Brevet FR2660981A1 — publié le 19911018

i 1 VANNE A DÉBIT VARIABLE CM ÉE ÉLE'CIR ENT La présente invention concerne, de façon générale, des vannes à débit variable coxemndiées électriquement. Lorsque l'on souhaite comandexr un débit d' éoulement d'un fluide, liquide ou gazeux, on utilise généraleent une vanne variable commandée, par exemple, de façon électrique Une telle vanne à débit variable est constituée d'un corps de vanne dont l'ouverture peut varier d'une valeur minimum, par exemple une valeur nulle corresporxlant à la fermeture de la vanne, à une valeur maximum corresporxant à l'ouverture complète de la vanne. Un dispositif électramagrntique, par exemple un éleatroaiiant ou un moteur électrique, oemmande le degré d'ouverture de la vanne. La présente invention concerne plus particulièrement des vannes à débit variable oemnandées électriquement, de concep- tion simple et peu onéreuse, pouvant être utilisées dans des appareils de grande série réalisés au moindre coût. La présente invention cacerne plus précisément un type particulier de vannes comprenant un tube en matériau élastique auquel est associé un mécanisme de cammande provoquant un niveau variable d'aplatissement élastique du tube afin de contrôler le débit d'écoulement du fluide à travers le tube Lorsque le tube est complètement aplati, il est obstrué et la vanne est en posi- tion fermée. Ce type de vanre permet de ccntrôler 1 ' écoulement d'un fluide de façon continue entre un débit nul et un débit maximum. Le nécanisme de omnuande doit permettre d'ajuster à une valeur choisie la position d'une pièce venant pinoer le tube Pour effectuer un tel ajustement de position, les moyens classiques utilisés jusqu'à ce jour se sont révélés relativement ccmplexes. On a pu, par exemple, envisager d'utiliser, un moteur électrique pas à pas ou un moteur électrique quelcorque associé à un détec- teur de position pour realiser un asservissement de position De tels dispositifs présentent l'inconvénient d'être complexes et d'un coût relativement élevé. Un objet de la présente invention est de prévoir une vanne à débit variable conmaarxée électriquement, d'une cxoeption plus simple que celle des vannes de ce type conmues actuellement, et d'un coût inférieur. La presente invention con Ierne plus particulièrement une vanne à débit variable commanalée électriquement oemprenant un carter, un tube en matériau élastique disposé dans le carter et dans lequel peut s'éoouler un fluide, et un nmcaniare de camdnaixe provoquant un pincemnt variable permettant le contrôle du débit d'écoulement du fluide dans le tube. Selon une caractéristique de l'invention, le mécanismae de commanale comprend: une pièce de ccmxande montée par une articulation dans le carter et oeinportant une zone d'appui pour effectuer le pincement du tube ainsi qu'un secteur denté centré sur l'axe d'articulation; un pignon monté en rotation dans le carter et formant avec le secteur denté un engrenage continuel- leaent en prise; un moteur électrique entraînant en rotation le pigrnn; et un dispositif d'alimentation fournissant au moteur un niveau variable d'énergie électrique en fcrction du débit sou- haité de l'éoeulement du fluide dans le tube. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la vanne camprend un ressort agissant continuement sur la pièce de cmnande pour la faire pivoter autour de son axe dans un premier sens de rotation provoquant le pirncement du tube et le moteur électrique agit sur la pièce de courende pour la faire pivoter dans le sens de rotation opposé provoquant une diminution du pincement du tube. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la liaison mécanique entre le moteur et la pièce de ccrmnaxe est réversible sous l'action du ressort. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moteur est un moteur à courant continu et le dispositif d'ali- mentation fournit un courant d'une première intensité constante pendant une durée variable en fonction du débit souhaité du fluide dans le tube, et fournit ensuite un courant d'une seconde intensité constante, plus faible que la première, provoquant le blocage du moteur dans la position occupée à la fin de la durée variable. Le fait d'utiliser un moteur électrique à courant continu pour provoquer à la fois le déplacement de la pièce de conunaxle servant au pinroement du tube et son maintien dans une position détermirne permet de constituer un dispositif particu- lièrement bon marché paroe que les composants utilisés sont en fahible iombre et peu sophistiqués. