Brevet FR2134461A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne un convertisseur électrofluidique, comprenant une partie formant un amplificateur fluidique qui est muni d'un conduit de fluide tubulaire en matière élastique monté fixe par une extrémité, dont l'extrémité libre peut être déplacée 5 sous l'action de la force produite par un électro-aimant, ce conduit formant un canal traversé par un fluide liquide ou gazeux présentant une pression d'alimentation, et des buses(réceptrices étant disposées en vis-à-vis de l'embouchure à l'extrémité libre de ce canal. Le brevet français n° 1.575.978 décrit un convertisseur 10 électrofluidique dans lequel un tube produisant un jet est monté par l'une de ses extrémités dans le support transversal d'un bloc métallique. Une plaque métallique est disposée perpendiculairement à l'axe de ce tube sur celui-ci, près de son extrémité libre. Cette plaque métallique coopère avec deux électro-aimants identiques situés l'un en face de l'autre. La plaque 15 métallique plonge dans un entrefer défini par les noyaux en fer en forme de C des deux électro-aimants. Ceux-ci sont vissés sur le bloc métallique, lui-même fixé par des vis sur une plaque de base. En regard de l'extrémité libre du tube à jet sont situés deux orifices cylindriques servant de buses réceptrices. Ces deux orifices sont réalisés dans un porte-buses monté dans la plaque de 20 base et ils sont situés dans le même plan - le plan de mouvement du tube à jet - mais ils sont orientés de manière à renfermer un angle aigu entre eux. Ce convertisseur électrofluidique a 1'inconvient qu'il est composé d'un très grand nombre de pièces. Les différentes pièces doivent 25 être fabriquées avec une grande précision et leur assemblage nécessite des travaux d'ajustage précis et prenant beaucoup de temps, de sorte que ce convertisseur est d'une fabrication très coûteuse. La diminution des dimensions d'un tel convertisseur électrofluidique est limitée car la taille des différentes pièces ne doit 30 pas descendre au-dessous d'une certaine grandeur si l'on veut éviter que la dépense'de fabrication et d'assemblage des. pièces ne devienne excessive. L'invention vise donc à réaliser un convertisseur électrofluidique qui puisse êtré fabriqué à un prix relativement^bas, mais qui soit néanmoins très précis et fiable, même en service continu. De 35 plus, la conception de ce convertisseur électrofluidique doit permettre sa miniaturisation. 72 14516 2134461 Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que 1'électro-aimant et la partie formant l'amplificateur fluidique sont réunis en une seule unité intégrée qui est composée d'un certain nombre d'éléments structurels superposés ayant la forme de plaques : et dont le contour est déterminé à la fois par la fonction de 1'électro-aimant connu en soi et par la partie, également connue en soi, formant l'amplificateur fluidique. Une telle réalisation apporte donc l'avantage'que les parties principales du convertisseur électrofluidique - 1'électro-aimant et l'amplificateur fluidique - sont réunies en une unité intégrée, sans que cela nécessite des éléments de liaison particuliers et en utilisant un dispositif protecteur commun unique. La réalisation d'un tel convertisseur électrofluidique par l'assemblage d'éléments structurels en forme de plaques permet en outre l'application de procédés de gravure photochimique pour la fabrication de ces éléments, procédés qui conviennent particulièrement à un façonnage très précis et peu coûteux, même si les formes sont compliquées. Un mode de réalisation particulièrement avantageux est caractérisé en ce que 1'électro-aimant comprend, à gauche et à droite ; de son aitaature, deux prolongements de noyau qui sont reliés magnétiquement, aussi bien sur le côté gauche que sur le côté droit, par une culasse en fer doux, et en ce que chacune de ces culasses en fer doux coopère avec l'un des pôles d'un aimant permanent entourant la bobine de 1'électro-aimant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention re-ssortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un convertisseur électrofluidique suivant l'invention ; ' - la figure 2 est une vue éclatée,en perspective, de ' trois éléments structurels en forme de plaques qui, lorsqu'ils sont disposés l'un sur l'autre, constituent ensemble un convertisseur électrofluidique. Le convertisseur électrofluidique représenté se compose de trois éléments structurels en forme de plaques qui Sont superposés, à savoir d'une plaque médiane 1 et de deux plaques de recouvrement 2, 3. Tous les éléments structurels ont le même contour extérieur, donc le convertisseur électrofluidique également. Ce contour est défini par un rectangle relativement long dont les