Brevet FR2502704A1 — publié le 19821001

POMPE ALTERNATIVE POUR FLUIDE AVEC CONTACT ET EFFET HALL ET PROCEDE POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte au domaine des systèmes électromagnétiques alternatifs et, plus particulièrement, à une pompe électromagnétique à fluide actionnée par un solénoïde, comprenant un circuit magnétique incluant un contact à effet HALL, détectant la position d'un piston alternatif, ainsi qu'à leur procédé de mise en oeuvre. Les pompes à fluide électromagnétiques à piston alternatif comme décrites dans le brevet US PARKER 2.994.792 et dans le brevet US WERTHEIMER 3.381.616, ont connu un grand développement commercial mais dans un domaine aussi concurrentiel, les améliorations sont très importantes. Les modèles antérieurs de ces pompes, comme décrits dans le brevet PARKER, comprennent en circuit avec un solénoïde un contact électrique qui est soit mécaniquement, soit magnétiquement commandé par le piston à la fin de la course de pompage. La fermeture du contact excite le solénoide, ramenant le piston en position de fin de course. Quand le piston atteint cette position, le contact s'ouvre, désexcitant le solénolde et la course de pompage s'effectue sous l'action d'un ressort comprimé. Bien que ces types de pompes fonctionnent de façon très satisfaisante et aient une durée de vie raisonnable, le contact électrique est sujet à panne et conditionne la durée de vie de ces pompes. Pour augmenter la durée de vie de la pompe, des oscillateurs de blocage furent par conséquent introduits comme indiqué par WERTHEIMER et BROWN dans le brevet US 3.629.674. Les oscillateurs de blocage éliminèrent les contacts électriques et augmentèrent la durée de vie de la pompe. Les pompes avec des oscillateurs de blocage sont cependant plus complexes du fait qu'elles nécessitent une bobine de détection en plus de la bobine solénoïde. De plus, les températures de fonctionnement de la pompe étaient limitées par la plage de température de fonctionnement de l'oscillateur de blocage. La présente invention est une pompe électromagnétique à piston alternatif dans laquelle le contact électrique est remplacé par un contact à effet HALL incorporé dans un circuit magnétique. La présente invention est une pompe à fluide électromagnétique comportant un circuit magnétique, incluant un contact à effet HALL. Le circuit magnétique est ouvert et fermé par le piston alternatif perméable magnétiquement de la pompe. Quand le piston alternatif est à l'extré mité de sa course de pompage, il ferme le circuit magnétique, augmentant par conséquent le champ magnétique passant à travers le contact à effet HALL. Le niveau du signal de sortie généré par le contact à effet HALL augmente en réponse à l'augmentation du champ magnétique. La valeur amplifiée du signal de sortie commande un circuit électronique de coupure, commandant une bobine solénoïde. La bobine solénoïde excitée renvoie le piston de la pompe contre l'effort d'un ressort jusqu'à sa position de fin de course. Le retour du piston de la pompe à sa position de départ ouvre le circuit magnétique, diminuant de fa çon substantielle le signal de sortie généré par le contact à effet HALL. Le circuit de contact électronique répond à la valeur diminue du signal et désexcite la bobine du solénoide. par suite, le ressort renvoie la piston pour une course de pompage. Quand le piston atteint de nouveau la fin de la course de pompage, le circuit magnétique es de nouveau fermé et le circuit est répété. Selon une caractéristique de l'invention, la pompe électromagnétique à fluide comprend un contact à effet HALL détectant la fin de la course de pompage du piston. La pompe selon l'invention présente une durée de vie plus longue Selon une autre caractéristique, la pompe a un système de détection n'ayant aucune pièce mécanique mobile. Les caractéristiques et les autres avantages de l'invention deviendront évidents à la lecture des spécifications et des dessins donnés à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue en coupe d'une pompe électromagnétique incorporant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle de la pompe avec le piston alternatif en position basse. La figure 3 est un schéma du circuit de contact électrique. La figure 4 est une solution alternative de circuit de contact électronique. La figure 5 est une solution alternative du circuit magnétique. La figure 6 est une vue de dessus selon 6 - 6 (figure 5) de cette solution alternative. On a représenté, sur la figure 1, une pompe électromagnétique 10 à fluide1 avec un carter cylindrique 12 muni d'un orifice d'admission 13 et d'un orifice de sortie 