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en coupe d'une vanne à débit variable selon l'invention, en position de fermeture, la coupe étant prise selon la ligne A-A de la figure 2; la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 1; la figure 3 représente la mme vanne que celle de la figure 1 mais en position ouverte; la figure 4 est un schéma bloc du dispositif électro- nique de commande de la vanne selon l'invention; la figure 5 est un diagramme représentant la orrespon- dance entre le courant électrique de coexrlde de la vanne selon l'invention et le débit d'écoulement du fluide obtenu; et la figure 6 représente une courbe établissant la rela- tion entre le ourant d'alimentation du moteur électrique utilisé dans une vanne selon la présente invention et la vitesse de rota- ticn de ce moteur. En se reportant aux figures 1 et 2, qui représentent la même vanne à débit variable selon l'invention en position fermée, on distingue un carter 1 renfermant l'ensemble d'un mécanisme de commande qui sera détaillé par la suite Le carter 1 est traversé par un tube 2 en matériau élastique L'entrée et la sortie de la vanne sont constituées respectivement par les deux extremités du tube 2 La vanne est dite en position fernée paroe que le tube est complètaement aplati à l'intérieur du carter 1, interdisant de oe fait tout passage du fluide à l'intérieur du tube. Le mnécanisme de commande comprend tout d'abord une pieoe de crommande 3 montée sur une articulation 4 dans le carter 1 La pièoe de commande 3 peut pivoter autour de l'articulation 4 dans les limites du débattement possible dans le carter 1 La pièce de commande 3 comnporte une zone d'appui 5 destinée à venir provoquer le pincement ou l'aplatissement du tube 2 afin de réduire le débit d'écoulement Lorsque la pièce de camna 1 de 3 est déplacée dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (selon la représentation de la figure 1) jusqu'au naximum de son débat- tement, la zone d'appui 5 pince complètement le tube pour assurer sa fermeture Cette position de la pièce de counnr Mde 3 est celle représentée en figures 1 et 2. Dans la figure 3, la pièce de commanande 3 est déplacée dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à son débattement maximum, de sorte que la zone d'appui 5 ne pince pratiquement plus le tube 2, cette position correspcnant à l'ouverture complète de la vanne. La pièce de oommande 3 c Omporte un secteur denté 6 centré sur l'axe de l'articulation 4 Un moteur électrique à courant continu 7 est fixé rigidement sur la paroi extérieure du carter 1, de sorte que son axe sur lequel est monté un pigrnon 8 traverse cette paroi du carter 1, le pignon 8 étant disposé à l'intérieur du carter 1 La rotation du pignon moteur 8 entraîne, par des premier et second engrenages démultiplicateurs en série, la rotation de la pièce de commanxae 3 autour de l'articulation 4 Le premier engrenage est constitué par le pignon 8 en prise avec une roue dentée 9 et le second erngrenage est constitué par un pignrn 10 lié rigidement à la roue dentée 9 et en prise avec le secteur denté 6 de la pièce de commande 3 Si les rayons des pignons 8 et 10 sont relativement faibles et les rayons de la roue dentée 9 et du secteur denté 6 sont relativement grands, les premier et second engrenages ainsi constitués procurent une grande démultiplication. La pièce de eommande 3 comporte un point d'attache pour un ressort de traction 11 dont l'autre extrémité est fixée au carter 1 Le ressort 11 est disposé de façcon qu'il exerce sur la pièce de comxainde 3 un couple terndant à obturer complètement le tube 2 par pirnment Les premier et second engrenages sont réversibles, c'est-à-dire que, sous l'action du ressort 11 et en l'absence de toute alimentation électrique du moteur 7, la pièce de commande 3 sollicitée par le ressort 11 se met à tourner dans le sens contraire des aiguilles d'une montre jusqu'à venir en position fermée, comme cela est représenté dans les figures 1 et 2. Lorsque le moteur à courant continu 7 est alimenté, le pignon 8 tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, ce qui entraîne en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre la pièce de cxommande 3 En maintenant ainsi l'ali- mentation électrique du moteur 7, la pièce de comtnarde 3 tourne lentement, à une vitesse sensiblement constante, et cela jusqu'à venir en butée dans la position extréme correspoxdant à l'ouver- ture complète de la vanne, comme oela est représenté en figure 3. La vanne à débit variable comrmandée électriquement selon la présente invention n'est pas constituée uniquement par les pices mécaniques qui viennent d'être décrites mais comporte également un dispositif d'alinmentation particulier du moteur électrique à courant continu 7 qui va être décrit ci-après, en relation avec les diagrammes de la figure 5. En absence d'alimentation en courant électrique du moteur, on a vu précédemment que la vanne revenait toute