Brevet FR2573503A1 — publié le 19860523

SERVO-VALVE PERFECTIONNEE DU TYPE COMPRENANT UN MOTEUR COUPLE DE COMMANDE L'invention concerne une servo-valve perfectionnée du type comprenant un moteur couple alimenté par un courant électrique de commande en vue d'ajuster le débit hydraulique de sortie de ladite servo-valve. Ce type de servo-valve est bien connu de l'homme du métier et comprend, de façon traditionnelle, un tiroir de distribution dont la position est asservie à un potentiomètre hydraulique commandé par le moteur couple ; l'on pourra par exemple se reporter aux brevets US n" 3.023.782 et n" 3.228.423 pour plus de détails sur la structure de ces servo-valves. Celles-ci sont caractérisées par la loi de variation du débit hydraulique de sortie en fonction du courant électrique de commande ; dans les servo-valves connues, cette loi est généralement décalée par rapport à l'origine des axes, de sorte qu'un débit de dérive subsiste après annulation du courant de commande.Ce défaut est gênant dans la plupart des applications, en particulier dans le cas des servo-valves utilisées dans les systèmes de pointage d'arme, où il peut conduire à des erreurs de pointage. Deux solutions sont actuellement disponibles pour supprimer ce défaut et obtenir un recentrage de la loi de la servo-valve. Une solution électrique consiste à décentrer d'une valeur égale et opposée le courant électrique de commande par un réglage approprié de l'amplificateur électrique qui délivre ce courant. Toutefois, lorsque la servo-valve n'est plus alimentée électriquement, par exemple en fonctionnement en mode dégradé, le défaut subsiste. En outre, au cours des transitoires de commande (mise sous tension, coupure), la servo-valve peut générer des débits non contrôlés qui se traduisent par des décalages de la visée dans les systèmes de pointage. Une solution mécanique consiste, dans les servo-valves à rappel mécanique, à déplacer par un organe mé- canique la position d'équilibre fournie par les moyens de rappel ; toutefois les déplacements nécessaires sont de l'ordre de quelques microns et sont difficiles à exécuter de façon pré- cise au moyen d'un organe mécanique nécessairement rustique (puisqu'il est généralement appelé à être actionné au moyen d'un tournevis). Par ailleurs, cette solution est incompatible avec la structure mécanique de certains types de servo-valves qui possèdent des montages à emmanchement en force.Dans le cas des servo-valves non dotées d'un rappel mécanique, le recentrage peut être effectué en modifiant la tension des ressorts du tiroir de distribution, mais cette intervention très délicate doit être effectuée en laboratoire sous peine de modifications intempestives de la loi de débit de la servo-valve. Par ailleurs, ces servo-valves traditionnelles font généralement l'objet d'un réglage initial de leur gain sur un banc d'essai spécifique qui permet d'ajuster le flux magnétique initial fourni par l'armature fixe, au moyen d'un bobinage extérieur alimenté par un courant haute fréquence : l'armature fixe peut ainsi être partiellement démagnétisée jusqu'à l'obtention du gain désiré. Ces opérations sont d'exécution extrêmement délicate et nécessitent un personnel hautement qualifié et un matériel très sophistiqué. La présente invention vise des perfectionnements aux servo-valves du type ci-dessus évoqué. Un objectif de l'invention est en particulier d'autoriser un recentrage de la loi de débit de la servovalve, sans conduire aux défauts précités des solutions connues. Un autre objectif est de doter la servovalve d'une commande auxiliaire susceptible d'autoriser une commande du débit hydraulique de sortie en cas de non fonctionnement de la commande normale assurée par le courant d'alimentation du moteur couple. Un autre objectif de l'invention est de permettre un réglage du gain de la servo-valve, en vue soit de remédier à une dérive du flux magnétique au cours du temps (vieillissement des ferrites), soit d'autoriser un ajustement initial précis du gain de la servo-valve. Par le terme "servo-valve", on entend de façon générale tout dispositif de distribution hydraulique dans lequel le débit hydraulique de sortie est asservi à un courant de commande (le terme servo-distributeur" est parfois utilisé pour désigner des dispositifs de ce type). La servo-valve perfectionnée, visée par l'invention, est du type comprenant un moteur couple composé d'une armature magnétique produisant un champ magnétique permanent dans deux entrefers, d'une armature mobile, de forme allongée, maintenue en position d'équilibre le long d'un axe s'étendant entre lesdits entrefers en vue d'asservir la position d'un tiroir de distribution hydraulique, et d'au moins un bobinage agencé autour de l'armature mobile et associé à des moyens d'alimentation électrique en vue d'engendrer un champ magnétique dans ladite armature sous 11 action d'un courant de commande ; selon la présente invention, la servo-valve est équipée de moyens magnétiques auxiliaires, associés à son moteur couple et adaptés pour engendrer un champ magnétique indépendant réglable, soit dans l'armature mobile, ce champ se superposant au champ variable créé par les bobinages, soit dans l'armature fixe, ce champ se superposant au champ constant produit par ladite armature fixe au niveau de l'entrefer, en vue de permettre de modifier la loi débit hydraulique/courant de commande, caractéristique de la servo-valve. Les moyens magnétiques auxiliaires cidessus évoqués peuvent être adaptés pour engendrer dans l'armature mobile un champ magnétique permanent préréglable, de valeur faible par rapport au champ créé par les bobinages ; ce champ permanent engendre un- faible déplacement de la loi de débit par rapport aux axes et un préréglage approprié permet d'amener celle-ci à passer par l'origine de façon à réaliser un recentrage de ladite loi. Dans une autre forme de réalisation, les moyens magnétiques auxiliaires peuvent être adaptés pour engendrer dans l'armature mobile un champ magnétique variable, de valeur comparable au champ créé par les bobinages ; ils réalisent alors une commande auxiliaire de la servo-valve, indépendante de la commande normale (assurée par le courant d'alimentation des bobinages du moteur couple). Cette-sécurité est particulièrement intéressante dans les systèmes aéronautiques de servo-commande, utilisés par exemple pour la commande de gouvernes. En cas de fonctionnement déficient de la commande normale, les moyens auxiliaires permettent d'engendrer un débit de sortie et, donc, un fonctionnement provisoire de la servo-valve. Dans une troisième forme de réalisation, les moyens magnétiques auxiliaires peuvent être adaptés pour engendrer dans l'armature fixe un champ magnétique préréglable, de valeur inférieure au champ constant créé par 11 armature fixe, en vue de permettre un réglage du gain de la servo-valve. Ce champ préréglable peut être engendré, soit par dérivation d'une partie du champ constant créé par l'armature fixe, soit par superposition d'un champ magnétique extérieur. Dans les deux cas, on obtient une faculté de réglage simple du gain de la servo-valve, qui peut être mis en oeuvre par un personnel non qualifié. Bien entendu, la servo-valve peut combiner, à la fois, des moyens magnétiques auxiliaires du premier type ci-dessus évoqué en vue du recentrage par un préréglage, des moyens magnétiques auxiliaires du deuxième type en vue de permettre une commande de secours et des moyens magnétiques du troisième type en vue d'autoriser un réglage du gain. Par ailleurs, selon un mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens magnétiques auxiliaires compren nent un barreau aimanté, disposé au voisinage de l'armature magnétique fixe du moteur couple et des moyens de réglage de la position dudit barreau, adaptés pour permettre de faire varier la composante du champ produit par celui-ci, soit le long de l'axe de l'armature mobile, soit dans l'armature fixe. On conçoit la simplicité de tels moyens qui n'augmentent pas de façon sensible le coût de la servovalve et peuvent être facilement montés sur cette dernière, soit lors de sa fabrication, soit postérieurement par l'utilisauteur Dans le cas où l'objectif visé est de recentrer la loi de débit ou de régler le gain à une valeur désirée, la position du barreau aimanté est préréglée par tâtonnements successifs jusqu'à obtenir une loi passant par l'ori- gine ou un gain de