Conception de moteurs piezoactifs à l'aide de la modélisation

= Design of piezoactive motors using modelling

• Auteur / Autrice : Ronan Le Letty
• Direction : Paul Gonnard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (Lyon, INSA)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Dispositifs piézoélectriques

Moteurs électriques

Résumé

Les moteurs piézoactifs à base de matériaux piézoélectriques, électrostrictifs ou magnétostrictifs fonctionnent grâce à la combinaison de forces électromécaniques et de frottement. Ils offrent des perspectives de miniaturisation tout à fait intéressantes et des caractéristiques générales de principe, permettant la conception de fonctions intégrées (moteur+frein). L'objectif poursuivi concerne la conception de moteurs piézoactifs à l'aide de la modélisation Dans ce cadre, des travaux sont menés suivant trois grands axes complémentaires: le premier est l'utilisation, à des fins d'analyse et de conception de stators, du logiciel Atila basé sur la méthode des éléments finis et prenant en compte le couplage électromécanique. Les résultats obtenus, le plus souvent en accord avec l’expérience, montrent l’utilité du logiciel dans une démarche de conception. Le second axe a concerné une extension originale des modèles de transduction électromécanique à la prise en compte des mécanismes du contact intervenant entre le stator et le rotor. La méthode de superposition modale proposée a été appliquée à deux moteurs ultrasonores différents et a donc permis de montrer le caractère général de l'approche. Le troisième et dernier axe s'est intéressé aux expérimentations nécessaires à la validation des modèles Dans ce cadre, la mise au point d'une maquette opérationnelle d'un moteur ultrasonore a conduit à son étude expérimentale complète, en mettant en évidence les points clés de son fonctionnement.

Piezoactive motors based on piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive materials use a combination of electromechanical and frictional forces. They offer miniaturization possfbilities and characteristics leading to integrated devfces (motor and brake). The works objective is related to their design using modelling. Three different axis have been followed : the first is the use of the finite element software ATILA, which takes the 3D electromechanical coupling effects into account, for the stator analysis and design. The results, which agree with experiments in most cases, show the software ability in design work. In the second axis, the traditional models of electromechanical transduction have been extended to account for contact mechanisms between stator and rotor. A normal mode expansion method has been proposed and tested on two different ultrasonic motors (a travelling wave type and a mode conversion one), showing the method versatility. The third axis is related to experimental studies, where a motor prototype has been built and completely evaluated. Hence, the analysis of both theoretical and experimental results shows the way to obtain better characteristics for prototypes.