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Dispositif' de transformation électromécanique, en particulier électroacoustique, consistant en des éléments piézoélectriques.
La présente invention se rapporte a un dispositif consistant en des éléments piézoélectriques, po'ur la transforma- en énergie tion d'énergie électrique/de mouvement ou vice-versa, en parti- culier pour la transformation d'énergie électrique en énergie acoustique. Dans les dispositifs de transformation de ce genre) on a employé canne éléments piézoélectriques ce qu'on appelle des plaques doubles, par exemple en cristaux de sel de seignette.
Si on applique- une tension électrique aux électrodes de semblables plaques doubles, il se produit une déformation qui, dans le cas
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de plaques carrées a lieu dans le genre d'une surface en selle, et dans le cas de lames rectangulaires, se rapproche d'une surface enroulée en nélice. un a utilisé ces déformations par exemple pour des haut-parleurs en maintenant la plaque double en trois coins et en fixant au quatrième coin, oscillant librement, la pointe de la membrane en cône du haut-parleur. un a observé que de semblables dispositions de cristaux possèdent une fréquence propre relativement élevée.
Des haut-par- leurs pourvus de semblables systèmes d'actionnement à cristaux sont par conséquent utilisables seulement en pratique comme haut- parleurs a sons élevés car la résonance se trouve a peu près au milieu de la gamme de fréquence sonore à transmettre et par con- séquent pour des vibrations situées en-dessous de la fréquence de résonance, il sé produit une chute de l'amplitude des vibrations, ur, il n'est pas possible d'abaisser directement la fréquence pro- pre de semblables systèmes de cristaux par le fait qu'on augmente les dimensions dans l'espace du cristal car alors ces dimensions deviendraient d'une grandeur insupportable. En outre, de semblables de grande dirnension cristaux/seraient très sensibles et aussi relativement coûteux.
La présente invention se pose le problème consistant à procurer un dispositif de transformation électromécanique, en particulier électroacoustique, consistant en des plaques doubles piézoélectriques et dont la fréquence propre est 'basse, de préfé- rence aux environs de 5U-15U Hz, sans que pour cela les dimensions géométriques du système de cristal deviennent d'une grandeur incom- mode et sans que le rendement et la sécurité de fonctionnement de la disposition en souffrent.
Suivant une caractéristique principale de la présente invention, ce problème est résolu par le fait que deux uu plusieurs plaques doubles sont réunies et superposées au moyen de couches intermédiaires qui sont faites en une matière élastique, déformable par de minimes forces, comme. par exemple le caoutchouc ou le mipo-
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lam (chlorure polyvinylique) de telle manière que les forces de torsion exerc.ées par les plaques doubles s'additionnent.
La fig, 1 montre le cas de deux lames doubles assemblées suivant la présente invention par une couche intermédiaire, en vue de côté. On peut voir sur cette figure également les raccorde- ments, des électrodes et leur polarité, un a désigné par 1 et 2 chaque fois une lame double de construction connue, en cristaux piézoélectriques; de forme rectangulaire, de préférence allongée.
Les deux lames doubles disposées parallèlement sont assemblées par une couche intermédiaire 3. cette couche intermédiaire possède la propriété d'être facilement déf'ormable et en même temps élas- tique, de sorte qu'elle cède aux déformations se présentant lors du fonctionnement de la disposition de cristaux, sans que cepen- dant la cohésion mécanique des deux lames doubles se perde. Le mode de sollicitation mécanique de la couche intermédiaire peut se voir diaprés la représentation schématique de la fig. 2. cette figure 2 montre en vue de dessus la déformation se produisant à l'extrémité supérieure étroite de la paire de lames doubles lorsque la disposition de cristaux suivant la fig. 1 est maintenue à l'extrémité inférieure étroite, comme on l'a indiqué par les pièces de retenue 6 et 7.
Si une tension électrique est appliquée aux raccordements 4 et 5 de la paire de lames doubles 1, 2, l'ex- trémité supérieure exécute un mouvement dans le sens des flèches et prend la position 1', 2'. La couche intermédiaire 3 est ainsi soumise à des forces de cisaillement. La couche intermédiaire a toutefois une nature telle qu'elle appose seulement a ces forces de déformation une minime résistance et qu'elle reprend sa forme initiale lorsque les forces cessent.
Le mipolam s'est par exemple montré une matière appropriée pour la couche intermédiaire, un peut toutefois employer également d'autres substances analogues au caoutchouc,
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L'épaisseur de la crache intermédiaire est, pour une matière connée, choisie de telle façon qu'il se produit un amor- tissement suffisant de vibrations propres perturbatrices, par exemple des vibrations de flexion.
Dans le cas de l'emploi, par exemple, de lames doubles ayant les dimensions de
15 cm de longueur ,
4 cm. de largeur ,
4 mm. d'épaisseur, on atrouvé utilisable une couche de mipolam dont l'épaisseur vaut environ la moitié de l'épaisseur d'une lame double. un collage spécial de la couche , intermédiaire aux pla- ques de cristal n'est pas aosolument nécessaire lorsque la paire de plaques doubles est comprimée aux deux extrémités par serrage, comme c'est le cas pour la plupart des applications.
