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Projet 2007-2008: Le moteur piézoélectrique (4 mois)


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Résumé :

Le moteur piézoélectrique, très utilisé sur les zooms optiques des appareils photos numériques par exemple, est très petit et fonctionne suivant le principe de piézoélectricité. Ce projet a pour but de créer un banc expérimental pour comprendre son fonctionnement ainsi que son implantation dans un système de régulation de déplacement.




Au cours de la formation, sont étudiés des moteurs à courants continu, des moteurs brushless, des moteurs à déplacement linéaires, des moteurs pas à pas, mais un qui est très utilisé et encore peu connu est le moteur piézoélectrique. Afin de mieux comprendre sa technologie, nous avons ici, étudié ce moteur.


Comparaison des tailles des moteurs piézoélectriques
Comparaison des tailles des moteurs piézoélectriques

Principe physique

La déformation causée par l'effort de compression génère une séparation des centres des charges positives et négatives; d'où l'apparition d'un champ électrique. C'est ce principe, réversible, qui est utilisé.

principe physique
Schéma moléculaire


        - L’alimentation de deux plaques séparées d’une distance d entraîne l’apparition d’un champ électrique.
        - Si le signal d’entrée varie alors le champ E varie et rentre en vibration à la même fréquence que ce signal.
        - Le matériau rentre alors en résonnance et se déforme de quelques μm.

Schema de principe
Schéma de principe

On excite les plaques céramiques avec une MLI dont la fréquence d'excitation correspond à un mode propre de flexion du stator. La combinaison de deux vibrations sinusoïdales en quadrature dans le temps et l’espace crée onde progressive au stator, entraînant le rotor par friction.

En agissant sur la fréquence d'excitation du MLI, on contrôle ainsi la vitesse de rotation du moteur.

Caractéristiques

Caractéristiques techniques
Caractéristiques techniques

Ce moteur a la particularité de présenter les avantages mais aussi les inconvénients suivants:

Avantages Inconvénients
  • Moteur à friction : pas de casse mécanique en cas de Blocage
  • Fort couple de maintien (par rapport à son poids)
  • Fonctionnement silencieux
  • Couple élevé à basse vitesse
  • Taille très réduite
  • Nécessité d’un autopilotage en tension (alimentation électrique complexe)
  • Usure importante (faible durée de vie).

Résultats finals

Après réalisation d'une maquette, voici le schéma retenu pour l'étude du moteur:


Schéma de la maquette
Schéma de la maquette

Les calculs montrent que l'on obtient un contrôle sur le déplacement d'une précision de 7μm.


Maquette de montage
Maquette de montage

Bilan des tâches réalisées:

        - Construction de la maquette
        - Fonctionnement du moteur en boucle fermée

Perspectives:

        - Réglage des PID pour un fonctionnement optimal
        - Réalisation industrielle de la maquette