15. Placé à l'intérieur du carter 12, se trouve un guide amagnétique ou cylindre 14 qui est supporté à l'inté- rieur du carter par des p8les annulaires 16 et 17. Disposée entre les p8les annulaires 16 et 17, se trouve une bobine solénoïde 18 entourant le guide 14. Un piston creux magnétiquement perméable 22 est placé à l'intérieur du guide 14 et est libre d'y aller et venir. Un clapet anti-retour 32 est disposé à l'extrémité d'admission du piston 22. Un second clapet anti-retour 30 est disposé à l'extrémité d'admission du guide 14. L'action des clapets anti-retour 32 et 30 se combine de façon connue de manière à fournir un courant unidirectionnel de fluide à travers le guide 14 de l'admission 13 à la sortie 15 quand le piston a un mouvement alternatif. Un ressort 24 est comprimé à l'intérieur du guide 14 entre le piston 22 et le clapet anti-retour 30. Une bague d'arr8t 26 limite le mouvement du clapet anti-retour 30 dans la direction opposée à celle du piston 22. un filtre 28 peut être disposé dans le carter 12 entre l'admission 13 et l'extrémité basse du guide pour filtrer les impuretés qui pourraient autrement nuire au fonctionnement de la pompe. Une butée 34 est attachée rigidement à l'extrémité supérieure du guide 14 et retient un ressort 36 comprimé entre elle-méme et l'extrémité supérieure du piston 22. Le ressort 36 sert d'amortisseur au piston lorsqu'il approche de la fin de sa course de pompage. Un couvercle 38 est agraphé ou fixé d'une façon convenable sur la partie supérieure du carter 12 comme montré en 39 pour former un joint étanche aux liquides. Un diaphragme flexible 40 est attaché rigidement au couvercle 38 pour absorber les impulsions de pression maxima générées par le piston alternatif.La configuration de la pompe telle que décrite précEdem- ment est identique à celle de la pompe illustrée et décrite dans mon précédent brevet US 4.080.552 "Oscillation de blocage hybride pour pompe électromécanique" et est une configuration connue pour une pompe électromagnétique à fluide. Un circuit magnétique 41 incluant un aimant 42 ayant l'un de ses pôles adjacent au p8le annulaire 17 est attaché de façon fixe à ce p8le annulaire supérieur 17. Un pCle auxiliaire 44 est attaché fixement à l'extrémité opposée de l'aimant 42. Un contact à effet HALL 46 est placé à l'extrémité du p8le auxiliaire 44. Un p8le de raccordement 48 est fixé entre le contact à effet HALL 46 et le guide 14. Le p8le auxiliaire 44 et le p8le de raccordement 48 sont faits d'un matériau magnétiquement perméable tel que du fer doux ou d'un alliage de fer nouveau. La surface du p8le de raccordement adjacent au guide 14 est formée de façon à être jointive avec la surface cylindrique du guide. L'aimant 42, le p8le supérieur 17, le pôle auxiliaire 44, le contact à effet de champ 46 et le pôle de raccordement 48 forment une première partie d'un circuit magnétique 41 qui est complété par le piston 22 lors de sa fin de course de pompage Le flèche 50 montre ie cheminement des lignes de flux magnétique quand le circuit magnétique est complété par le piston 22. Dans cette situation, le champ magnétique à travers le contact à effet HALL est maximum et le contact à effet HALL génère un signal de sortie maximum. Un circuit électronique de contact 52 est encapsulé dans l'époxy 54 à un endroit judicieux situé à l'opposé par rapport au guide et reçoit le signal de sortie du contact à effet HALL 46. La puissance électrique, en provenance d'une génératrice extérieure, telle qu'une batterie 56, est reçue par le circuit de contact 52 grâce à une connecticn isolée 58 passant à travers le carter 12. Le pôle opposé de la batterie est raccordé au carter 12 de la pompe par une masse ordinaire. La figure 2 est une vue en coupe montrant seulement la portion de la pompe située à proximité immédiate du circuit magnétique. Dans la figure 2, le piston 22 est dans sa position rétractée ou de fin de course. le sommet du piston 22 n'est plus adjacent au pôle de raccorde- ment 48, créant ainsi une solution de continuité entre le piston 22 et le p8le de raccordement. Ceci ouvre effectivement le circuit magnétique et réduit l'intensité du champ magnétique à travers le contact à effet HALL 46 avec une diminution consécutive de son signal de sortie. Les figures 3 et 4 illustrent de façon non limitative les détails du circuit électronique de contact 52. Les circuits montrés sur les figures 3 et 4 représentent deux circuits différents pouvant entre pilotés par le signal de sortie du contact à effet HALL 46. Il est évident que d'autres types de circuits remplissant les mêmes fonctions peuvent etre utilisés par l'homme de l'art, sans