Brevet FR2131865A1 — publié le 19721117

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Français PRUVOT et Michel FAYOLLE, concerne les servovalves et plus particulièrement les servovalves hydrauliques à réponse très rapide. De telles servovalves sont par exemple utilisées en aviation pour la commande du dispositif antiblocage des freins des roues de l'avion ou pour la commande des gouvernes. En ce cas, ces servovalves ont pour but de transformer un signal électrique en une pression ou en un débit de fluide avec un temps de réponse aussi court que possible et une précision aussi élevée que possible. On connaît des servovalves à tiroir dans lesquelles la distribution du fluide se fait à la suite de ltétablissement d'une section de passage variable entre deux chambres se trouvant à des pressions différentes. La variation de section de passage résulte du mouvement relatif entre deux pièces se trouvant en contact mécanique. On a ainsi réalisé des servovalves à tiroir rotatif et des servovalves à tiroir à déplacement linéaire. Ce type de servovalves est de moins en moins utilisé actuellement car il nécessite une grande précision d'usinage des organes et un jeu entre le tiroir et le corps de valve aussi réduit que possible. Du fait des jeux réduits etdes- aretes vives qui limitent les sections de passage du fluide, ces valves sont très sensibles à la pollution du fluide. On constate également une augmentation des fuites et des jeux à la suite de l'usure des arêtes du tiroir. Enfin, du fait des frottements relativement importants, lthystérésis de ces valves est importante. On connaît des servovalves dans lesquelles un moteurcouple actionne dans un sens déterminé une palette mobile entre deux buses alimentes en fluide à haute pression, par l'interme- diaire d'une restriction calibrée située dans le corps cylindri- que de chaque buse. Le volume intérieur de chacune des buses est relié aux canalisations d'utilisation du fluide. Dans les servovalves de ce type, la distance qui sépare l'extremite de chaque buse de la palette est petite par rapport au diamètre des orifices de la buse. Si on veut que le débit des buses reste faible même quand la pression est élevée, on est obligé d'avoir des restrictions de très faible diamètre et par voie de conséquence des jeux très faibles entre buses et palette (0,02 à 0,03 mm). Pour que les plus grosses particules contenues dans le fluide puissent passer entre la buse et la palette lorsque leur jeu est minimal, il est nécessaire de bien filtrer le fluide. De plus, ces particules, projetées à grande vitesse sur la palette, détériorent la surface de celle-ci et modifient les performances de la servovalve. On connaît des valves à jet orientable dans lesquelles l'armature d'un moteur-couple entraîne en rotation un ajutage oscillant par lequel le fluide sort à grande vitesse sous forme d'un jet qui se sépare entre deux orifices récepteurs. On conçoit qu'un couple appliqué à l'armature du moteur-couple provoquera le déplacement du jet et les orifices récepteurs recevront alors des débits de fluide inégaux. Cette valve peut être employée avec tous les fluides (même contamines) et les jeux relativement grands permettent des tolérances de fabrication assez larges. Cependant, cette valve a deux inconvénients principaux: - d'une part, elle utilise un tube de flexion entre l'ajutage oscillant et le moteur-couple. Ce tube est cher et d T une fabrication délicate - d'autre part, il faut réaliser une liaison souple entre l'alimentation à haute pression et la buse orientable. Pour une pression d'alimentation élevée, cette liaison souple est difficilement réalisable car elle doit avoir une raideur conforme à la valeur calculée. De plus, comme l'inertie des pièces est relativement importante, il est nécessaire d'avoir des moteurs-couples relativement puissants. On connaît par le brevet français 1 597 276 des valves dans lesquelles un élément déflecteur, solidaire de l'armature mobile du moteur-couple, présente une extrémité aplatie munie d'une fente verticale. La fente est limitée sur ses côtés verticaux par des surfaces plates formant déflecteur qui s'inclinent l'unevers l'autre dans la direction du courant du jet de fluide. Lorsque la fente se déplace transversalement devant une buse émettrice du jet, le jet de fluide est dévié et on obtient un débit de fluide différent dans les passages récepteurs. Dans ce type de valve, le jet de fluide exerce une réaction sur le moteur-couple principalement lorsque l'angle du déflecteur est assez ouvert. D'autre part, du