Brevet FR2137443A1 — publié le 19721229

i 2137443 La présente invention est relative à une électrovanne de commande de fluide . Suivant l'invention , une électrovanne de commande de fluide comprend un boîtier tubulaire en matière magnétique , fermé aux 5 deux extrémités par des plaques terminales en matière magnétique , une bobine s'étendant coaxialement à l'intérieur du boîtier , des pièces polaires magnétiques opposées disposées à l'intérieur de la bobine et espacées l'une de l'autre par une pièce non-magnétique présentant deux orifices espacés angulairement qui débouchent dans 10 une chambre à l'intérieur de la bobine, un obturateur cylindrique disposé dans la chambre et coopérant avec lesdites pièces polaires pour compléter un circiit magnétique entre ces pièces et pour ouvrir et fermer les orifices|lors de la désexcitation et de l'excitation de la bobine ..respectivement, d'admission communiquant avec 15 lesdits orifices ,et un élément d'échappement communiquant avec la chambre . Le mot "magnétique" désigne une matière perméable au flux magnétique, et le terme "non-magnétique" désigne une matière non perméable au flux magnétique . 20 Plusieurs exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après, à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.l est une vue en coupe, suivant la ligne 1-1 de la Fig. 2, d'une électrovanne suivant l'invention , certaines parties étant 25 arrachées et d'autres étant représentées en élévation pour faciliter la compréhension de l'agencement des divers éléments, l'obturateur de 1'électrovanne étant représenté en traits pleins et en traits mixtes, c'est-à-dire dans ses deux positions de travail ; la Fig.2 est une vue en élévation d'une des extrémités de l'é-30 lectrovanne représentée sur la Fig.l , suivant la ligne 2-2 de celle-cij la Fig.3 est une vue en coupe transversale , à peu près suivant la ligne 3-3 de la Fig.l ; la Fig.4 représente un diagramme de forces , illustrant la 35 propriété de 1'électrovanne représentée sur la Fig.l de produire une annulation partielle de la force exercée sur l'obturateur par la pression ; la Fig.5 représente un schéma hydraulique d'une installation hydraulique comprenant un vérin commandé par des électrovannes sui-40 vant 1'invention ; 71 47264 2 2137443 la Fig.6 est une vue analogue à celle de la Fig. 1 , mais représentant une variante de réalisation d'une partie de 1'électrovanne de la Fig.l; la Fig.7 est une vue en coupe transversale, à peu près suivant la ligne J-J de la Fig.6 ; la Fig.b est une vue en perspective d'un élément utilisé dans 1'électrovanne de la Fig.6. Comme représenté sur les dessins ,notamment sur les Fig.l et 3, une électrovanne suivant l'invention comprend un boîtier tubu-laire magnétique 10 de forme cylindrique, des plaques terminales magnétiques 11 et 12 fermant les extrémités opposées du boîtier 10 , xrne bobine 13 disposée à l'intérieur du boîtier entre les plaques terminales, une première pièce polaire annulaire magnétique 14 et une seconde pièce polaire annulaire magnétique 15, disposées à l'intérieur de la bobine près de ses extrémités opposées et contre les plaques 11 et 12, une pièce non magnétique 16 présentant des orifices et fixée entre les pièces polaires 14 et 15 espacées l'une de l'autre, et un obturateur ou armature magnétique 17 coopérant avec les pièces polaires 14,15 et la pièce 16 présentant les orifices .Les Fig.l et 3 notamment représentent 1'obturateur 17 en traits pleins dans sa position fermée, lorsque la bobine 13 est excitée , et en traits mixtes dans sa position ouverte, lorsque la bobine 13 n'est pas alimentée . La bobine 13 représentée comprend tin enroulement classique 21 de fil pour électro-aimant sur un corps de bobine cylindrique 20 en une matière isolante appropriée et présentant une collerette à ses extrémités ; cette bobine est de type bien connu et elle définit un espace central creux ou chambre, dans lequel sont disposées les pièces polaires , l'obturateur et la pièce présentant les orifices. La bobine 13 est montée coaxialement par rapport au boîtier 10 et elle s'étend entre les plaques 11 et 12. La première pièce polaire 