valeur desirée ; le barreau demeurant ensuite dans cette position pendant toute la vie de la servovalve (avec faculté d'un nouveau réglage si cela s'avérait né cessaire pour quelque raison que ce soit). Dans le cas d'une entrée auxiliaire de secours, les mayens de réglage de l'orientation du barreau sont dotés d'un organe mécanique tel que levier ou autre, accessible de façon à permettre de déplacer le barreau à la demande. Selon un autre mode de réalisation, moins simple mais qui peut être choisi dans certaines applications, les moyens magnétiques auxiliaires sont constitués par un ou plusieurs bobinages auxiliaires, associés à des moyens d'alimentation électrique aptes à assurer une alimentation électrique indépendante du ou desdits bobinages auxiliaires. La description qui suit, en référence aux dessins annexés, présente à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention ; sur ces dessins - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale par un plan A d'une servo-valve perfectionnée conforme à l'invention, - la figure 2 en est une vue de détail en perspective, - les figures 3, 4 et 5 sont des diagrammes illustrant l'allure des courbes de variation du débit hydraulique en fonction du courant de commande de ladite servo-valve, - la figure 6 est une vue de détail d'une autre forme de réalisation, - la figure 7 est un diagramme illustrant le réglage de gain. La servo-valve représentée à titre d'exemple aux figures 1 et 2 comprend, de façon classique, un moteur couple 1, un équipage mobile 2, un potentiomètre hydraulique 3 et un tiroir de distribution 4. Le moteur couple 1 est essentiellement constitué par une armature magnétique fixe composée de deux pièces polaires en forme de U telles que 6 qui forment deux entrefers, et de deux aimants permanents tels que 7 (figure 2) réunissant ces pièces polaires pour créer un circuit magnétique, une armature mobile 8 qui s'étend dans l'armature fixe avec des portions extrêmes situées dans les entrefers, deux bobinages tels que 9 logés dans l'armature fixe autour de l'armature mobile 8. L'armature mobile est montée dans l'armature fixe à l'aide d'un tube ressort 10 qui lui permet de pivoter sous l'action des forces magnétiques (autour d'un axe orthogonal au plan de coupe de la figure 1). L'équipage mobile 2 logé dans ce tube ressort comprend une tige ressort 11 dont l'extrémité est asservie au tiroir de distribution 4, et des palettes 12 de commande du potentiomètre hydraulique 3. La position de l'équipage mobile est le résultat d'un équilibre entre les forces magnétiques s'exerçant sur l'armature mobile 8 et les forces de rappel développées par le tube ressort 10 et la tige ressort 11. A chaque valeur du courant de commande alimentant les bobinages 9, correspond une position d'équilibre dudit équipage mobile et une position du tiroir de distribution 4 (qui est asservi au potentiomètre hydraulique 3). La La structure de la servo-valve et son fonc- tionnement ci-dessus rappelés sont bien connus de l'homme du métier et ne feront pas l'objet de plus de précision. Le moteur couple 1 est généralement protégé par un capot 13 fixé par vis sur le corps 14 de la servovalve et portant sur un côté un connecteur pour le branchement électrique (non représenté). Selon la présente invention, un support intermédiaire 15 constitué par un capot interne est fixé sur le corps 14 à l'intérieur du capot 13, de façon à passer au voisinage de la pièce polaire supérieure 6 du moteur couple. Ce support 15 est percé d'une lumière centrale traversée par une pièce de maintien 16. En l'exemple, ladite pièce est formée par deux disques 16a et 16b en matière synthétique qui sont disposés de part et d'autre de la paroi du support 15 et sont réunis entre eux par vis ou rivets, de façon à pincer ladite paroi. Le disque supérieur 16a porte une empreinte qui permet de le faire tourner au moyen d'un tournevis ; le pincement du support 15 entre les deux disques est ajusté de façon à permettre de faire tourner la pièce 16 avec un effort modéré, sans risque, ensuite de pivotement intempestif. Le disque inférieur 16b porte un petit barreau de ferrite 17 noyé dans celui-ci. Lors de la rotation de la pièce 16, ce barreau