petits côtés sont arrondis. La partie médiane de ce rectangle comprend, comme noyau, deux barrettes 8 très étroites, dans le but d'obtenir 72 14516 3 2134461 une satuza tion magnétique rapide, dont la largeur est uniquement déterminée par la solidité mécanique nécessaire. En haut et en bas de cette partie médiane sont prévus, sur les grands côtés du convertisseur électrofluidique, des prolongements de noyau 4, 5, 6, 7 faisant saillie vers l'extérieur 5 (les mots "en haut" et "en bas" utilisés dans la présente description se rapportent uniquement au convertisseur électrofluidique représenté sur la figure 1). La bobine 9 de 1'électro-aimant est formée par un enroulement entourant les barrettes 8 et situé entre les prolongements de noyau. L'électro-aimant comprend une armature 10 formée, entre les barrettes 8, 10 par deux entailles 11 pratiquéss à peu près parallèlement à l'axe de symétrie du convertisseur électrofluidique. Les entailles 11 partent d'une ouverture 12 réalisée dans la partie extrême en haut du convertisseur. L'armature 10 est fixe d'un côté, du fait qu'elle fait corps avec la partie inférieure de l'élément structurel. Pour accroître son élasticité en flexion, la section 15 transversale utile de l'armature est diminuée dans la zone où elle fait corps avec la partie inférieure de 1'élément structurel, et la longueur de sa partie pouvant être fléchie facilement est en même temps accrue. Ce résultat est obtenu par le fait que les entailles 11 se prolongent, à leurs extrémités opposées à l'ouverture 12, par des entailles 13 pratiquées 20 transversalement à l'axe de symétrie et débouchant elles-mêmes dans deux autres entailles 14 qui sont situées à l'intérieur des entailles 11, mais qui sont parallèles à celles-ci. L'extrémité libre de l'armature 10, faisant saillie de la bobine, porte des saillies 15 en forme de dents qui coopèrent avec des 25 encoches 16 correspondantes ménagées sur les bords intérieurs - tournés vers l'armature 10 - des prolongements de noyau 4, 5 et qui peuvent s'engager dans ces encoches. Les prolongements de noyau 4, 6 situés du côté gauche de l'armature 10 et de l'axe de symétrie du convertisseur électrofluidique 30 sont reliés magnétiquement les uns aux autres par une culasse 17' en fer doux, et les prolongements de noyau 5, 7 situés du côté droit sont également reliés les uns aux autres par une culasse 17 ' en fer doux. Le-s prolongements de noyau 4, 5 situés en haut sont en contact avec les pôles des culasses 17', tandis qu'un entrefer 18 ou 19 est formé entre les prolongements de noyau 6 35 ou 7 et les pôles correspondants des culasses en'fer doux. Chacune des culasses 17' coopère avec l'un des pôles d'un aimant permanent 17 entourant la bobine 9. Cet aimant permanent est en forme de fer à cheval et chacune de ses branches est appliquée sur toute sa largeur contre toute la longueur de la culasse en fer doux correspondante. 72 14516 4 2134461 La partie formant l'amplificateur fluidique du convertisseur est visible sur la figure 2 qui est une vue éclatée des trois éléments structurels en forme de plaques constituant ensemble le convertisseur électrofluidique. 5 Dans la plaque médiane 1 sont réalisés des évidements ayant la forme de fentes. Ces fentes définissent, en coopération avec les plaques de recouvrement 2, 3 qui sont appliquées de façàn étanche à la pression contre la plaque médiane 1 sur toute leur étendue, des canaux fermés servant de conduits pour le fluide. Dans la partie inférieure de la 10 plaque médiane 1 est réalisé un orifice d'arrivée 20, auquel se raccorde un canal 21 s'étendant dans l'armature 10 et situé sur l'axe de symétrie du convertisseur électrofluidique. L'extrémité supérieure libre du canal 21 est réalisée comme une buse ou ajutage 22 qui débouche dans l'espace défini par l'ouverture 12. Deux buses réceptrices 23, 24, réalisées comme des 15 diffuseurs, sont situées en vis-à-vis de l'extrémité libre du canal, donc en vis-à-vis de l'ajutage 22. Les extrémités de ces diffuseurs se-raccordent à des orifices de sortie 25, 26. Dans cet exemple de réalisation, tous les orifices - de même que deux trous de fixation 27, 28 - traversent le convertisseur électrofluidique de part en part et sont donc prévus dans 20 tous les éléments structurels 1, 2, 3. L'espace défini par l'ouverture 12 communique à travers un conduit de retour avec le réservoir ou avec l'atmosphère libre. Le convertisseur électrofluidique convertit un signal électrique d'entrée en un signal fluidique analogique grâce au fait que 25 l'armature 10 de 1'électro-aimant - contenant le canal 21 - est déviée ou fléchie en fonction du sens et de l'intensité du courant électrique traversant la bobine 9. Dans la partie formant l'amplificateur