Brevet FR2633694A1 — publié le 19900105

Vanne rotative à commande électrique. L'invention concerne les vannes à commande élec- trique, dites souvent électrovannes, du type comprenant un bottier muni de passages d'entrée et de sortie et un équipage mobile entre une première position o il met en communication les passages et une seconde position o il sépare les passages, équipage sollicité vers une des positions par un ressort de rappel et amené dans l'autre position par des moyens de création de champ magnétique lorsque ces derniers sont alimentés. L'invention trouve une application particulière- ment importante, bien que non exclusive, dans les sys- tèmes d'alimentation de moteur à combustion interne à injection ou à carburation. Les systèmes d'alimentation du moteur de véhicules munis d'accessoires à alimenta- tion électrique, tels que climatiseur, direction assistée, éclairage de forte puissance, etc... doivent souvent comporter un canal d'amenée d'air en dérivation sur le papillon actionné par le conducteur. Ce canal est muni d'une vanne commandée par un circuit sensible à la vitesse du moteur. Lorsque ce dernier est au ralenti, le circuit commande la vanne pour admettre un débit d'air suffisant pour empécher la vitesse de descendre en dessous d'une valeur déterminée en cas de surcharge du moteur, due par exemple à la mise en action d'un accessoire. L'augmentation du débit d'air entraîne à son tour celle du débit de combustible. Certaines des vannes à commande électrique utilisées pour ces applications comportent un équipage déplaçable en translation. Mais dans beaucoup de cas, l'obtention de la précision de réglage requise exige d'utiliser une vanne à équipage rotatif. Les électro- vannes à équipage rotatif comportent, à l'heure actuel- le, des bobinages complexes, de constitution comparable à celle des enroulements de moteur électrique, et d'encombrement élevé. Celles de ces vannes o le bobinage est porté par l'équipage mobile nécessitent de plus des contacts glissants relativement fragiles. La présente invention vise à fournir une vanne à commande électrique répondant mieux que celles antérieu- rement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce que son encombrement est faible, en ce que les moyens permettant de créer le couple de commande élec- trique sont de cot faible et ne présentent qu'un encom- brement réduit et en ce que l'équipage rotatif a une inertie compatible avec les applications usuelles. Dans ce but l'invention propose une vanne du type ci-dessus défini, caractérisée en ce que les moyens de création du champ magnétique de commande comprennent une bobine fixe de création d'un champ magnétique axial associé à un circuit magnétique ayant un stator tubu- laire entourant la bobine et un rotor appartenant à l'équipage rotatif, le stator et le rotor comportant des dents coopérantes dont la découpe est telle que le circuit magnétique présente une réluctance minimale dans ladite autre position. Le stator peut notamment être constitué par un tube ayant au moins une dent délimitée dans le sens cir- conférentiel par deux arêtes de profondeur différente, deux arêtes successives dans le sens circonférentiel, de profondeur différente, étant reliées par une partie oblique; la dent ou chaque dent du rotor est découpée de façon à venir s'appuyer sur toute la hauteur de l'arête associée & la dent et sur une fraction de la partie oblique lorsque l'équipage est dans ladite autre position. Dans la pratique, le stator comporte en général deux dents et le rotor est alors constitué d'un étrier comportant également deux dents. Pour éviter les risques de collage dû à l'aimantation résiduelle du circuit magnétique, une couche mince de matériau conducteur non ferro-magnétique est avantageusement prévue sur l'une des dents fixes et mobiles de façon à constituer un entrefer sur le circuit magnétique lorsque l'équipage est dans ladite autre position. Le débit moyen de passage A travers l'électro- vanne suivant l'invention sera en général commandé en appliquant à la bobine des impulsions électriques de rapport cyclique variable, A fréquence fixe ou variable. Lorsque l'électrovanne est utilisée dans un système d'alimentation de moteur à combustion interne, on donne généralement au moment d'inertie de l'équipage rotatif une valeur suffisante pour que l'équipage mobile prenne une position moyenne d'équilibre qui est fonction du rapport cyclique des impulsions de courant (A l'intensi- té constante de ces impulsions) même pour