pivote au voisinage de la pièce polaire 6 du moteur couple dans un plan parallèle à l'axe de l'armature mobile 8 (et orthogonal au plan de coupe de la figure 1). La composante du champ magnétique produit par le barreau 17 le long de l'axe de l'armature mobile 8 est nulle lorsque le barreau est orthogonal à cet axe. Cette composante croît lorsque le barreau 17 pivote de 909 à partir de cette position. Le barreau de ferrite 17 est choisi pour produire un champ maximum dans l'armature mobile, très inférieur au champ maximum que peuvent produire les bobinages 9, mais suffisant pour déplacer la loi de débit de la servo-valve d'une valeur supérieure à son décalage par rapport à l'origine. Une position angulaire du barreau 17 peut ainsi être trouvée par des essais successifs pour recaler de façon précise la loi de variation du débit de la servo-valve (figure 2). La figure 3 représente l'allure bien connue de la courbe représentative de cette loi de variation. La figure 4 représente à échelle dilatée (environ 10 fois), en traits pleins, la partie de cette courbe située au voisinage de ltorigine. On a représenté en traits discontinus sur cette figure la courbe de la même servo-valve, non équipée des moyens de l'invention (en fait, pour l'enregis- trement de cette dernière courbe, le barreau aimanté 17 a été disposé dans sa position orthogonale à l'armature -mobile de façon à annuler son influence). On constate que le réglage approprié de l'orientation du barreau aimanté a permis de recentrer de façon précise la courbe et de supprimer le débit de dérive dr qui pouvait apparaître dans la servo-valve traditionnelle. I1 est à remarquer que les phénomènes d'hystérésis ne sont pas modifiés par les moyens de l'invention. Dans certaines servo-valves, les phénomènes d'hystérésis sont réduits en superposant un signal électrique micro-vibré au signal de commande. La figure 5 illustre, dans le cas d'une telle commande vibrée, respectivement entraits pleins et en traits discontinus, les courbes de débit de la servo-valve conforme à l'invention et de la même servovalve sans les moyens de 11 invention. On constate qu'un recentrage de la servo-valve a permis, là encore, de réduire le débit de dérive à une valeur négligeable. On conçoit l'intérêt de l'invention qui, par des moyens très simples, permet à tout utilisateur de recentrer sans risque la loi de variation du débit d'une servovalve. Par ailleurs, dans une autre forme de réalisation partiellement schématisée à la figure 6, le moteur couple de la servo-valve est associé à des moyens magnétiques auxiliaires 18 similaires aux moyens 16, 17 précédents, mais positionnés au voisinage d'un des deux entrefers de l'armature fixe ; ces moyens comprennent, comme précédemment, un barreau aimanté 18a qui peut tourner dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'armature mobile. t Ce barreau produit un champ nul dans l'armature mobile et un champ dans l'armature fixe, qui est fonction de son orientation : ce champ est nul lorsque le barreau est perpendiculaire au champ constant produit dans l'entrefer par ladite armature fixe et croît ensuite par rotation du barreau autour de cette position, vers une valeur maximum lorsque le barreau est parallèle au champ constant de l'entrefer. (Cette valeur maximum est inférieure à celle de ce champ constant). Il est à noter que le barreau en ferrite 18a agit dans ce cas sur le gain de la servo-valve par superposition d'un champ préréglable au champ de l'armature fixe. Ce barreau peut également être en fer doux et, dans ce cas, il agit sur le gain en dérivant une fraction du champ constant produit dans l'entrefer par l'armature fixe, la fraction dérivée dépendant de l'orientation du barreau (maximum i le barreau est parallèle au champ de l'entrefer et nulle si ce par reau est perpendiculaire à ce champ). Le diagramme de la figure 7 présente en traits continus la courbe de débit/courant d'une telle servovalve et, en traits discontinus, la courbe d'une servo-valve dépourvue des moyens de l'invention. Le gain de la servo-valve conforme à l'invention a été réduit par rapport à cette dernière dans un rapport réglable fonction de l'orientation du barreau 18a. REVENDICATIONS 