La paire de lames doubles piézoélectriques suivant la présente invention peut recevoir pour une même charge maxima admissible, une épaisseur notablement plus grande et par conséquent une fréquence propreplus basse qu'une lame double non jumelée, Si l'on prend pour base une section rectangulaire des lames, l'angle de torsion maximum jusqu'auquel la lame de cristal doit être sollicité est d'autant plus grand que l'épaisseur des pla- ques de cristaux est plus petite.
Dans la disposition des cris- taux suivant la présente invention, l'angle de torsion maximum n'estprécisément pas déterminé par l'épaisseur totale du système mais en pratique seulement par l'épaisseur d'une lame..double, un système composé de deux lames doubles suivant la présente inven- tion peut donc recevoir, pour un angle de torsion maximum ad- missible plus que l'épaisseur double d'une lame double non jumelée, un obtient par conséquent aussi une fréquence pro- pre notablement plus basse que dans le cas d'une lame double non jumelée- de même capacité de charge, un autre avantage de la paire de lames doubles suivant la présente invention, a couche inter-
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médiaire, consiste en ce que le moment de résistance de la paire de lames doubles en présence de flexions non désirées,
en par- ticulier perpendiculairement a l'axe longitudinal et normale- ment au plan de la plaque, est considérablement élevé tandis que le moment de résistance de torsion dans l'axe longitudinal , qui est déterminant pour le mouvement à utiliser, n'est pas mo- difié pratiquement par l'assemblage au moyen de la couche inter- médiaire. il n'est en outre pas nécessaire que la couche inter- médiaire soit faite en matière pleine; il peut y avoir au con- traire des cavités. La couche intermédiaire peut consister en des lames espacées l'une de l'autre, et peut également être perforée.
Si comme cela rentre dans le cadre de la présente in- vention, on n'emploie pas deux lames doubles mais plusieurs la- mes doubles, reliées de la manière indiquée par des couches in- termédiaires élastiques, on peut encore augmenter davantage sans mettre en danger le fonctionnement, l'épaisseur du système d'ensemble et diminuer par conséquent la fréquence propre du système. Dans ce cas également, en effet, l'angle maximum de torsion admissible est donné en pratique par l'angle de torsion maximum des différentes lames doubles.
Par l'assemblage de plusieurs lames doubles, on élève aussi davantage le moment de résistance aux vibrations de 1'le- xiors perturbatrices.
Pour utiliser de façon aussi favorable que possible la transformation d'énergie électromécanique produite par le sys- tème piézoélectrique- de lames doubles suivant la présente in- vention, on a trouvé avantageux suivant une autre idée de la présente invention, d'effectuer également le support au moyen d'une intercalation d'une matière telle que celle indiquée ci- dessus pour l'assemblage des plaques entre elles. un obtient nese a insi ou'il/.
produit pratiquement pas de pertesd'énergie e t en même temps on évite que lorsde la déformation du système
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de cristaux en fonctionnement, des tensions mécaniques se produi- sent dans le cristal qui conduisent a des phénomènes électriques de saturation, et par conséquent a des distorsions non-linéaires comme ce serait le cas si le serrage était effectué de façon complètement rigide, par le serrage élastique de la paire de lames doubles, on obtient tout d'abord qu'on ne perd pratiquement rien de la longueur utilisable des lames de cristal, qui est dé- terminante pour la fréquence propre, de sorte que l'accord bas désiré du système de cristal reste maintenu.
pour ce qui concerne l'épaisseur des couches intermédiaires employées pour le serrage, les mêmes considérations sont valables que pour la couche inter- méidiaire reliant les lames de cristal. L'épaisseur de la couche intermédiaire employée pour le support est avantageusement choisie de telle manière qu'on produit un amortissement suffisant pour supprimer des résonances propres perturbatrices.
Les fige 3 et 4 montrent en vue de dessus et en,vue de coté le serrage d'une paire de Lames doubles avec intercalation d'une couche élastique déformable, par exemple en mipolam. La figure permet de voir également d'autres caractéristiques de l'in- vention concernant le support.
Le support représenté convient particulièrement pour un système de commande de haut-parleur. il peut s'employer égale- ment pour d'autres applications du système de cristaux, par exemple comme microphone, collecteur de sons, mesureur d'accélération ou relais, et il n'est pas limité au serrage de paires de lames dou- bles mais est utilisable également pour des lames doubles non jume- lées.
On a supprimé aux fig. 3 et 4 les raccordements électriques vers les électrodes prévues sur les fêtées, internes et externes des éléments de cristaux, d'une manière connue, sous la forme d'arma- tures conductrices, et cela pour la simplicité de la représentation
Comme on le voit, les lames doubles l et 2 reliées par une couche intermédiaire 3 élastique, sont serrées à leur extré- mité inférieure étroite, avec intercalation de couches intermédiai-
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res élastiques 8 et 9, par exemple en mipolam, entre les mâchoires lu et 11 en forme d'équerres, au moyen des vis 12 et 13. Les équer- res 10 et 11 sont fixées sur le milieu d'une plaque de base 14 qui va en s'amincissant vers les deux côtés.
