Contribution à la conception et à la modélisation d'actionneurs piézoélectriques cylindriques à deux degrés de liberté de type rotation et translation - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2003

Contribution to the design and modeling of piezoelectric cylindrical actuators with two degrees of freedom (rotation and translation)

Contribution à la conception et à la modélisation d'actionneurs piézoélectriques cylindriques à deux degrés de liberté de type rotation et translation

Résumé

The work presented in this thesis concerns the design and modeling of piezoelectric actuators with high force in translation and rotational movements. A comparative study of the various actuators structures highlighted the interesting electromechanical potential of cylindrical rotating mode motor. This motor has been then studied in order to obtain an analytical model by using Mason diagrams and variationnal principles. This last approach has also been used to find the electromechanical parameters of the motors with FEM simulations (ANSYS). Two phases and single phase motors have been realized and have validated the developed models. Their associated resonant supplies were also studied. Next, an additional degree of freedom in translation has been added to the rotating mode motor. An original Inchworm principle has allowed to uncouple this function from the resonant rotary movement. This principle has been validated thanks to a prototype realized in the laboratory. A ZVS-PWM inverter has also been achieved in order to generate the waveforms with a broad frequencies band (DC to several tens of kHz).
Ce travail de thèse porte sur le développement et la modélisation d'actionneurs piézo-électriques à densité d'efforts élevés et pouvant produire des mouvements de rotation et de translation. Une étude comparative des différentes structures d'actionneurs a mis en évidence le potentiel électromécanique intéressant de l'actionneur cylindrique à rotation de mode. Une étude approfondie de ce dernier a été entreprise et a permis de le modéliser analytiquement par des schémas de Mason ou par des méthodes variationnelles. Cette dernière approche a permis également de retrouver les paramètres électromécaniques du moteur à partir de simulations par éléments finis (ANSYS). Des prototypes d'actionneurs diphasés et monophasés ont été réalisés et ont permis de valider les modèles développés. Leurs alimentations résonantes associées ont également été étudiées. L'objectif suivant a été d'intégrer au sein de la structure du moteur à rotation de mode un dispositif permettant d'assurer le degré de liberté supplémentaire en translation. Le choix s'est porté ici sur un fonctionnement original de type inchworm permettant de découpler cette fonction du mouvement rotatif résonant. Un prototype a permis de valider le principe de fonctionnement en translation de l'actionneur. Une alimentation MLI à commutation douce a été réalisée afin de pouvoir générer les formes d'ondes exigeant une large plage de fréquences (du continu à plusieurs dizaines de kHz).
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Dates et versions

tel-00864606 , version 1 (22-09-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00864606 , version 1

Citer

Marc Budinger. Contribution à la conception et à la modélisation d'actionneurs piézoélectriques cylindriques à deux degrés de liberté de type rotation et translation. Vibrations [physics.class-ph]. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00864606⟩
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