Brevet FR2538491A1 — publié le 19840629

SERVO-VALVE. L'invention est relative à une servo-valve. Une servo-valve est un dispositif qui, partant d'un signal électrique, habituellement de faible puissance, commande un organe hydraulique, par exemple un moteur hydraulique ou un vérin. Les servo-valves sont utilisées notamment dans l'aviation mais peuvent l'être dans de nornbreux autres domaines tels que la robotique. Un tel dispositif comprend un tiroir qui distribue du liquide sous pression à un ou plusieurs organes hydrauliques. La pression de liquide reçue par l'organe dépend de la position du tiroir - dans le corps de la servo-valve. Pour transformer le signal électrique de commande en un déplacement du tiroir - afin que celui-ci occupe une position qui correspond à la pression désirée pour l'organe hydraulique - on prévoit, depuis très longtemps, un moteur-couple. Un tel moteur-couple comporte une armature, une palette ou un aimant déplacé par le champ magnétique d'une bobine alimentée par le signal de commande. L'élément déplacé par le champ de la bobine est lié au tiroir soit directement, soit par l'intermédiaire d'un étage pilote hydraulique amplificateur. L'invention résulte de la constatation qu'un moteur-couple est un élément peu courant, donc d'un coût de fabrication élevé. En outre, son encombrement est important et sa fiabilité relativement faible. L'invention remédie à ces inconvénients. Elle consiste à remplacer le moteur-couple par un moteur électrique rotatif d'un type usuel, en particulier à courant continu. Un moteur rotatif étant fabriqué en grande série pour de multiples usages, il est d'un faible coût. De plus, son volume est, pour une même puissance d'utilisation, plus faible que celui d'un moteurcouple. Cette augmentation du rapport puissance/volume rend prati quernent inutiles les servo-valves à un étage pilote amplificateur hydraulique. En effet, un tel étage amplificateur permet dans les servo-valves connues d'utiliser un moteur-couple d'une puissance et donc d'un volurne relativement réduits ; il est donc clair que, si pour un rnême volume, la puissance du moteur électrique est plus irnportante, il n'est pas nécessaire de prévoir d'étage intermédiaire amplificateur, le moteur pouvant entraîner directement le tiroir. Outre l'avantage de simplification de la servo-valve, cette disposition présente l'avantage de permettre une diminution d'énergie consommée, un étage pilote amplificateur hydraulique nécessitant en général une circulation permanente de liquide et donc de l'énergie pour effectuer cette circulation. Dans une réalisation préférée, un excentrique est monté sur l'arbre du moteur électrique rotatif et cet excentrique entraîne le tiroir de distribution. Cet excentrique peut être rnonté dans une cavité du tiroir, I'axe de rotation du moteur étant perpendiculaire à la direction de déplacement dudit tiroir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux figures 1 à 4 ciannexees. La figure 1 est un schéma en coupe d'une servo-valve selon l'invention. La figure 2 est une coupe selon la ligne A-A de la figure 1. La figure 3 est un schéma suivant une coupe analogue à celle de la figure 1, montrant le principe du fonctionnement du tiroir. La figure 4 est un schéma. d'une commande électrique du moteur. La servo-valve comprend un rnoteur électrique rotatif usuel 2, par exemple à courant continu, alimenté par la sortie 19 d'un bloc de commande 1. Un excentrique composé par un support 6 fixé à l'extrémité de l'arbre 3 du moteur 2, support auquel est fixé un levier 6a excentré par rapport à l'axe 3a de l'arbre, permet de transformer la rotation de l'arbre du moteur en mouvement de translation du tiroir 8 de distribution. La liaison entre l'excentrique et le tiroir s de distribution se fait dans une cavité 7 du tiroir, par l'intermédiaire du levier 6a. La cavité 7 est située en regard d'une lumière 9 traversant la chemise Il de distribution et le corps 10 de la servo-valve contenant cette chemise. Cette lumière permet le passage de l'ensemble formé par l'extrémité de l'arbre 3 et l'excentrique, perpendiculairement à l'axe 8a de translation du tiroir. Le tiroir 8 est- réalisé à partir d'un cylindre d'axe 8a comportant deux évidements 16 et 16' annulaires, identiques, de même axe 8a, symétriques par rapport à l'axe 8b qui est médian et perpen diculaire à j'axe 8a du dit cylindre 8. Ce tiroir est placé dans la chemise 11 de distribution . Cette dernière comprend une cavité I la cylindrique d'une longueur supé rieure à la longueur du tiroir, ce qui permet au tiroir de coulisser dans cette cavité. La chemise il comprend également des orifices 12 et 12' d'alimentation hydraulique, des orifices 13 et 14 d'uti lisation et des orifices 15 de retour à la bache. Une communication interne, non représentée sur les figures 1 et 3, est réalisée entre les deux chambres 17 et 17a de la