Guide Motion Control du GIMELEC - Ministère de l'Éducation ...

3- L’entraînement
3-4- Les moteurs
Le moteur piézoélectrique
Le moteur piézoélectrique est apparu en 1973 et les premiers moteurs industriels
en 1982.
Ce moteur présente des caractéristiques très spécifiques qui le différencient
des moteurs électromagnétiques classiques. Il peut être très facilement
miniaturisé et est capable de déplacements nanométriques.
Céramique
piézoélectrique
Arbre du
moteur
Plots
d’entraînement
Ressort
Rotor
Disque de
friction
Figure 56 Représentation schématique d’un
moteur piézoélectrique (vue éclatée)
Principe du moteur piézoélectrique
Le moteur piézoélectrique diffère des moteurs électriques décrits dans les
pages qui précédent, car il ne fait pas appel à un champ magnétique pour
créer un couple électromécanique.
Le principe repose sur la déformation d’une céramique piézoélectrique qui
a la propriété de subir une déformation lorsqu’elle est soumise à l’action
d’un champ électrique (effet piézoélectrique inverse). Les moteurs piézoélectriques
sont constitués d’un stator vibrant qui entraîne, par friction, un
rotor fortement pressé contre lui.
Cette vibration mécanique est entretenue par deux tensions d’alimentation
qui l’excitent à une fréquence proche de la résonance. Chaque tension
d’alimentation propage une onde stationnaire (les ventres et les noeuds
sont situés à des positions fixes sur le stator).
C’est par une alimentation en quadrature des deux tensions qu’une onde
progressive se propage et qui entraîne, par adhérence, le rotor.
On obtient ainsi des déformations de l’ordre de 2 à 3 µm capables d’entraîner
le rotor. La figure 56 est une représentation schématique d’un moteur
piézoélectrique rotatif.
Le même principe peut être utilisé pour la réalisation d’un actionneur linéaire.
Alimentation du moteur piézoélectrique
Le moteur est alimenté par deux tensions à haute fréquence en quadrature,
de quelques dizaines de kHz à plus de 100 kHz. Le sens de rotation
est déterminé par le déphasage relatif des tensions. La vitesse de rotation
ou de déplacement est fonction de la fréquence d’alimentation.
Les moteurs piézoélectriques peuvent fonctionner en boucle fermée.
Caractéristiques des moteurs piézoélectriques
Ce moteur présente un rapport couple/masse élevé, ne génère aucun
bruit de fonctionnement et présente un fort couple à l’arrêt sans alimentation.
Son mode de fonctionnement, basé sur un entraînement par
friction, entraîne un faible rendement (de l’ordre de 30%) et, une durée
de vie réduite (quelques milliers d’heures).
Le présent document est la propriété des entreprises qui ont contribué à sa rédaction et du GIMELEC. Il est protégé par le droit
d’auteur. Il ne peut être reproduit , modifié, diffusé, exploité sans l’autorisation écrite des propriétaires.
39