14 et la seconde pièce polaire 15 sont montées en opposition à l'intérieur dfe la bobine et elles sont à peu près semblables , sauf que des passages pour l'écoulement du fluide sont réalisés, dans la seconde pièce polaire 15. En limitant la description détaillée de ces deux pièces semblables à celle de la première pièce polaire 14, on voit qu'elle a la forme d'un cylindre traversé de part en part par un alésage 24 et qu'elle comprend un prolongement 25 , à peu près semi-cylindrique , sur l'extrémité située près de l'obturateur 17; ce prolongement entoure 71 47264 3 2137443 11 obturateur sur la moitié environ de sa périphérie et forme vin siège à peu près semi—cylindrique 26, contre lequel s'applique l'une des-extrémités de 1'obturateur lorsque la bobine est excitée . La seconde pièce polaire 15 est également cylindrique mais 5 elle présente un alésage borgne coaxial 28, ouvert du côté de l'obturateur . Cette seconde pièce polaire présente également un prolongement semi-cylindrique 29, définissant un siège 30 contre lequel l'extrémité adjacente de 11 obturateur est appliquée lorsque la bobine est excitée . 20 011 comprend qrçe, lorsque la bobine est excitée, 1 * obturateur est déplacé làtérélement à l'intérieur de la bobine , fermant ainsi l'entrefer entre les deux pièces polaires et obturant les orifices de 11 électrovanne .Pour limiter l'écartement de l'obturateur par rapport aux sièges des pièces polaires lorsque la bobine est désexcitée , des éléments de retenue 31 et 32 sont disposés dans les alésages 24 et 26 ; ces éléments de retenue présentent des trous borgnes ou des fentes 33 et 34 dont l'axe longitudinal est vertical, pour la réception d'appendices 35 et 36 faisant saillie aux extrémités opposées de l'obturateur 17 et ayant un diamètre ré-20 duit .Les trous ou fentes 33 et 34 sont légèrement plus larges que les appendices 35 et 36 à diamètre réduit pour que l'obturateur ait la liberté^ de mouvement voulue , mais leurs parois supérieures limitent le déplacement de l'obturateur par rapport aux sièges des pièces polaires et par rapport à la pièce présentant les orifices. 25 Des joints toriques 37 et 38 sont disposés dans des rainures périphériques appropriées ménagées dans les pièces polaires 14 et 15, de sorte que ces joints se trouvent entre les pièces polaires et le corps de la bobine 13 , empêchant ainsi la fuite de fluide entre les pièces polaires et la bobine . •jq La pièce non-magnétique 16 est essentiellement semi-cylindrique, comme les prolongements 25 et 29 des pièces polaires ,et, comme représenté sur la Fig.3 * elle présente des orifices 40 et 41, espacés angulairement et se terminant dans des sièges 40A et 4lA contre lesquels s'applique l'obturateur 17 lorsqu'il est appuyé con-35 tre les pièces polaires , de sorte qu'il ferme les orifices .Par conséquent, lorsque la bobine 13 est excitée, l'obturateur 17 occupe la position représentée en traits pleins sur les Fig.l et 3, fermant ainsi les orifices, de sorte que 11 électrovanne agit comme une soupape d'arrêt . De plus, en l'absence d'alimentation de fluide sous 2{,0 pression aux orifices d'entrée, lorsque la bobine n'est pas alimen 71 47264 4 2137443 tée et lorsque du fluide tente de refluer à travers 1*électrovanne , ce fluide applique l'obturateur avec force contre ses sièges , si bien que 1'électrovanne agit à ce moment"comme un clapet de retenue . Les orifices 40 et 41 font un certain anglel'unpar rap-5 port à l'autre , ils sont situés dans un plan radial commun, et ils sont perpendiculaires à l'axe de l'obturateur 17 .L'angle que les orifices font entre eux est supérieur à 90° et inférieur à 180°, et il est de préférence d'environ 120°. Comme représenté sur la Fig.4, lorsque les orifices sont alimentés par une source de 10 fluide sous pression, ce fluide exerce à travers les orifices une force F sur l'obturateur, cette force ayant une composante verticale Fv et une composante horizontale Fh. Les composantes horizontales des forces exercées à travers chacun des orifices s'annulent, de sorte qu'il subsiste seulement les composantes verticales, ayant 15 tendance à écarter l'obturateur des orifices lorsque la bobine n'est pas alimentée .Eteint donné que l'angle A entre l'horizontale et l'orientation de la force hydraulique exercée à travers un orifice peut être d'environ 30°, les forces s'opposant à la force de fermeture électromagnétique ne sont qu'environ la moitié de ce 20 qu'elles seraient s'il n'y avait qu'un seul orifice d'une section de passage équivalente . Grâce à cette propriété de produire une annulation partielle de la force exercée sur l'obturateur par la pression du fluide, une électrovanne suivant l'invention est ca-s pable de commander des puissances hydrauliques plus importantes . 