Moteurs piézo-électriques à onde progressive : III. Limites de validité des modèles 2-D et perspectives actuelles

(Reçu le 3 avril 1996, accepté le 4 juillet 1996)

Abstract
The main objective of this third paper, devoted to the mechanical modeling of traveling wave type ultrasonic motors, aims at the validation of both softwares: C.U.B.I.C. (Contact Unilatéral entre structures Bicouches et Indenteurs Continus) and C.A.S.I.M.M.I.R.E. (Conception Assistée par la SImulation Mécanique des MIcromoteurs REsonnants) previously developed in order to optimize future piezomotors with a high efficiency. The comparisons between the theoretical loading characteristics communicated to the driving shaft and the experimental data, which have been measured on a specific test bench, show the accuracy and the relevance of the algorithms based on a mechanical description of the stator/rotor interface. Moreover it appears that our approach may lead to the theoretical calculation of the optimal axial preload applied to the driving shaft. Nevertheless, some validity limits of mechanical models aiming at the optimization of the axial preload are pointed out, especially when the pressure exerted at the stator/rotor interface is increased in order to obtain high torques. The last part of the paper emphasizes the role played by the radial component of the motor, and shows that the 3-D mechanical modeling of the interface should be an efficient way for the optimal design of very high torque piezomotors.

Résumé
Ce troisième article, consacré à la modélisation mécanique des moteurs piézo-électriques à onde progressive, a pour objectif principal la validation des deux logiciels précédemment développés au laboratoire dans le but d'optimiser le rendement des futurs piézomoteurs : C.U.B.I.C. (Contact Unilatéral entre structures Bicouches et Indenteurs Continus) et C.A.S.I.M.M.I.R.E. (Conception Assistée par la SImulation Mécanique des MIcromoteurs REsonnants). La corrélation entre les caractéristiques mécaniques théoriques et expérimentales coomuniquées à l'arbre moteur met en évidence la précision et la pertinence des algorithmes basés sur l'analyse mécanique du comportement de l'interface stator/rotor. Par ailleurs, ces algorithmes montrent que notre approche autorise l'évaluation de l'effort de précontrainte optimal appliqué à l'arbre moteur. Toutefois, la recherche de l'effort de précontrainte optimal révèle les limites de validité des approches bidimensionnellles, plus particulièrement lorsque la pression exercée à l'interface stator/rotor augmente de manière à obtenir des moteurs à très forts couples. La dernière partie de cet article met en évidence l'importance de la composante radiale dans le comportement du moteur. Elle montre ainsi qu'une modélisation tridimensionnelle pourrait prolonger efficacement les outils 2-D actuels afin de garantir une conception optimale des futurs piézomoteurs.