limiter la portée de l'invention. On a représenté, sur la figure 3, un premier circuit électronique de contact controlant le flux électrique à travers la bobine solénoïde 18. Comme précédemment indiqué, le circuit est alimenté par une source de puissance électrique, telle qu'une batterie 56. Le "plus" de la batte- rie est relié à une entrée du contact à effet HALL 46, à l'émetteur du transistor 60 et à une extrémité de la bobine solénoïde 18. Le "moins" de la batterie est relié à la masse, ainsi qu'une seconde é- lectrode du contact à effet HALL 46. La sortie du contact à effet HA est reliée à la base du transistor 60 et à la masse à travers une diode Zener 62. L'émetteur du transistor 60 est relié à la base d'un second transistor 64 et à la masse à travers une résistance 66. L'autre extrémité de la bobine solénoïde 18 est reliée au collecteur du second transistor 64 dont l'émetteur est relié à la masse.Les transistors 60 et 64 sont reliés par un arrangement dit de "Darlington" modifié. Le fonctionnement de la pompe sera expliqué en se référant aux figures 1 et 2 et au schéma de circuit de la figure 3. Lorsque le piston n'est pas activé, il est envoyé au bout de sa course de pompage par la force générée par un ressort comprimé 24 comme montré sur la figure 1. Dans cette position, le piston 22 ferme le circuit magnétique de telle sorte que, lorsque une puissance électrique est appliquée, le contact à effet HALL génère un signal de sortie élevé. Ce signal de sortie élevé appliqué à la base du transistor 60 le rend conducteur fournissant le courant de base pour le transistor 64. En réponse au courant de base fourni par le transistor 60, le transistor 64 est saturé et devient pleinement conducteur, permettant un passage de courant maximum à travers le solénoïde 18. Un débit électrique à travers le solénoïde 18 génère un champ magnétique qui ramène le piston à sa position rétractée ou de fin de course. Quand le piston est rétracté, le circuit magnétique est ouvert, mettant fin au signal élevé du contact à effet HALL 46. La fin du signal élevé coupe le transistor 60 et le courant de base appliqué à la base du transistor 64. Celui-ci cesse d'être conducteur, coupant le courant électrique à travers la bobine 18. Par suite, le piston 22 est renvoyé dans sa course de pompage par le ressort 24. Le circuit magnétique est fermé à nouveau lorsque le piston 22 atteint la fin de sa course de pompage faisant de nouveau générer un signal de sortie élevé par le contact à effet HALL. On a représenté, sur la figure 4, un circuit empêchant le déclenchement anticipé des transistors 60 et 64 avant une valeur de sortie prédéterminée par le contact à effet HALL 46. Dans ce circuit, une seconde diode Zener 68 est placée en série avec a diode Zener 62. La liaison 70 entre les deux diodes Zener est reliée à a base du transistor 60 et à la masse à travers une résistance 72. Un petit condensateur 74 peut être ajouté comme montré pour maintenir la conductibilité du transistor 60 pendant une courte période de temps après l'ouverture du circuit magnétique pour s'assurer que la bobine 18 sera excitée pendant une durée suffisante pour renvoyer le piston à sa position basse. Les transistors 60 et 64 dans cette configuration sont connectés selon l'arrangement conventionnel de Darlington avec l'émetteur du transistor 60 relié directement à la base du transistor 64 et sans résistance 66. Le fonctionnement du circuit montré sur la figure 4 est conne suit Lorsque le piston en fin de course de pompage ferme e circuit maszné- tique, le potentiel de sortie du contact à effet HALL 46 est supérieur au potentiel de passage de la diode Zener 68 fournissant un courant à la base du transitor 60 le rendant conducteur. Simultanément, te con- densateur 74 sera chargé.La diode Zener 62 limite simultanément le potentiel maximum qui peut être appliqué à la base du translstor sç' et la charge maximum du condensateur 74. ie transistor S étant ^on-iue- teur rend le transistor 64 pleinement conducteur ce qui excite la bobine solénolde 18.Comme le piston 22 est rappelé par l'exci?'etion de la bobine solénoïde 18, le signal de sortie généré par le contact à effet HALL 46 commence à décroitre. Lorsque le signal de sortie généré par le contact à effet HALL tombe sous le potentiel de passage e la diode de Zener 68, eelle-ei cesse d'être conductrice. ependart, le courant de base au transistor 60 continue d'être fourni par la déchar- ge de la capacité 74.La période de temps pendant laquelle le trasis- tor 60 est maintenu conducteur après que le signal de sorte soit tom- bé en dessous du potentiel de passage de la diode