fait de l'ouverture de cet angle les particules d'impuretes contenues dans l'huile ont tendance à éroder le déflecteur et celui-ci doit être réalisé dans un matériau très dur et résistant à l'abrasion. L'invention a pour objet une valve à jet orientable dans laquelle - Les pièces mobiles sont seulement soumises à des mouvements de rotation. - L'inertie en rotation des pièces mobiles est très faible. - Les frottements entre les diverses pièces sont négligeables. - Le jet de fluide nta pratiquement aucune réaction sur le moteur-couple. Ces quatre propriétés autorisent l'emploi d'un moteurcouple dont le couple est très faible. Ce moteur-couple peut donc être d'un encombrement réduit, ce qui conditionne, pour une consommation donnée, un temps de réponse très court du moteur. L'invention a également pour objet une valve sans liaison souple entre la source de pression et la buse émettrice du jet de fluide. Un autre objet de l'invention est une valve de construction économique et de performances élevées. Essentiellement la servovalve objet de l'invention comprend un corps de valve alésé, une buse orientable émettrice du jet de fluide, un dispositif d'entraînement en rotation de ladite buse, un dispositif qui s' oppose à la rotation de la buse émettrice, une buse réceptrice dont l'orifice se trouve en vis-à-vis de l'orifice de la buse émettrice, le débit de fluide dans la buse réceptrice dépendant de la position angulaire de la buse émettrice.Cette servovalve est caractérisée par le fait que la buse émettrice est solidaire d'un tambour cylindrique, monté à rotation dans un alésage formé dans le corps de valve, un dispositif de guidage par palier hydrostatique connu en soi empêchant le contact mécanique entre ledit tambour et l'alésage formé dans le corps de la valve, un orifice d'alimentation de la buse émettrice percé dans le corps de la valve et sécant avec l'alésage formé dans le corps de valve étant prévu de façon que pour toute position angulaire utile du tambour, ledit orifice d'alimentation établisse une communication de fluide sous pression avec la buse émettrice. D'autres caractéristiques et avaWages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un exemple de réalisation de la servovalve en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe de la servovalve - la figure 2 est une vue en coupe agrandie du support de la buse émettrice selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue partielle en bout de la servovalve selon la flèche f de la figure 1 - la figure 4 est une vue en coupe partielle de la servovalve selon la ligne IV-IV de la figure 1. Dans la description qui va suivre, il doit être compris que seuls font partie de l'invention le générateur du jet de fluide, un dispositif d'entraînement et de guidage de ce générateur de jet et les moyens de commande répondant au signal d'entréewen particulier quand ces moyens sont réalisés sous forme d'un moteur-couple. La servovalve représentée comprend un corps 101 muni d'un alésage 102. Un tambour 103 est monté à rotation dans ledit alésage. Dans le tambour 103 est formée diamètralement la buse émettrice de jet 104 qui tourne donc avec le tambour dans l'alésage 102, mais on notera néanmoins que cette buse peut être tout aussi bien une pièce rapportée dans le tambour et s'étendant à l'extérieur du tambour. Le diamètre de l'orifice de sortie 106 de la buse émettrice correspond au diamètre du jet désiré (de 0,2 mm à quelques millimètres suivant les applications). Afin d'avoir un jet non diffusant aussi cylindrique que possible, l'orifice de sortie 106 de la buse émettrice est d'une longueur relativement faible et raccordé à l'orifice d'entrée 107 de la buse émettrice de façon que le gradient de vitesse tout le long de la buse soit sensiblement constant. La buse émettrice 104 est en vis-à-vis d'un orifice d'alimentation 108 percé dans le corps de valve 101. L'orifice 108 est alimenté par la source à haute pression de la servovalve. Si lTon essayait de tourner le tambour 103 alors que l'orifice 108 est à la haute pression, le couple de frottement entre le tambour et l'alésage serait important, car la pression de fluide tend à plaquer le tambour contre la surface de son alésage. Pour éviter cet inconvénient, l'huile sous pression, issue de l'orifice 108 est conduite par une rainure fraisée longitudinale 109 du tambour jusqu' des étranglements créateurs de pertes de charge usinés à chaque extrémité du tambour de valve 103. Ces étranglements peuvent être constitués par exemple par deux gorges 110, 111 (une à chaque