fluidique, dont l'organe de commande est l'armature 10, le jet de fluide traversant le 30 canal 21 et sortant par l'ajutage 22 est dirigé plus ou moins franchement vers la buse réceptrice gauche 23 ou vers la buse réceptrice droite 24, en fonction de la déviation mécanique de l'organe de commande, ce qui produit le signal de sortie fluidique représenté par une différence de pression. L'électro-aimant agit de la manière suivante : l'aimant 35 permanent 17 produit, entre son pôle nord et son pôle sud, un flux d'excitation 29, 29' qui traverse le convertisseur électrofluidique en haut en passant par la culasse en fer doux 17' située du côté gauche, le prolongement 72 14516 5 2134461 de noyau 4, l'entrefer de travail ou entrefer variable situé du côté gauche entre le prolongement de noyau et l'armature, l'armature 10, l'entrefer variable situé du côté droit, le prolongement de noyau 5 et la culasse en fer doux 17' située du côté droit. Dans la partie inférieure du convertisseur 5 électrofluidique, ce flux d'excitation traverse la culasse gauche 17', l'entrefer fixe 18, les prolongements de noyau 6, 7, l'entrefer fixe 19 et la culasse droite 17'. Lorsque l'armature 10 occupe sa position médiane neutre, les entrefers fixes 18, 19 opposent une résistance magnétique égale, et il en va de même pour les entrefers variables situés entre l'armature 10 10 et les prolongements de noyau 4, 5. Lorsque la bobine 9 est traversée par un courant de commande - constituant le signal électrique d'entrée - elle produit un flux magnétique de commande 30, 30'. Les entrefers variables.situés entre l'armature 10 15 et les prolongements de noyau supérieurs 4, 5 et délimitant le débattement de l'armature sont donc traversés à la fois par le flux d'excitation et par le flu x de commande. Gomme ces deux flux magnétiques sont opposés dans l'entrefer gauche et comme ils s'additionnent dans l'entrefer droit, l'armature 10 est sollicitée par une force qui la dévie vers la droite. 20 Lorsque le sens du courant électrique de commande est inversé, le sens du flux de commande 30, 30' est également inversé et l'orientation de la force résultante donc la déviation de l'armature 10 aussi. La réalisation des saillies 15 en forme de dents sur l'armature 10 et des encoches 16 coopérant avec elles sur les prolongements 25 de noyau a pour but de rendre la force d'attraction magnétique indépendante de la déviation. La déviation de l'armature 10 dépend donc uniquement de l'intensité et du sens du courant de commande électrique. .Par 1 'orifice d'arrivée 20, la partie formant l'amplificateur fluidique reçoit un fluide gazeux ou liquide présentant une pression 30 d'alimentation déterminée. Après avoir traversé le canal 21, l'énergie de pression contenue dans le fluide est transformée en grande partie "en énergie cinétique au moment où le fluide traverse l'ajutage 22. Lorsque l'armature 10 constituant l'organe de commande de la partie fluidique occupe sa position de repos, le jet de fluide sortant 35 de l'ajutage 22 est dirigé en parties égales sur la buse réceptrice gauche 23 et la buse réceptrice droite 24. Dans ces buses réceptrices, réalisées comme des diffuseurs, l'énergie cinétique est retransformée en grande partie en ' 72 14516 6 2134461 énergie de pression, ce qui revient à dire que la même pression règne dans les deux diffuseurs lorsque l'armature 10 est en position de repos. Le signal de sortie sous forme d'une différence de pression aux orifices de sortie 25, 26 est donc nul. Lorsque l'armature 10 est déviée dans un sens, 5 de sorte que l'extrémité libre ou l'ajutage 22 du canal 21 vient se placer davantage devant l'une des buses réceptrices, cette buse reçoit une plus grande partie du jet de fluide sortant de l'ajutage, si bien qu'il s'y établit une pression plus élevée que dans l'autre buse réceptrice. La pression s'établissant dans la buse dépend de la grandeur de lapartie du jet qu'elle 10 reçoit. La différence de pression représentant le signal de sortie est donc directement proportionnelle à la déviation de l'armature 10, donc également au signal d'entrée, c'est-à-dire au courant de commande électrique. Lorsqu'il n'y a pas de consommation de fluide aux orifices de sortie 25, 26, le fluide sortant de l'ajutage 22 quitte cette 15 zone en traversant l'espace formé par l'ouverture 12 et en s'écoulant ensuite vers le réservoir ou à l'air libre. Bien entendu, l'espace formé par l'ouverture 12 peut 6tre également être fermé par rapport à l'atmosphère parades plaques de recouvrement non représentées. Un exemple de réalisation plus simple d'un convertisseur 20 électrofluidique suivant l'invention ne comprend pas les dents 15 et les encoches 16 correspondantes, de sorte que les entrefers de travail ou entrefers variables sont délimités par des surfaces planes, comme les entrefers fixes 18, 19. Un tel convertisseur simplifié fournit néanmoins des signaux de sortie utilisables, sous forme de différences de pression. 