une fréquence faible, en général comprise entre 50 et 100 Hz. On peut ainsi commander la position de l'électrovanne, donc le - débit qui la traverse, par modulation de largeur des impulsions appliquées aux moyens de création de champ magnétique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réali- sation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 montre une électrovanne suivant l'invention, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2; - la figure 2 est une vue d'avant de l'électro- vanne, suivant la direction de la flèche II sur la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique en pers- pective montrant les composants essentiels du circuit ferromagnétique de 1'électrovanne des figures 1 et 2; - la figure 4 est un schéma développé montrant la forme des dents du stator. L'électrovanne montrée schématiquement en figu- res 1 et 2 comporte un boitier 10 en plusieurs pièces assemblées, par exemple en alliage à base d'aluminium. Ce boitier porte un élément de butée 12 sur lequel s'appuie et tourne un équipage rotatif 14 qui peut être considéré comme constitué d'une partie motrice appar- tenant au circuit magnétique des moyens de création de champ et d'une partie de commande de débit de fluide. Le boitier peut être regardé comme comportant une partie arrière contenant la partie motrice de l'équipage rotatif 14 et une partie avant 17 délimitant une chambre logeant la partie de commande. La partie avant est percée de passages d'entrée et de sortie 15a et 15 b. La partie arrière du bottier se compose d'une chemise 26 et d'un fond 16 traversé par des fils isolés 18 d'alimentation d'une bobine 20 de type solénoïde portée par un mandrin 22 en matière plastique. Entre la bobine 20 et une chemise latérale 26, appartenant au bottier 10 et fixée au fond par des vis, est interposé un stator tubulaire 28 en matériau ferromagnétique retenu en rotation par rapport au bottier. Ce stator tubulaire 28 prend appui à l'arrière sur le fond 16. A l'avant il présente une découpe particulière destinée à former des dents en saillie axiale vers l'avant par rapport au mandrin 22 de la bobine 20. A l'intérieur du mandrin 22 est placée une pièce en matériau ferro- magnétique 29 de fermeture du flux. Dans le mode de réalisation représenté, mieux visible sur les figures 3 et 4, on voit que le,stator tubulaire 28 présente deux dents. Chaque dent 30 peut être regardée comme limitée par une arête avant 32, une arête circonférentielle 34 située nettement au delà du mandrin 22, un pan oblique 36 qui croise le niveau de la face terminale du mandrin et une arête arrière 38 qui se prolonge axialement vers l'intérieur de la bobine au delà de l'arête avant 32. Deux dents successives 34 sont raccordées par une arête circonférentielle 40 partant d'une arête arrière 38, suivie d'un redan et d'une } partie oblique 42 rejoignant l'arête avant. Cette disposition donne aux lignes de force du champ magnétique oréé par la bobine 20 une forme différente de celle qu'elles auraient normalement. Le champ créé par un solénoïde a normalement des lignes de force dont chacune est entièrement contenue dans un plan passant par l'axe de la bobine. Du fait de la présence des dents 30 et de leur coopération avec des dents 44 portées par l'équipage rotatif et dont il sera fait men- tion plus loin, les lignes de force prennent, à l'inté- rieur des dents, une inclinaison qui leur fait traverser les arêtes avant 32, notamment lorsque les dents 44 de l'équipage rotatif sont contre les arêtes avant 32. Pour éviter que les dents ne restent collées les unes aux autres dans cette position, une couche mince 46 de. matériau non ferro-magnétique est avantageusement prévue sur les arêtes avant 32; cet entrefer peut également être réalisé par un dispositif de butée. La partie motrice de l'équipage rotatif 14 com- porte un noyau 48 en matériau ferro-magnétique sur lequel est emmanchée une tige 50 appartenant aux moyens de commande du débit, qui s'appuie sur la butée 12. Le noyau 48 tourne sur une bille 52 en matériau isolant en appui contre la pièce 29 sur laquelle elle est appliquée par la butée 12. Au noyau est fixé un rotor 54 en forme d'étrier, terminé par les deux dents 44 coopérant avec les dents 30 du stator. Les dents 44 ont une forme telle que la réluotance du circuit magnétique soit minimale lorsqu'elles sont appliquées contre les arêtes avant des dents 30 (comme indiqué en tirets sur la figure 4) et maximale lorsqu'elles sont au voisinage des arêtes arrières 