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