25 II convient particulièrement s'il s'agit uniquement de produire des signaux de sortie digitaux. , Pour obtenir un électro-aimant ayant des caractéristiques magnétiques favorables, il est avantageux d'utiliser un matériau magnétique tel que le fer doux. 30 Bien entendu, un convertisseur électrofluidique suivant l'invention peut également être composé d'un plus grand nombre d'éléments structurels sous forme de plaques que les exemples qui viennent d'être décrits, notamment lorsque les sections d'écoulement doivent être relativement importantes. 72 14516 7 2134461 REVENDICATIONS 1. Convertisseur électrofluidique, comprenant une partie formant un amplificateur fluidique qui est mun i d'un conduit de fluide 5 tubulaire en matière élastique monté fixe par une extrémité, dont l'extrémité libre peut Stre déplacée sous l'action de la force produite par un électroaimant, ce conduit formant un canal traversé par un fluide liquide ou gazeux présentant une pression d'alimentation, et des buses réceptrices étant disposées en vis-à-vis de l'embouchure à l'extrémité libre de ce canal, 10 caractérisé par le fait que 1'électro-aimant et la partie formant l'amplificateur fluidique sont réunis en une seule unité intégrée qui est composée d'un certain nombre d'éléments structurels superposés ayant la forme de plaques et dont le contour est déterminé à la fois par la fonction de 1'électro-aimant connu en soi et par la partie, également connue en soi, 15 formant l'amplificateur fluidique. 2. Convertisseur électrofluidique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément structurel en forme de plaque présente des évidements en forme de canaux qui définissent, en coopération avec au moins une plaque de recouvrement, ledit canal et les buses réceptrices. 20 3. Convertisseur électrofluidique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité libre du canal est réalisée comme ajutage et en ce que les buses réceptrices sont réalisées comme des diffuseurs. 4. Convertisseur électrofluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments structurels 25 en forme de plaques, superposés et formant un paquet, sont entourés dans leur partie médiane par la bobine de 1'électro-aimant, en ce que l'armature s'étend à travers 1'électro-aimant à l'intérieur du noyau, et en ce que les éléments structurels présentent, de part et d'autre de la zone dans laquelle est disposée la bobine, des prolongements de noyau rectangulaires et faisant 30 saillie vers l'extérieur, 5. Convertisseur électrofluidique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'armature de 1'électro-aimant est formé par deux entailles pratiquées dans le noyau de I'électro-aimant et s'étendant à peu près parallèlement à l'axe de symétrie du convertisseur électrofluidique. 35 6. Convertisseur électrofluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal est situé dans l'armature de 1'électro-aimant et sur l'axe de symétrie du convertisseur électrofluidique, et en ce que l'armature peut facilement Stre fléchie 72 14516 8 2134461 élastiquement, grâce à la présence de deux entailles pratiquées transversalement par rapport à l'axe de symétrie et débouchant elle9-mêmes dans deux autres entailles situées à l'intérieur des entailles.ayant servi à la formation de l'armature, mais s'étendant parallèlement à ces dernières. 5 7. Convertisseur électrofluidique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'armature, faisant saillie de la bobine, présente des saillies en forme de dents qui coopèrent avec des encoches correspondantes ménagées sur les bords intérieurs - tournés vers l'armature - des prolongements de noyau. 10 8. Convertisseur électrofluidique selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux prolongements de noyau situés du côté gauche de l'armature de 1'électro-aimant sont reliés magnétiquement l'un à l'autre par une culasse en fer doux, en ce que deux prolongements de noyau situés du côté droit de l'armature sont également reliés magnétiquement l'un à l'autre 15 par une culasse en fer doux, et en ce que chaque culasse en fer doux coopère avec l'un des pôles d'un afaiant permanent entourant la bobine. 9. Convertisseur électrofluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les éléments structurels sont en un matériau magnétique tel que le fer doux. 20 10. Convertisseur électrofluidique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments structurels sont reliés les uns aux autres de façon étanche à la pression, par exfijnple par collage ou soudage.