas d’un
appui statique (obtenu le plus souvent par compression d’un élément élastique), le
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en circuit ouvert traduit un encastrement de la face libre ( ˙
u v = 0). À l’inverse, un
fonctionnement à vide d’un point de vue mécanique imposera un court-circuit en
sortie du circuit motionnel ( f v = 0).
Soulignons enfin que la validité d’un schéma à quatre terminaisons tel que celui
de la figure 7.3 n’est assurée qu’au voisinage immédiat d’un mode de résonance
donné. La représentation de la réponse du transducteur sur une bande de fréquence
plus large nécessite d’inclure dans le transformateur autant de circuits secondaires
que de modes propres susceptibles d’être excités. Par ailleurs, lorsque les deux faces
mécaniquement actives de l’élément vibrent simultanément, on devra recourir à un
schéma plus général comportant six terminaisons (schémas de Mason) [43].
7.4 ENTRAÎNEMENT PAR MOUVEMENT VIBRATOIRE
L’exploitation de l’effet piézoélectrique inverse, en régime quasi-statique ou résonant, constitue un processus relativement direct pour créer le mouvement à partir
d’une source électrique. Cependant, ce mouvement demeure le fruit d’une déformation. Aussi, comme nous avons pu le voir, l’amplitude des déplacements utiles se
limite en pratique à quelques dizaines de micromètres pour un transducteur de taille
centimétrique. En excitant la déformation à fréquence relativement élevée (plusieurs
dizaines de kHz), on peut néanmoins disposer d’un champ de vitesse vibratoire d’intensité tout à fait significative (de l’ordre de 0, 1 m.s
−1 en régime résonant). Par
conséquent, en vue d’accéder aux fonctionnalités d’un véritable moteur, il s’agit de
convertir la vibration primaire en un mouvement uniforme de rotation ou de translation. Ce processus de « redressement » du champ de vitesse alternatif repose sur une
exploitation judicieuse des actions de contact mises en jeu à l’interface séparant les
parties fixe et mobile du piézomoteur.
Si l’on convient de se limiter ici aux concepts les plus classiques, on peut distinguer deux principaux types d’effets. Le premier résulte de la composition de deux
déplacements orthogonaux. Le second tire profit des déplacements particulaires induits par la propagation d’une onde de flexion.
7.4.1 Composition de déformations
La mise en jeu d’un mouvement vibratoire doté d’un pouvoir d’entraînement unidirectionnel résulte d’une manière générale de conditions de contact cycliques. Ainsi, la
surface active affronte périodiquement l’élément entraîné. La vitesse instantanée des
points matériels constituant cette surface est alors communiquée par frottement à la
partie mobile. Le contact est ensuite débrayé pour permettre la rétraction de l’élément
vibrant, avant que le cycle ne se répète.
Afin que les forces motrices puissent exister, un effort d’appui normal à l’interface doit nécessairement être exercé entre les pièces en contact. Dans le cas d’un
appui statique (obtenu le plus souvent par compression d’un élément élastique), le