Étude d`un concept innovant d`actionneur électromécanique linéaire à

THÈSE
présentée
pour obtenir le
DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE TOULOUSE
délivré par
L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Spécialité : Génie Électrique
par
Adão DELEHELLE
Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrotechnique, d’Électronique, d’Informatique,
d’Hydraulique et des Télécommunications
DEA Génie Électrique de l’INPT
Étude d’un concept innovant d’actionneur
électromécanique linéaire à effets magnétique
et piézoélectrique en vue d’applications dans le
domaine des commandes de vol
soutenue le 25 juin 2008 devant le jury composé de :
M. Bernard Trannoy Président
M. Orphée Cugat Rapporteur
M. Lionel Petit Rapporteur
M. Michel Amiet Examinateur
M. Jean-Louis Debauche Examinateur
Prof. Bertrand Nogarède Directeur de thèse
Thèse préparée au LAPLACE
Plasma et Conversion d’Energie - UMR CNRS No5213 - ENSEEIHT

Résumé
La généralisation des actionneurs électromécaniques dans les systèmes embar-
qués (commandes de vol, freins électriques ...) requiert le développement de nou-
velles technologies dotées de performances et de fonctionnalités étendues. Dans
ce contexte, la présente thèse vise à élaborer une solution innovante d’actionneur
électromécanique linéaire à densité d’effort élevée. Cette solution est caractérisée
par la combinaison d’effets magnétiques et piézoélectriques, permettant d’obtenir
l’entraînement par contact d’une charge mobile.
À partir de considérations théoriques relatives à chacune des fonctions élémen-
taires mises en jeu dans l’actionneur (blocage et entraînement), une architecture
simple est proposée. Celle-ci est modélisée et validée à l’aide d’une maquette spé-
cifique.
Les premières expérimentations mettent en évidence la nécessité d’un dispositif
permettant d’amplifier les déformations élémentaires produites par l’effet piézo-
électrique. Une structure d’amplification à pivots flexibles est alors étudiée. Un
modèle analytique de son comportement élastique est élaboré en vue de son di-
mensionnement et de son intégration au sein de l’actionneur.
L’association du concept proposé à une stratégie d’alimentation spécifique
permet enfin de caractériser expérimentalement un démonstrateur d’actionneur
linéaire direct magnéto-piézoélectrique travaillant en mode quasi-statique.
Abstract
The generalisation of electromechanical actuators in onboard systems (fly-by-
wire systems, electric brakes...) requires the development of new technologies in
order to provide better performances or functionalities. In this context, the present
thesis aims to study an innovating solution of an electromechanical linear actuator
with high density of force. This solution combines magnetic and piezoelectric effects
to drive a mobile load by contact.
From theoretical considerations of each elementary function of the actuator
(blocking and drive), a simple architecture is proposed. An amplification structure
with flexible hinges is also studied, dimensioned and integrated within the actuator.
Thanks to a specific strategy of power supply, a demonstrator of a direct magneto-
piezoelectric linear actuator, working in quasi-static mode, is then characterised in
experiments.
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À ma femme Alix
et à mes enfants
Amalio et Isaé
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