25 Donc, les forces hydrauliques résultant de la pression aux orifices 40 et 41 lorsqu'ils sont fermés, ou les forces dynamiques du fluide lorsqu'ils sont ouverts, agissent sous un certain angle sur les deux côtés de l'obturateur 17. Les orifices 40 et 4l se raccordent à des moyens d'admission 30 comprenant des canaux 45 et 46 de faible longueur , orientés perpendiculairement à l'axe de l'orifice correspondant, et communiquant avec des canaux 47 et 4b alignés avec eux et réalisés dans la pièce polaire 15* communiquent eux-mêmes avec des ouvertures 49 et 50 pratiquées dans la plaque d'extrémité 12 . Comme représenté, 35 les canaux 47 et 4b sont plus larges que les canaux 45 et 46i, et les ouvertures 49 et 50 sont plus larges que les canaux 47 et 46 . Une entrée 51 est ainsi formée pour 1'électrovanne, et cette entrée est adaptée pour être raccordée à une source de fluide sous pression . 40 Une sortie 52 est formée par une ouverture 53 pratiquée dans 71 47264 5 2137443 'la. plaque terminale 12; cette ouverture 53 est alignée avec vin canal 54 réalisé dans la seconde pièce polaire 15 et communiquant avec une chambre 55 formée à l'intérieur de la bobine 13. La capacité volumétrique de la sortie est égale ou supérieure à celle 5 de l'entrée . L'écoulement normal du fluide à travers 1*électrovanne lorsque la bobine n'est pas alimentée est représenté par les flèches ; le fluide s'écoulant à travers l'entrée 51,sortant à travers les orifiees 40 et 41 et s1 échappant finalement par la sortie 52. 10 Les plaques terminales 11 et 12 sont maintenues cohtre les pièces polaires 14 et 15 et l'ensemble de 1'électrovanne est monté sur un support présentant des canaux de liaison, par des éléments de fixation appropriée ( non représentée) , par exemple par des vis s'étendant longitudinalement à travers 1'électrovanne et passant 15 par exemple à travers des trous 56 de la plaque terminale 11 représentée sur la Fig.2. Il ressort du dessin que 11 obturateur 17, lorsqu'il est appliqué contre son siège, forme un pont entre les pièces polaires 14 et 15 , et complète ainsi le circuit magnétique entre ces pièces 20 polaires ; le circuit du flux magnétique est représenté sur la Fig.l par la ligne 60 en traits mixtes .L'attraction magnétique est exercée sur les extrémités de l'obturateur et, comme les orifices pour le fluide hydraulique se trouvent au centre , la force magnétique bénéficie d'un effets de levier qui la multiplie par deux . En effet, 25 lors de l'excitation de la bobine, l'une des extrémités de l'obturateur est attirée tout d'abord, et cette extrémité pivote alors autour de l'autre extrémité de l'obturateur .11 est clair que,étant donné que les pièces polaires enveloppent ou entourent partiellement l'obturateur, une force de fermeture magnétique importante est pro-30 duite sur une course relativement longue . Les Fig.6 à 8 représentent un autre mode de réalisation pour le montage de l'obturateur, désigné ici par 17A , et pour la limitation de son mouvement. Les pièces polaires 14 et 15 et la pièce 16 présentant les orifices sont identiques à celles de l'électrovan-35 ne de la Fig.l et elles portent donc les mêmes références . La bobine, le boîtier et les plaques terminales ne sont pas représentés pour simplifier le dessin et aussi parce que ces éléments ne diffèrent pas de ceux de la Fig.l. L'une des extrémités de 1'obturatèur 17A porte vm tourillon sphérique 64i reçu dans une cavité 65 d'un 40 support 64 maintenu en place dans le trou borgne 28 de la pièce polaire 