38. Un ressort de rappel doit dans ce cas être prévu pour écarter les dents de la position montrée en figure 4 et les amener vers la position o elles sont montrées en traits pleins sur la figure 2. Dans le mode de réali- sation représenté, ce ressort de rappel 56 constitue également obturateur, la partie avant de l'équipage rotatif 14 ayant une constitution similaire à celle décrite et revendiquée dans la demande de brevet FR 88 01577 de la demanderesse. Le ressort 56 est constitué par une lame enroulée en spirale, dont l'extrémité externe est fixée au boîtier par une tige 58 et dont l'extrémité interne est engagée dans une fente de la tige 50 appartenant à l'équipage rotatif. Dans le cas illustré, le ressort de rappel 56 a une forme au repos telle qu'il tend à venir s'appliquer contre l'ouverture 15b, en entraînant l'équipage rotatif vers la position montrée en traits pleins en figure 2, opposée à celle de la figure 4. Lorsque la bobine 20 est alimentée en permanence, elle amène au contraire l'équi- - page rotatif dans la position montrée en figure 4, le ressort 56 prenant alors la position montrée en traits mixtes sur la figure 2 et libérant une section maximum de passage. On voit qu'une telle vanne est fermée au repos. Lorsqu'elle est alimentée par des créneaux de courant, ayant typiquement une fréquence de 50 à 100 Hz et un rapport cyclique de 20 A 80 %, l'équipage mobile prend une position d'équilibre moyenne intermédiaire, fonction du rapport cyclique et permettant de régler le débit traversant l'électrovanne. L'invention ne se limite pas au mode particulier db réalisation qui a été représenté et décrit & titre d'exemple. Elle est au contraire susceptible de nombreu- ses variantes de réalisation portant aussi bien sur les moyens de commande de section de passage de fuite que sur la constitution et le nombre de dents du circuit magnétique. REVENDICATIONS 1. Vanne à commande électrique comprenant un boîtier (10) muni de passages d'entrée et de sortie (15a et 15b) et un équipage (14) rotatif entre une première position o il met en communication les passages et une. seconde position o il sépare les passages, équipage sollicité vers une des positions par un ressort de rap- pel (56) et amené dans l'autre position par des moyens de création de champ magnétique lorsque ces derniers *10 sont alimentés, caractérisée en ce que les moyens de création du champ magnétique de commande comprennent une bobine fixe (20) de création d'un champ magnétique axial associée à un circuit magnétique ayant un stator (28) tubulaire entourant la bobine (20) et un rotor (54) appartenant & l'équipage rotatif, le stator et le rotor comportant des dents (30,44) ooopérantes dont la découpe est telle que le circuit magnétique présente une réluctance minimale dans ladite autre position. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le stator (28) est constitué par un tube ayant au moins une dent dirigée longitudinalement, délimitée dans le sens circonférentiel par deux arêtes (32,38-) de profondeur différente, deux arêtes successives dans le sens circonférentiel étant reliées par une partie oblique (42). 3. Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que la dent ou chaque dent (44) du rotor est découpée de façon à venir s'appuyer sur toute la hauteur de l'arête associée (32) de la dent ou de chaque dent du stator et sur une fraction de la partie oblique (42) lorsque l'équipage est dans ladite autre position. 4. Vanne selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le stator comporte deux dents et en ce que le rotor (54) est alors constitué d'un étrier comportant également deux dents. 5. Vanne selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'une couche mince (46) de matériau non ferro-magnétique est prévue sur l'une des dents fixes et mobiles pour constituer un entrefer lorsque l'équipage est dans ladite autre position. 6. Vanne selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que l'équipage rotatif présente un moment d'inertie telle qu'il prend une position moyenne d'équilibre lorsque la bobine (20) est alimentée par des impulsions de courant ayant un rapport cyclique variable, à une fréquence comprise entre 50 et 100 Hz. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le ressort de rappel (56) est constitué par un ressort en spirale fixé à l'équipage rotatif et au bottier, placé de façon à s'appliquer contre au moins un des passages (15b) et a le fermer dans l'une des deux positions extrêmes de l'équipage rotatif.