cavité I la de la chemise, situées à chaque extrémité du tiroir et dues à la longueur supérieure de la cavité par rapport à celle du tiroir. Cette communication permet le libre déplacement du tiroir dans la cavité. Un tel tiroir permet deux utilisations distinctes non simul tanées, comme on le verra plus loin. Une pompe hydraulique (non montrée) fournit en permanence du liquide sous pression aux orifices 12 et 12' d'alimentation, qu'elle puise dans un réservoir appelé bâche (non représenté). Au repos, le tiroir occupe la position en trait plein de la figure 3 3 les orifices 12 et 12' d'alimentation sont alors obstrués par les deux extrémités du tiroir et le flux de liquide hydraulique est stoppé. Si le tiroir se déplace à droite (position représentée par les traits interrompus),un évidement 16 se place en regard d'un orifice 12 d'alimentation sans masquer l'orifice 13 d'utilisation correspondant et le liquide sous pression provenant du dit orifice 12 d'alimentation pénètre dans le dit orifice 13 d'utilisation et part alimenter l'organe hydraulique qui y est relié ; le second orifice 1?' d'alimentation reste obstrué par l'autre extrémité du tiroir mais l'orifice 14 de seconde utilisation est mis en communication avec l'orifice 15 de retour à la bâche grâce à l'autre évidement 16' et le liquide qui se trouve dans le circuit de seconde utilisation est alors refoulé vers la bâche. Si le tiroir se déplace à gauche, le second orifice 14 d'utilisation est alimenté par le liquide provenant du second orifice 12' d'alimentation et le premier orifice 13 d'utilisation est mis en communication avec l'orifice 15 de retour à la bâche par le premier évidement 16. La pompe hydraulique fournit une pression constante aux orifices 12 et 12' d'alimentation. Mais, comme il est parfois nécessaire de limiter la pression ou le débit dans l'organe hydraulique commandé, on démasque l'orifice d'alimentation utilisé en proportion de la pression ou du débit voulu, grâce à un déplacement correspondant du tiroir dans le sens souhaité. Ce déplacement du tiroir doit être limité et contrôlé. Dans le mode de réalisation choisi, le déplacement maximum que l'on veut imposer au tiroir est de l'ordre de 1 mm de part et d'autre de sa position de repos. A tout instant la course du tiroir est fonction de l'angle parcouru par l'arbre 3 du moteur 2 et du rayon d'excentration du levier 6a, c'est-à-dire la distance qui sépare l'axe 3a de l'arbre du moteur du point de liaison de l'excentrique avec le tiroir 8 (figure 2). Dans le mode de réalisation choisi, le débattement angulaire maximum imposé à l'arbre du moteur est de 40 , par exemple, de part et d'autre de la position de l'arbre correspondant à la position de repos du tiroir. Pour obtenir le déplacement du tiroir de 1 mm avec un tel angle, il faut que le rayon d'excentration du levier soit de 1,5 mm. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la position du tiroir est détectée en mesurant l'angle parcouru par l'arbre 3 du moteur. En effet, il est plus aisé de mesurer un débattement angulaire de 400 qu'un déplacement de 1 mm. Pour cette rnesure, on prévoit un capteur 4 qui fournit le signal de mesure à une entrée 18 du bloc de commande I. Ce signal de mesure est comparé à un signal de consigne K et le signal d'erreur obtenu apparaît sur la sortie 19 pour commander le moteur 2. Si l'angle de rotation correspond à l'angle souhaité, l'alimentation du moteur est interrompue et le tiroir 8 assure alors une distribution correcte du liquide hydraulique. Le capteur 4 est par exemple un potentiomètre à piste dont le curseur est fixé à l'arbre du moteur. Le potentiomètre peut être également sans frotteur, soit à effet Hall, soit à variatioh magnétique de résistance. De préférence, le bloc de commande est composé de circuits semiconducteurs qui permettent d'assurer une alimentation convenable en puissance du moteur. Le positionnement du tiroir est assuré grâce à un circuit d'asservissement de position dont la figure 4 montre une réalisation. Un amplificateur opérationnel 21, monté par exemple en sommateur, fournit la tension de commande Vc du moteur en 19. Une première résistance 22 de valeur R22 est connectée entre l'entrée (+) positive de l'amplificateur 21 et la masse ; une seconde résistance 23 de valeur R23 est connectée entre le curseur du potentiomètre 20 servant à établir la consigne et l'entrée (-) négative de l'amplificateur ; une troisième résistance 24 de valeur R24 est connectée entre la sortie de l'amplificateur 21, c'est-à-dire au point d'alimentation du moteur, et l'entrée (-) négative de cet amplificateur 21 ; une quatrième résistance 25 de valeur R25 est connectée entre le curseur du potentiomètre 4 utilisé en capteur de position angulaire et l'entrée (-) négative de l'amplificateur. La première résistance 22 a pour valeur la résistance équivalente aux trois autres résistances 