15. L'obturateur 17A est donc articulé par un joint à rotule 71 47264 6 2137443 à l'extrémité située près de la pièce polaire 15. L'autre extrémité de l'obturateur 17A porte une tige saillante 67 avec uss. collerette 6b à son bout libre . Un manchon ou tube 69 en matière plastique élastique est glissé sur la tige 67, 5 il est maintenu en place sur elle par la collerette 68 et il agit comme un amortisseur . Un élément 70, formant une combinaison d'une butée et d'un guide, est monté sur la pièce polaire 14 et coopère avec le manchon élastique et le corps de 1'obturateur pour limiter le déplacement de 1'obturateur par rapport à son siège et pour 10 éviter tout mouvement latéral de l'obturateur . L'élément 70 représenté sur la Fig.8 comprend deux ailes opposées 71 et 72, servant au montage et fixées de façon appropriée sur les faces horizontales espacées 25a et 25b formées sur le prolongement 25. Les ailes de montage 71 et 72 se raccordent à des 15 parties verticales 73 et 74 orientées vers le haut et reliées l'une à l'autre à une extrémité par une partie transversale 75 agissant comme une butée-à l'égard de l'amortisseur 69, limitant ainsi le pivotement de l'obturateur 17A. Lorsque l'amortisseur 69 heurte cette butée , il amortit le choc de l'obturateur, augmentant ain-20 si la durée de service de celui-ci . La butée 75 s'étend depuis le bord avant vers l'arrière, lorsqu'on regarde la Fig.b, jusqu'environ la moitié de la longueur de la partie verticale 74, pour permettre le mouvement vers le haut du corps de l'obturateur . Les extrémités arrière 73a et 74a des 25 parties 73 et 74 guident 1'Obturateur 17A suivant une trajectoire rectiligne pendant son mouvement, empêchant ainsi le mouvement latéral de 1'obturateur . Pour empêcher le déplacement longitudinal de l'obturateur 17A et son échappement de la cavité 65 recevant le tourillon sphérique , l'élément 70 comprend en outre une face 30 de retenue 76 s'étendant verticalement vers le bas depuis le bord avant de la butée horizontale 75. La Fig.6 représente 1'obturateur 17A en traits pleins lorsqu'il est appliqué contre son siège, c'est-à-dire dans la position fermée, et en traits mixtes après son pivotement vers le haut, c'est-à-dire dans sa position d'ouverture . 35 La Fig.5 représente un exemple d'application d'une électro vanne suivant l'invention pour la commande d'un vérin hydraulique bO à double effet . Ce vérin comprend un piston 81 qui, lorsqu'il est soumis aux forces produites par un fluide hydraulique , commande un dispositif approprié par l'intermédiaire de la tige de 40 piston b2. 71 47264 7 2137443 Actuellement on utilise normalement un distributeur hydraulique à tiroir, à quatre voies, ainsi qu'une soupape d'arrêt pour la commande d'un tel vérin .Dans l'exemple de la Fig.5- - le distributeur à tiroir et la soupape d'arrêt sont remplacés par quatre petites électrovannes suivant l'invention , comme celle représentée sur la Fig.l, pourla commande complète du vérin; ces électrovannes sont désignées par 83, 84, 85 et 86. La sortie de 1'éleetrovanne 83 et la sortie de 1'électrovanne 85 sont raccordées au réservoir 87, tandis que l'entrée de 1'électrovanne 83 est raccordée à une extrémité du vérin 80 et que l'entrée ie 1'éleetrovanne 85 est raccordée à l'autre extrémité du vérin . Les entrées des électrovannes 84 et 86 sont raccordées à la pompe 88, tandis que la sortie de 1'électrovanne 84 est raccordée à l'une des extrémités du vérin et que la sortie de 1'électrovanne 86 est raccordée à l'autre extrémité du vérin . Pendant l'utilisation ,pour provoquer le déplacement du piston 81 vers la droite, les électrovannes 83 et 86 sont excitées , donc fermées, tandis que les électrovannes 84 et 85 ne sont pas alimentées électriquement et sont donc ouvertes . Pour provoquer le déplacement du piston 81 vers la gauche, les électrovannes 8 3 et 86 ne sont pas alimentées et sont donc ouvertes , tandis que les élecfcrovannes 84 et 85 sont excitées , donc fermées . Pour fermer complètement le circuit hydraulique et inanobiliser le piston en un point particulier quelconque, toutes les électrovannes sont excitées, donc fermées . La Demanderesse considère que la durée de service des électrovannes décrites ci-dessus est plus grande que celle des électrovannes classiques, grâce au fait que les pièces polaires aux deux extrémités de 1'obturateur forment une zone solide de dimensions importantes pour l'absorption du choc produit par les forces de fermeture, et grâce au fait que l'obturateur lui-même peut tourner librement, de sorte que l'usure et l'érosion se répartissent sur une zone de grandes dimensions . 