extrémité du tambour) obtenues par usinage en faisant tourner le tambour autour d'un axe de rotation R parallèle à son axe propre O tel que représenté figure 2. Chaque gorge 110, 111 est reliée par un perçage 112 et 113 à deux paires de surfaces de rotation 114 et 115 formées à chaque extrémité du tambour et formant paliers hydrostatiques. Comme le montre la figure 2, chaque palier hydrostatique est angulairement décalé par rapport au palier de la même paire situé à la même extrémité du tambour 103. De cette fagon, si les gorges 110 et 111 ont été bien calculées et selon un mode de fonctionnement bien connu des paliers hydrostatiques, le tambour 103 sera en équilibre sous l'action de la force f1 due à la pression d'alimentation et de deux forces f2 et f3 à chacune de ses extrémités. Ainsi, il n'y aura aucun contact mécanique entre le tambour 103 et la surface de l'alésage 102. Selon les figures 1 et 3, l'armature mobile 116 du moteur-couple 117 est solidaire du tambour 103. Le moteur-couple peut être de tout type connu. Celui représenté est du type dit "E I" et comporte deux bobinages B enfilés sur chacune des branches de l'armature fixe. Un aimant permanent N-S fournit un champ de polarisation dont les lignes de force se referment suivant les flèches D et E. Quand on alimente les bobinages B, ils fournissent un champ magnétique dont les lignes de force sont représentées par les flèches G. Suivant un princiRe bien connu, l'armature mobile 116 du moteur-couple est alors soumise à un couple proportionnel au courant dans les bobinages B. Ce couple sera transmis par conséquent au tambour 103. L'armature fixe du moteurcouple est montée sur le corps 101 de la servovalve par l'intermédiaire d'un support non magnétique T. L'ensemble est isolé de l'extérieur par un couvercle 118 étanche avec le bloc C auquel est raccordé le corps de servovalve 101. Le moteur-couple représenté est baigné par l'huile et est séparé par des parois souples 119, du fluide hydraulique proprement dit de la servovalve. On obtient de la sorte un bon refroidissement des bobines du moteur-couple et on évite que des particules magnétiques transportées par le fluide hydraulique viennent perturber son fonctionnement. Selon une caractéristique du dispositif les parois souples travaillent en torsion et constituent des manchons solidarisés, par une première liaison, avec le corps 101 de la valve et par une deuxième liaison au tambour 103, cette dernière liaison étant située entre l'armature mobile 116 et le corps 101. Quand le moteur-couple 117 n'est pas alimenté il est ramené en une position angulaire précise par un élément élastique 120. L'élément élastique 120 peut être réalisé sous forme d'une tige d'acier, flexible, solidaire par ses extrémités du tambour 103 et du corps de valve 101. De cette façon, en réglant des butées de positionnement non représentées de la tige 120 sur le corps 101, on peut faire varier l'orientation de la buse émettrice 104.En l'absence d'alimentation du moteur-couple, on pourra régler le jet de la buse 104 de façon qu'il se partage également entre deux buses réceptrices 121a et 12 lob. Ces deux buses réceptrices sont usinées dans une rondelle 122 fixée entre un couvercle 123 et un corps 124 dans lequel sont usinés des orifices de sortie d'huile axiaux 125 et radiaux 126 communiquant avec des conduits 127 et 128 du corps 101 destinés à être raccordés aux organes d'utilisation sur la face 129 du bloc C. L'espace compris entre la buse émettrice 104 et les buses réceptrices 121a et 121b, est relié par un conduit 130 au réservoir schématisé en V.Les diverses connexions fluides ont été représentées sous une forme schématique car leur mode de réalisation est bien connu, toutes les connexions hydrauliques étant renvoyées sur la face 129 du bloc C ainsi qu'on peut le voir figure 1. Quand le moteur-couple est excité, le tambour 103 porteur de la buse émettrice 104 tourne et le jet se répartit alors de façon inégale entre les buses réceptrices 121a et 121b. -Au couple maximum du moteur 117, seule une des buses réceptrices 121a, 121b reçoit le jet de fluide. L'autre buse réceptrice est alors mise à la pression du réservoir auquel elle est reliée par le conduit 130. On notera que 1 'épaisseur de la rondelle 122 devra être très voisine du diamètre du jet. Pour réaliser cette condition, on positionne l'une par rapport à l'autre les buses 104, 121a, 121b au moyen de butées axiales réglables 131a et 131b du tambour 103. Les buses réceptrices de jet 121a, 121b, dont la réalisation ne fait pas partie de la