23, 24, 25 du montage, mises en parallèle. Un potentiel K de consigne apparaît au curseur d'un poten tiornètre 20 à la demande de l'utilisateur. Un potentiel V4 différent, pour chaque position angulaire de l'arbre 3 du moteur 2, apparaît sur le curseur du potentiomètre 4 capteur. La tension de cornmande Vc est alors donnée, dans un tel rnontage, par la relation Vc=-R24 [K + V4] En prenant R23 = R25 = R, alors Vc =~R24 [K+V4j La tension de commande Vc s'annule et le moteur s'arrête pour une valeur du potentiel V4 sur le curseur du potentiomètre 4 capteur égale et de signe opposé à la valeur du potentiel de consigne sur le curseur de l'autre potentiomètre 20. Donc, à chaque valeur de consigne correspond un angle de rotation particulier de l'arbre 2 du moteur ; ainsi, il est possible de limiter. le débattement angulaire de l'arbre entre les deux valeurs extrêmes souhaitées, dans l'exemple + 40 par le choix du potentiomètre 4 capteur. Celui-ci a donc un rôle de butée électrique. Ainsi, le moteur n'est alimenté que lorsqu'il est nécessaire de fournir des efforts sur le tiroir. Dans un mode de réalisation de l'invention, en plus de cette limitation du débattement angulaire du moteur à 40 , par le choix possible de la consigne K électrique et du capteur 4, on prévoit deux butées mécaniques 5 (figures 1 et 2) qui permettent une limitation du débattement à 45" en cas de panne du circuit de commande. En effet, la partie mobile moteur/tiroir possède une inertie importante et le rôle des butées mécaniques est d'empêcher tout dépassement excessif de la position maximum normale, qui serait dû à une telle panne.Si les butées étaient positionnées à 400, ctest-à-dire au point limite que l'on veut atteindre dans les conditions usuelles, elles devraient absorber toute l'énergie cinétique de l'ensemble mobile moteur/tiroir et devraient être de volume important et de réalisation complexe. Leur positionnement à 450 entraîne qu'elles n'ont à absorber, en cas de dépassement, qu'une énergie cinétique résiduelle car le bloc de commande ne fournit plus d'énergie à cet équipage mobile avant qu'il ne parvienne sur la butée mécanique. La lumière 9, qui permet le passage de l'extrémité d'arbre 3 et de l'excentrique 6, 6a pour entraîner le tiroir 8, est, dans une réalisation, dans un endroit où les contraintes dues aux pressions dans les orifices sont les plus faibles que l'on puisse rencontrer. Dans l'exemple, cette lumière est pratiquée à proximité du circuit de retour bache 15 dans lequel règne une pression d'environ 10 bars alors que la pression dans les orifices d'alimentation est supérieure à 100 bars. Ainsi, I'ensemble de la servo-valve conserve une excellente rigidité. L'encombrement de l'ensemble servo-valve moteur est, dans un exemple, de 45 x 115 x 66 mm. REVENDICATIONS 1. Servo-valve caractérisée en ce qu'elle comprend un moteur (2) électrique rotatif de type usuel, en particulier un moteur à courant continu, pour engendrer un mouvement de translation longitudinale du tiroir (8) de distribution hydraulique. 2. Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à l'extrémité de l'arbre (3) du moteur est monté un excentrique (6,6a) pour transformer le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de translation du tiroir (s), cet excentrique coopérant avec une cavité (7) de la périphérie du tiroir (8). 3. Servo-valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que le passage de l'extrémité d'arbre (3) et de l'excentrique (6,6a) vers le tiroir (8) s'effectue dans une lumière (9) de la chemise (11) de distribution, perpendiculairement à l'axe (8a) de translation du tiroir. 4. Servo-valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que la lumière (9) est à proximité du circuit de retour bâche. 5. Servo-valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'amplitude du déplacement du tiroir (8) est présélectionnée grâce à un circuit d'asservissement de position et en ce que la position du tiroir est détectée grâce à un capteur (4) de mesure du déplacement angulaire de Marbre (3) du moteur. 6. Servo-valve selon la revendication 5, caractérisée en ce que le capteur (4) est un potentiomètre dont le curseur est fixé -sur l'arbre (3) du moteur. 7. Servo-valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que'le bloc de commande (1) électrique du moteur est agencé de manière -à ce que le débattement angulaire de l'arbre du moteur puisse être limité. 8. Servo-valve selon la revendication 7, caractérisée en ce que des butées (5) mécaniques empêchent tout dépassement excessif de la valeur de la position limite de l'arbre imposée par la consigne (K) électrique appliquée sur le bloc de commande, notamment en cas de panne du circuit de commande. 9. Servo-valve selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la commande du moteur est telle que de l'énergie n'est fournie que pour déplacer le tiroir.