seule en position de fermeture Afin de commander la vanne pour qu'elle provoque un débit détermirné d'écoulement du fluide, ce débit étant choisi entre zéro et le maximum possible, le dispositif d'alimentation envoie à un instant tl un courant électrique d'alimentation du moteur d'intensité Il et maintient ce courant Il constant pendant une durée détermirne Ta qui se termine à l'instant t 2 Pendant le laps de temps Ta, le moteur électrique à courant continu 7 tourne à sa vitesse nxninale quasiment cons- tante de façon à amener la pièoe de omamande 3 jusqu'à une posi- tion intermédiaire pour laquelle le tube 2 est partiealement pinc de façcon que l'éoulement du fluide dans le tube s'effectue selon le débit Da souhaité A l'instant t 2, le dispositif d'ali- mentation réduit brusquement l'intensité du courant électrique d'alimentation du moteur pour la ramner à une valeur Io et main- tient cette intensité Io pendant tout le temps durant lequel on souhaite maintenir le débit d'éoulement du fluide à la valeur constante Da. Si l'on souhaite ensuite, à un instant t 3, arrêter l'écoulement du fluide dans la vanne, il suffit de supprimer l'alimentation en ourant électrique du moteur, ce qui ramène la vanne en position fermée sous la seule action du ressort 11, oonne cela a été expliqué précédement Le fait de pouvoir main- tenir un débit constant Da, c'est-à-dire de pouvoir maintenir une position intermédiaire constante de la pièce de commande 3 en ranenant brusqueient l'intensité du courant d'alimentation du moteur à la valeur constante I O peut paraitre à première vue paradoxal parce qu'en général on envoie un courant d'alimentation dans un moteur électrique en vue de le faire tourner et non de le bloquer dans une position particulière Selon la présente invention, on utilise donc deux niveaux d'intensité, Il et IO, du courant d'alimentation du moteur, le premier niveau Il étant prévu pour faire tourner le moteur jusqu'à la position souhaitée d'ouverture de la vanne et le second niveau Io étant prévu pour maintenir immobile le moteur Ceci permet de simplifier au maximnum les cxomxposants mécaniques et électriques de la vanne selon l'invention, afin de constituer une vanne particulièrement simple et d'un coût de revient très bas. On se reportera maintenant à la figure 6 pour expliquer comment, selon l'invention, on peut maintenir une ouverture de vanne constante pendant une durée quelconque en appliquant au moteur électrique 7 une intensité de courant particulière Io On considère tout d'abord que le moteur 7 est arrêté Si on alimente en courant électrique le moteur selon une intensité I que l'on fait croître lentement, le moteur reste bloqué, à cause des frot- temaents de l'ensemble du mécanisme, jusqu'à ce que l'intensité du courant atteigne une valeur Ix, puis se met ensuite à tourner d'autant plus vite que l'intensité augmente jusqu'à atteindre la vitesse wl corresporxant à l'intensité Il (repère 21 de la figure 6) Si ensuite on réduit progressivement l'intensité d'alimenta- tion du moteur, le moteur ralentit progressivement jusqu'à se bloquer pour une intensité d'alimentation Iy, reste ainsi bloqué jusqu'à oe que l'intensité soit abaissée jusqu'à la valeur Iz, puis se met alors à tourner en sens inverse, sous l'action du ressort 11, jusqu'à ce que la pièce 3 vienne en butée Les inten- sités Ix et Iy sont comprises entre Io et Il et l'intensité Iz est comprise entre O et Io La plage d'intensité comprise entre Iz et Iy provoque dans tous les cas l'arrêt du moteur Cette plage résulte du fait que l'ensemble du mécanisme entraîné par le moteur électrique 7 offre un oertain niveau de frottement sensi- blement égal pour les deux sens de rotation du moteur L'inten- sité Io O est choisie de façon à se situer au milieu de oette plage, entre les intensités Iz et Iy, de façon que oette inten- sité Io O reste perpétuellement dans la plage de blocage du moteur mnme si les niveaux de frottement dans le mécanisme viennent à évoluer légèreent dans le termps Si le mécaniasme était exempt de tout frottement, il n'y aurait pas de discontinuité dans la courbe représentée en figure 6 qui s'étendrait selon une ligne sensiblement droite entre les points 20 et 21 exies de cette courbe Dans ce cas, la valeur Io de l'intensité pour laquelle le moteur ne tournerait ni dans un sens ni dans l'autre serait une valeur unique qui ne permettrait pas, en pratique d'être sûr que le moteur ne tourne pas Cependant, comme tout mécanisme du type egrenage procure un niveau de frottement que l'on peut déter- miner de façon relativement précise, il sera toujours possible, dans un mécanisme réel, de déterminer une valeur de l'intensité d'alimentation Io O pour laquelle le moteur se bloque quelle que soit