de Zener 68 est dé- terminée par la constante de temps R C de la résistance 72 et de la capacité 74. Le transistor 60 reste conducteur fournissant le courant de base du transistor 64 jusqu'à ce que la capacité se soit déchargée jusqu a une valeur prédéterminée. Ceci garde la bobine 18 excitée pour une période de temps suffisante pour permettre au piston de revenir à sa position de départ. La diode Zener 68 continue de bloquer le courant de base au transistor 60 jusqu'a ce que le circuit magnétique soit à nouveau fermé par le piston 22 et que le contact à effet HALL génère un potentiel suffisamment élevé pour rendre de nouveau la diode Zener conductrice. Le potentiel de passage de la diode Zener 68 est choisi pour être intermédiaire entre le signal de sortie du contact à effet HALL avec le circuit magnétique ouvert et le signal de sortie avec le cicuit magnétique fermé. Les figures 5 et 6 représentent un arrangement alternatif du circuit magnétique. La figure 5 est une vue intérieure latérale de la pompe montrant le circuit magnétique 80 disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe du guide 14. Le circuit magnétique 80 est porté par le pôle 17 par une séparation non magnétique 82. La séparation non magnétique peut être faite d'un matériau non magnétique tel que le laiton, l'aluminium ou une matière plastique. Les détails du circuit magnétique 80 sont plus clairement illustrés sur la figure 6. Le circuit magnétique 80 comprend un aimant 42, un dispositif à effet HALL 46, un premier p8le 76 et un second p8le 78. Le premier et le second pôles sont faits d'un matériau magnétiquement perméable tel que le fer doux ou un alliage magnétique quelconque. Le circuit magnétique 80 est fermé quand le piston 22 est en fin de sa course de pompage et est disposé entre le premier p8le 76 et le second p8le 78. La pompe et son circuit de contact électronique associé 52 contrôlant le flux du courant à travers la bobine solénoïde opèrent de la même façon que précédemment décrit avec référence & la construction illustrée par les figures 1 et 2. L'invention ne se limite évidemment pas aux configurations de pompe, de circuit magnétique ou de circuits de contact électroniques il les très et décrits ici. I1 serait évident pour l'homme de l'Art qu'un circuit magnétique fermé par une position prédéterminée du piston peut Autre incorporé dans d'autres configurations de pompe ou utilisé avec d'autres commandes électromagnétiques ayant un système altenatif correspondant au piston. I1 serait aussi évident pour l'homme de l'Art que d'autres arrangements du circuit magnétique ou des circuits de contact électroniques peuvent être utilisés à la place de ceux illustrés et discutés sans changer l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pompe électromagnétique pour fluide comprenant un carter fermé par un orifice d'admission et de sortie, l'un étant situé près de l'extrémité d'un guide non magnétique cylindrique guidant le fluide dans ce carter et l'autre près de son autre extrémité, des clapets permettant d'obtenir un débit unidirectionnel dans ce guide lors du mouvement alternatif du piston se déplaçant à l'intérieur du guide non magnétique et caractérisée et ce qu'elle comporte en combinaison - un piston 22 magnétiquement perméable, - des moyens 24 de poussée unidirectionnels du piston 22 vers l'extr6- mité du guide 14 située près de l'orifice de sortie 15, - une bobine solénoïde 18 disposée concentriquement autour de ce guide 14 pour déplacer ce piston 22 contre ce moyen de poussée unidirectionnel 24 vers l'extrémité du guide 14 située près de l'orifice d'admission, -un circuit magnétique 41 disposé de façon adjacente au guide 14 à proximité de l'orifice de sortie 15, ce circuit magnétique étant complété par le dit piston 22 quand celui-ci est en fin de course de pompage, - des moyens pour générer un signal en réponse à l'amplitude du flux magnétique passant à travers ce circuit magnétique 41, - des moyens de contact électroniques 52 pour exciter le solénoïde 18 pour qu'il entraine le piston 22 vers l'extrémité du guide 14 à proximité de l'orifice d'admission 13 en réponse au dit signal ayant une amplitude prédéterminée, 2.Pompe électromagnétique 9 fluide selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit magnétique 41 est composé d'un aimant 42 ayant au moins deux pâles de polarité opposés et au moins un pole ma gnétiquement perméable 17 ayant une extrémité fixée à un pôle de cet aimant 42, l'autre pôle de cet aimant 42 et l'autre extrémité de ce p8le 17 étant disposés de façon adjacente au guide 14 en deux emplacements espacés. 