1/ - Servo-valve perfectionnée, du type comprenant un moteur couple (1) composé-d'une armature magnétique (6, 7) produisant un champ magnétique permanent dans deux entrefers, d'une armature mobile (8), de forme allongée, maintenue en position d'équilibre le long d'un axe s'étendant entre lesdits entrefers en vue d'asservir la position d'un tiroir de distribution hydraulique (4), et d'au moins un bobinage (9) agencé autour de l'armature mobile et associé à des moyens d'alimentation électrique en vue d'engendrer un champ magnétique dans ladite armature sous l'action d'un courant de commande, ladite servo-valve étant caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens magnétiques auxiliaires (16, 17) associés à son moteur couple (1) et adaptés pour engendrer un champ magnétique indépendant réglable, soit dans l'armature mobile (8), ce champ se superposant au champ variable créé par les bobinages (9), soit dans l'armature fixe (6, 7), ce champ se superposant au champ constant produit par ladite armature fixe au niveau de l'entrefer, en vue de permettre de modifier la loi débit hydraulique/courant de commande, caractéristique de la servo-valve. 2/ - Servo-valve selon la revendication 1, caractérîséeen ce que les moyens magnétiques auxiliaires comprennent un barreau aimanté (17) disposé au voisinage de l'armature magnétique fixe (6, 7) et des moyens (16) de réglage de la position dudit barreau, adaptés pour permettre de faire varier la composante du champ produit par celui-ci, soit le long de l'axe de l'armature mobile (8), soit dans l'armature fixe (6, 7). 3/ - Servo-valve selon la revendication 2, dans laquelle l'armature magnétique fixe comprend deux pièces polaires (6) en forme de U, caractérisée en ce que le barreau aimanté (17) est positionné au voisinage d'une des pièces polaires (6) de façon à pouvoir pivoter dans un plan parallèle à l'axe de l'armature mobile (8) autour d'une position de champ nul dans l'armature mobile, position dans laquelle ledit-bar- reau est orthogonal à ladite armature mobile. 4/ - Servo-valve selon la revendication 3, caracté-risée en ce que le barreau aimanté (17) est solidaire d'une pièce de maintien (16) montée pivotante par rapport à un support (15) fixe par rapport aux pièces polaires du moteur couple, ladite pièce de maintien possédant un moyen de réglage en rotation par rapport à son support. 5/ - Servo-valve selon la revendication 2, dans laquelle l'armature magnétique fixe comprend deux pièces polaires en forme de U, caractérisée en ce que le barreau aimanté est positionné dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'armature mobile au voisinage des deux pièces polaires de façon à pouvoir pivoter dans ce plan autour d'une position de champ nul dans l'armature fixe, position dans laquelle ledit barreau est perpendiculaire au champ constant produit dans l'entrefer par ladite armature fixe. 6/ - Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens magnétiques auxiliaires comprennent au moins un bobinage auxiliaire associé à des moyens d'alimentation électrique, aptes à assurer une alimentation électrique indépendante dudit bobinage. 7/ - Servo-valve perfectionnée selon l'une des revendications 1, 2, 3, A ou 6, caractérisée en ce que les moyens magnétiques auxiliaires sont adaptés pour engendrer dans l'armature mobile un champ magnétique permanent prérégla- ble, de valeur faible par rapport au champ créé par les bobinages en vue d'autoriser un recentrage de la loi débit/courant de ladite servo-valve. 8/ - Servo-valve perfectionnée selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 6, caractérisée en ce que les moyens magnétiques auxiliaires sont adaptés pour engendrer dans l'armature mobile un champ magnétique variable de valeur comparable au champ créé par les bobinages, en vue de constituer une commande auxiliaire de ladite servo-vave. 9/ - Servo-valve perfectionnée selon l'une des revendications 1, 2 5 ou 6, caractérisée en coque les moyens magnétiques auxiliaires sont adaptés pour engendrer dans l'armature fixe un champ magnétique préréglable, de valeur inférieure au champ constant créé par l'armature fixe, en vue de permettre un réglage du gain de la servo-valve.