Les extrémités de la pla- que de base 14 ¯sont reliées à un support rigide 15.
La plaque de base est conformée suivant la présente inven- tion de telle façon qu'elle oppose aux.mouvements de torsion du système de cristaux fixé sur elle un grand moment de résistance et aux mouvements dans toute autre direction au contraire un petit moment de résistance. Elle a en outre une forme tellement souple et mince qu'elle est accordée pour des vibrations oscillatoires autour de son axe longitudinal de façon basse, c'est à dire que l'élasticité de la p laque est accordée de telle façon par rapport à la masse du système de cristaux, y compris les moyens de fixation, que la fréquence des vibrations oscillatoires se ;
trouve notabment en-dessous des limites de la fréquence du réseau amenée au système de cristaux et vaut donc par exemple 5 Hz. lorsque des vibrations de la gamme des fréquences- de sons sont amenées. pour que les conditions mentionnées soient remplies, la plaque de base peut par exemple être faite en matière stratifiée de minime épaisseur, un a, trouvé très appropriées de mincesp laques de cellulosep ressée, avec des couches intermédiaires de mipolam ou de caoutchouc. Un peut donner à la plaque de base pour un poids du système de cris- taux, y compris les moyens de fixation d'environ 200 gr. par exem- ple les dimens-ions suivantes :
Longueur d'ensemble 20 cm.
Longueur de la partie du milieu 4 cm.
Largeur de la partie du milieu 6 cm.
Epaisseur 3 x 0,5 mm.
Le support peut également se faire d'un seul côté par le fait que par exemple l'une des parties allant en s'amincissant de la plaque de base est supprimée, il faut veiller a ce que le moment-de résistance du support d'un seul c6té soit suffisamment
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grand par rapport aux forces exercées par la torsion, du système de lames. En outre, il est avantageux de décharger le sypport du poids de l'agencement de cristaux.
Pour obtenir une transmission avantageuse des mouvements de torsion effectués par l'extrémité libre du système de cristaux, par exemple à une membrane de haut-parleur, on peut adopter une disposition analogue a celle expliquée à propos du serrage et de la fixation de l'extrémité inférieure du système de cristaux. La fig. 5 montre une forme de réalisation, à titre d'exemple,d'un système de commande piézoélectrique de haut-parleur, vu de dessous a la partie supérieure et la fig. 6 montre une vue de coté dans laquelle la membrane du haut-parleur a été supprimée . Le support de l'extrémité inférieure de l'agencement de cristaux se fait alors avantageusement suivant les f ig. 3 et 4.
Le serrage du système de cristaux représenté aux fig. 5 et 6 ainsi que la disposition de leviers pour l'utilisation des mouvements de torsion effectué par le système de cristaux ne sont pas limités aux systèmes de commande de haut-parleurs ni à 1'emploi de paire de lames doubles, mais peuvent s'utiliser également dans le cas de lames doubles non jumelées.
Suivant les fig. 5 et 6 les lames doubles 1 et 2 reliées par la couche intermédiaire élastique sont serrées avec addition d'une couche intermédiaire élastique 36 %et 1?, par exemple en mi- polam, entre les mâchoires en forme d'équerres 18 et 19, au moyen des vis 20 et 21, comme cela a déja été décrit a propos du serrage de l'extrémité étroite inférieure du système de cristaux. Les équerres 18 et 19 sont fixées sur la plaque 22 qui va en s'amincis- sant vers l'extrémité.
A l'extrémité amincie, on a prévu un organe de transmission muni d'une lame de liaison 24, qui transmet les mouvements de la plaque 22 à la pointe du cône 25 de la membrane du haut-parleur, Pour la conformation de la plaque 22, les mêmes considérations sont valables que celles qui ont été développées pour la plaque de base a propos des fig. 3 et 4. Lorsque la plaque
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22 doit servir, à la commande d'une membrane de haut-parleur, il suffit, comme on l'a représenté aux fig. 5 et 6, d'employer une extrémité allant en s'amincissant de la plaque pour la transmission ' des impulsions de mouvement.
Il peut être avantageux pour de nombreuses applications de donner à la plaque 22 une forme telle que l'autre- extrémité également de la plaque va en s'amincissant, ce qui donne. une forme analogue à celle,représentée à la fig. 3 pour la.plaque de base. Dans ce cas, les impulsions de mouvement , peuvent êtretransmises par les deux extrémités de la plaque 24.
L'invention peut s'employer non seulement pour des haut- parleurs piézoélectriques, mais également ppur des microphones piézoélectriques, des collecteurs de sons, des mesureurs d'accélé- ration ou d'autres appareils p iézoélectriques dans lesquels il s'agit d'obtenir un accord bas.
Revendications.
1.- Dispositif de transformation électromécanique, en particulier électroacoustique, consistant en des éléments piézoélectriques, caractérisé..en ce que deux ou plusieurs plaques doubles se défor- mant sont reliées et superposées en couches avec intercalation d'une matière élastique, déformable par de minimes forces, de telle manière que les déformations des plaques doubles se produisent dais le même sens.