la manoeuvre effectuée. Dans la figure 5, on a représenté deux actions sucoes- sives de omnarnde de la vanne, la première étant destine à provoquer l'ouverture de la vanne pour fournir un débit d'une première valeur choisie Da et la seconde un débit d'une seconde valeur choisie Db Pour ces deux commandes différentes d'ouver- ture de la vanne, le dispositif d'alimentation fournit pareil- lement deux séquences successives, la première fournissant l'intensité élevée Il et la seconde l'intensité plus faible Io 0. La seule différence entre ces deux exemples de omnies réside dans la durée de maintien de la première intensité élevée Il. Pour ommader une première ouverture de vanne fournissant un débit d'écoulement du fluide Da, il faut maintenir l'intensité Il pendant un certain temps Ta et pour obtenir une ouverture de vanne supérieure fournissant un débit d'écoulement supérieur Db, il suffit de maintenir l'intensité Il pendant une durée supérieu- re détermine Tb Bien entendu, si l'on maintient trop lcrteps l'intensité Il, on obtient 1 'ouverture maximum de la vanne (représentée en figure 3) correspondant au débit maximum. La figure 4 est un diagramme illustrant le fonctionne- ment du dispositif d'alimentation du moteur 7, selon la présente invention Ce dispositif d'alimentation comnporte essentiellement un organe de comnande 25 manoeuvrable par l'utilisateur afin d'afficher le débit souhaité pour la vanne, un microprocesseur 26 et un générateur de courant 27 Le signal de sortie 28 de l'or- gane de commannde 25 est numérisé et les valeurs numériques obte- nues sont utilisées dans le microprocesseur Le microprocesseur 26 transforme dans un premier temps la valeur numérique du signal de l'organe de commarnde 25 selon une fonction prédétermine de façon à fournir un signal représentatif de la position angulaire que devra prendre la pièce de commande 3 pour provoquer le niveau de pincement du tube entraînant le débit d'écoulement du fluide tel qu'indiqué par l'organe de commande 25 Ensuite, le micro- processeur établit, en fornction de la valeur du signal, la durée pendant laquelle le générrateur de courant 27 devra fournir la première intensité d'alimentation Il, et au terme de laquelle le générateur de courant 27 fournit ensuite la seconde intensité d'alimentation plus basse Io pour le maintien en position de la vanne réglée ainsi pour le débit souhaité, pour toute durée désirée. REVENDICATIONS 1 Vanne à débit variable oommoandée électriquement comprenant, dans un carter ( 1), un tube en matériau élastique ( 2) dans lequel peut s'écouler un fluide, et un mécanisme de o E Unoande provoquant un niveau variable de pincement du tube ( 2), carac- térisée en ce que ce mécanisme de cmoexnrlde comprend: une pièce de onunande ( 3) monotée par une articulation ( 4) dans le carter ( 1) et comportant une zone d'appui ( 5) pour effectuer le pinroment du tube ( 2) ainsi qu'un secteur denté ( 6) centré sur l'axe d'articulation ( 4); un pignon ( 10) monté en rotation dans le carter et formant avec le secteur denté un engrenage continuellement en prise; un moteur électrique ( 7) entraînant en rotation le pignon ( 10); et un dispositif d'alimentation ( 25, 26, 27) fournissant au moteur ( 7) un niveau variable d'énergie électrique en fonction du débit souhaité de l'écoulement du fluide dans le tube. 2 Vanne à débit variable selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un ressort ( 11) agissant continuement sur la pièce de commande ( 3) pour la faire pivoter autour de son axe d'articulation ( 4) dans un premier sens de rotation provoquant le pincement du tube ( 2) et en ce que le moteur électr Lique ( 7) agit sur la pièce de comnmarde ( 3) pour la faire pivoter dans le sens de rotation opposé provoquant une diminution du pin ment du tube. 3 Vanne à débit variable selon la revendication 2, caractérisée en ce que la liaison mécanique entre le moteur ( 7) et la pièce de commarnde ( 3) est réversible sous l'action du ressort ( 11). il 4 Vanne à débit variable selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en oe que le moteur est un moteur à courant continu et en ce que le dispositif d'alimen- tation fournit un courant électrique d'une première intensité constante (Il) pendant une durée (Ta) variable en fonction du débit souhaité (Da) du fluide dans le tube. Vanne à débit variable selon la revendication 4, caractérisée en ce que, après que le dispositif d'alimentation a fourni au moteur le courant électrique de la première intensité (Il) pendant la durée variable (Ta,) il fournit un courant électrique d'une seconde intensité (IO) constante, plus faible que la première intensité, provoquant le blocage du moteur dans la position occupée à la fin de la durée variable (Ta).