présente invention, pourront tout aussi bien être réalisées par pergage de trous dans une pièce qu'on rendra ensuite dure et résistante à l'abrasion par un traitement approprié. -- La description précédente montre qu'on a ainsi réalisé un ensemble émetteur de jet à orientation variable de faibles dimensions (le tambour, pour un premier étage de servovalve, pourra avoir 5 mm de diamètre et 15 mm de longueur environ), de faible inertie, exempt de frottements. On voit aussi que le jet de fluide n'aura pratiquement aucune action sur le moteur-couple. Le moteur-couple pourra donc être très petit et d'une construction simple. On notera que le dispositif objet de l'invention peut être utilisé sans sortir du cadre de l'invention avec tout type de moteur-couple et tout dispositif de rappel élastique du générateur de jet. De même, il est facile pour un homme de l'art de faire fonctionner le dispositif objet de l'invention avec un moteur couple sec ou, au contraire, avec un moteur-couple noyé en liaison fluide avec la pression d'entrée de la servovalve. I1 a été représenté un mode de réalisation possible des paliers hydrostatiques (en fait quatre paliers indépendants) et de leurs conduits d'alimentation. I1 sera aisé pour l'homme de l'art d'imaginer d'autres réalisations possibles des conduits à étranglements et des paliers hydrostatiques sans sortir du cadre de l'invention. La servovalve objet de l'invention pourra être employée comme élément pilote d'une servovalve à plusieurs étages. I1 a été représenté un moteur-couple comme organe d'entrée de la servovalve. I1 est évident que l'on peut utiliser sans sortir du cadre de l'-invention tout autre type d'organe d'entrée mécanique, pneumatique, etc... Les applications industrielles de la servovalve objet de l'invention sont les mêmes que les applications des servovalves connues. Ces servovalves conviennent aux asservissements hydrauliques et en particulier aux commandes de machines-outils, de freins, et de gouvernes d'avions. Du fait de son faible prix de revient la servovalve pourra être utilisée dans l'industrie automobile dans les dispositifs d'antiblocage de freins ou pour moduler la pression de commande des embrayages de botes de vitesses automatiques. REVENDICATIONS 1. Servovalve à jet de fluide libre comprenant un corps alésé, une buse orientable émettrice de jet, un dispositif d'entraînement en rotation de ladite buse émettrice, un dispositif élastique s'opposant à la rotation de la buse, au moins une buse réceptrice dont l'orifice se trouve en vis-à-vis de l'orifice de la buse émettrice, le débit de fluide dans la buse réceptrice dépendant de la position angulaire de la buse émettrice, caractérisée par le fait que la buse émettrice 104 est solidaire d'un tambour cylindrique 103 monté à rotation dans un alésage 102 formé dans le corps de valve, un dispositif de guidage sur palier hydrostatique connu en soi empêchant tout contact mécanique entre ledit tambour et l'alésage formé dans le corps de valve, un orifice 108 d'alimentation de la buse émettrice 104, ménagé dans le corps de valve et débouchant dans l'alésage précité étant prévu de façon que pour toute position angulaire utile du tambour, ledit orifice d'alimentation établisse une communication de fluide sous pression avec la buse émettrice. 2. Servovalve selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tambour porteur de la buse émettrice est solidaire de l'armature mobile 116 d'un moteur-couple. 3. Servovalve selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le moteur-couple estobaigné par un fluide, ledit fluide étant séparé du fluide de la servovalve par des parois souples 119 fixées de manière connue en soi, par une première liaison, au corps de la valve et par une deuxième liaison au tambour lui-même, cette deuxième liaison étant disposée entre l'armature mobile du moteur-couple et ledit corps de valve. 4. Servovalve suivant l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'axe de l'orifice d'alimentation 108 de la buse émettrice de la servovalve est sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'alésage du tambour dans la partie médiane dudit axe de l'alésage et que le tambour est équilibré par deux paires de paliers hydrostatiques 114,115 disposés à chacune des deux extrémités dudit tambour, chacun des paliers étant angulairement décalé par rapport au palier de la même paire et formé dans le tambour par des surfaces en creux par rapport à la surface extérieure dudit tambour et est alimenté par des conduits à étranglements indépendants 110,111.