71 47264 8 2137443 REVENDICATIONS 1-Electrovanne de commande de fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend un boîtier tubulaire (10) en matière magnétique , fermé aux deux extrémités par des plaques terminales (11,12) en ; matière magnétique , une bobine (13) s'étendant coaxialemeht à l'intérieur du boîtier (10), des pièces polaires magnétiques opposées (14,15) disposées à l'intérieur de la bobine (13) et espacées l'une de l'autre par une pièce non-magnétique (16) présentant deux orifices espacés angulairement (40,41) qui débouchent dans une chambre 10 (55) à l'intérieur de la bobine 13, un obturateur cylindrique (17) disposé dans la chambre (55) et coopérant avec lesdites pièces polaires (14,15) pour fermer un circuit magnétique entre les pièces polaires et pour ouvrir et fermer les orifices (40,4l) lors de la désexcitation et de l'excitation de la bobine 13 respectivement , des moyens d'admission (45,47,51) communiquant avec lesdits orifices, et des moyens d'échappement (52) cohmuniquant avec la chambre (55). 2-Electrovanne suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices (40,4l) sont situés dans lin même plan^ et en ce 20 que l'angle formé entre les orifices est supérieur à 90° et inférieur à 180° . 3-Electrovanne suivant la revendication 2, caractérisée en ce que ledit angle est de 120° . 4-Electrovanne suivant l'une quelconque des revendications pré- 25 eédentes, caractérisée en ce que les moyens d'échappement (52) communiquent avec le côté de l'obturateur (17) situé à l'opposé des orifices (40,41). 5-Electrovanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'obturateur (17) , lorsqu'il est 20 appliqué de façon étanche contre les pièces polaires (l4,15)et les orifices (40,4l) sont à peu près coaxiaux avec la bobine (13) . 6-Electrovanne suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chacune des pièces polaires (14,15) entoure partiellement l'obturateur (17) • 35 7 -Electrovanne suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes , caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (31,32, 65*75) pour limiter le déplacement de l'obturateur (17) par rapport aux orifices (40,4l) . 8-Electrovanne suivant la revendication 7, caractérisée en ce 40 Que lesdits moyens comprennent des éléments conjugués (30,33-36,34) 71 47264. 9 2137443 situés aux extrémités opposées de l'obturateur (17), sur les pièces polaires (14,15). 9-Electrovanne suivant la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits éléments conjugués comprennent des appendices (35,36) 5 de diamètre réduit aux extrémités opposées de l'obturateur (17) * ces appendices étant reçus librement dans des cavités (33,34) ménagées dans les pièces polaires , ces cavités ayant des dimensions plus grandes que les appendices . 10-Electrovanne suivant la revendication 8, caractérisée en 10 ce que lesdits éléments conjugués comprennent un joint à rotule (64,65) entre l'une des extrémités de 1'obturâteur (17) et la pièce polaire adjacente (15) , et une saillie (67) sur l'autre extrémité de l'obturateur , cette saillie coopérant avec une butée (70) prévue sur l'autre pièce polaire (14), cette butée permettant une liberté 15 de mouvement limitée à ladite saillie . 11-Electrovanne suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe élastique 69 sur la saillie (67), cet organe élastique étant destiné à amortir le choc de la saillie contre la butée (70). 20 12-llectrovanne suivant la revendication 11, caractérisée en ce ce qu'elle comprend un dispositif de guidage (73a,74a ) pour guider le mouvement de 1'obturateur suivant une trajectoire rectiligne lorsqu'elle s'écarte de l'autre pièce polaire .