3. Pompe électromagnétique à fluide selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens pour générer un signal sont un contact à effet HALL 46 disposé dans le circuit magnétique 41 entre l'aimant 42 et l'un des deux emplacements espacés. 4. Pompe électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux emplacements espacés sont disposés sur une parallèle à l'axe du guide cylindrique 14. 5. Pompe électromagnétique selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux emplacements espacés sont disposés selon un angle sur un plan commun perpendiculaire à l'axe du guide cylindrique 14. 6. Pompe électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de contact électronique 52 destinés à exciter le solé zoïde 18 comprennent un amplificateur à transistor connecté en série avec ce solénoïde 18 entre un générateur de puissance électrique 56 et une masse, ce transistor contrôlant un courant à travers la bobine so glénoïde 18 en réponse à un signal venant du contact à effet HALL 46. 7. Pompe électromagnétique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bobine solénoïde 18 a une extrémité d'entrée recevant la puissance électrique d'une source extérieure 56 et une extrémité de sortie, l'amplificateur à transistor étant un amplificateur Darlington comprenant un premier transistor 60 avec une base recevant le signal généré par le contact à effet HALL 46 et un émetteur relié à la base d'un second transistor 64 dont le collecteur est relié à la sortie de la bobine solénoïde 18 et dont l'émetteur est relié à la masse. 8. Pompe électomagnétique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit de contact électronique 52 inclue une diode Zener 62 branchée entre la base du premier transistor 60 et la masse pour limiter le signal maximum appliqué à la base de ce premier transistor 60. 9. Pompe électromagnétique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit de contact électronique 52 comprend une seconde diode Zener 68 branchée entre la base du premier transistor 60 et le contact à effet HALL 46 pour bloquer tout signal en dessous d'une valeur prédéterminée émis par ce dit contact à effet HALL 46. 10. Pompe électromagnétique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le circuit de contact électronique 52 comprend en plus un réseau R 72 C 74 relié à la base du premier transistor 60 pour maintenir la conductibilité de ce premier transistor 60 pour une période de temps prédéterminée pendant que le signal du contact à effet HALL 46 diminue d'une valeur supérieure à cette valeur prédéterminée jusqu'au dessous d'une valeur inférieure à cette valeur prédéterminée. 11. Procédé pour communiquer un mouvement alternatif à une pièce magnétiquement perméable 22 dans un système électromagnétique comprenant un système élastique 24 dirigeant cette pièce 22 magnétiquement perméable dans une direction déterminée sur un parcours donné, et une bobine solénorde 18 pour tirer cette pièce magnétiquement perméable 22 dans la direction opposée à la force délivrée par le système élastique 24, caractérisé en ce que -On forme un circuit magnétique ayant une densité de flux maximum quand la pièce magnétiquement perméable 22 est déplacée jusqu'à une position prédéterminée en réponse à l'action du systC'me élastique 24 ; ; - On détecte la densité de flux de ce circuit magnétique 41 pour générer un signal ayant une valeur correspondante à la densité de flux ainsi détectée - On pilote un circuit de contact électron que en réponse à ce signal, ce contact électronique activant la bobine solénoïde 18 qui tire la pièce magnétiquement perméable 22 dans une direction opposée à la or- ce du système élastique 24 et l'éloigne de ladite poaltion prêdétermi- née. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la d6tec- tion de la densité de flux passe par une phase d-jrar laquelle le f:ux magnétique traverse un contact à effet HALL 46 pour générer le signal. 13. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comprend une phase de blocage par une diode Zener 62 des signaux générés par le contact à effet HALL 46 quand ces signaux tobnt au dessous d'une valeur prédéterminée. 14. Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - Chargement d'une capacité 74 en réponse aux signaux provenant du contact à effet HALL 46 et ayant une valeur supérieure à une valeur prédéterminée pour générer un signal de retardement - Commande du circuit de contact électronique avec le signal de retardement pour maintenir la bobine solénolde 18 dans un état excité pour une période de temps prédéterminée après que le signal généré par le contact à effet HALL 46 soit tombé au dessous de cette valeur préde- terminée.