Brevet FR2698675A1 — publié le 19940603

L'invention concerne un actionneur linéaire perfectionné destiné à manoeuvrer une commande de machine. De nombreux types de machines comportent une commande sous la forme d'un dispositif mécanique, tel qu'un levier, destiné à faire fonctionner la machine entre un état arrêté, pouvant être un état de ralenti, et un état totalement engagé dans lequel la machine fonctionne à sa capacité maximale et, souvent, la commande ou le levier possède des réglages ou des positions intermédiaires entre sa position arrêtée ou de repos et sa position de mouvement maximal de façon à placer la machine dans un niveau de fonctionnement intermédiaire. Un exemple d'une telle machine est une excavatrice de tranchées qui se déplace le long du sol et produit progressivement une tranchée dans le sol afin de poser une conduite ou un câble, ou un certain autre type similaire d'installation.L'excavatrice de tranchées comporte une commande qui régule le déplacement de la machine sur le sol, et l'excavatrice de tranchées comporte aussi une autre commande qui régule le dispositif de creusement de tranchées de la machine. I1 peut être souhaitable de manoeuvrer ces commandes pour l'excavatrice de tranchées depuis une position éloignée des leviers réels ou des commandes physiques qui ouvrent les vannes ou actionnent des dispositifs électriques. Un autre de ces exemples est un camion malaxeur de béton dans lequel il est souhaitable de pouvoir commander la décharge du béton fluide porté par le camion depuis une position située dans la cabine du camion. Dans ce cas, il peut être souhaitable de faire fonctionner une pompe hydrostatique depuis une position éloignée de la pompe, afin d'amener le malaxeur de béton à décharger le béton ou à interrompre le déchargement du béton. I1 est évident que la manoeuvre de la vanne peut être réalisée au moyen d'un dispositif de poussée-traction ou d'un levier pivotant ou inclinable. Des actionneurs linéaires destinés à exécuter de telles fonctions de commande étaient connus jusqu'à présent et utilisaient un moteur électrique dont la vitesse est démultipliée pour faire tourner une vis à faible pas afin de manoeuvrer un écrou et de déplacer l'écrou qui est relié à une tige de poussée-traction pour manoeuvrer un câble de façon à commander la machine. Ces actionneurs linéaires donnent satisfaction en de nombreux points mais posent certains problèmes notables. Lorsque de tels actionneurs linéaires connus jusqu'à présent étaient utilisés, ils étaient souvent mis en oeuvre dans des situations telles que des sites de construction où de nombreux moyens sont utilisés simultanément et les machines et les commandes sont sujettes à des détériorations. Si l'énergie électrique fournie à un tel actionneur linéaire connu précédemment est brusquement coupée, le moteur électrique s'arrête brusquement, ou bien si l'écrou et la tige de poussée-traction ont déjà été déplacés et avancés, la tige de poussée-traction ou le câble restent simplement dans sa position en extension et, évidemment, la machine commandée continue de fonctionner dans les conditions dans lesquelles elle a été réglée précédemment. Si la machine est une excavatrice de tranchées, il se peut que l'excavatrice continue de se déplacer sur le sol, sans être maîtrisée, ou que le dispositif de creusement de tranchées continue de creuser de plus en plus profond, suivant les commandes qui ont été régulées. Dans le cas d'un camion bétonnière, si l'énergie fournie au moteur de l'actionneur est brusquement coupée, il se peut que le camion malaxeur de béton continue de décharger des quantités excessives de béton alors que l'on ne souhaite qu'une faible quantité de béton. Un objet de l'invention est de procurer un actionneur linéaire perfectionné commandé par moteur, d'une construction simple, pour la manoeuvre à distance des commandes d'une machine. Un autre objet de l'invention est de procurer un actionneur linéaire perfectionné, commandé par moteur, qui se libère efficacement de la machine commandée dans le cas d'une disparition de l'énergie électrique, pour la sûreté de la commande de l'actionneur et de la machine. Une particularité de l'invention réside dans un actionneur linéaire utilisant un accouplement d'entraînement débrayable entre le moteur électrique et la vis qui provoque un déplacement de l'écrou et du chariot auquel la tige de poussée-traction, extensible et rétractable, est reliée. L'électro-aimant est commandé par un électro-aimant qui engage l'accouplement pour transmettre un mouvement lorsque l'accouplement est actionné ; et l'accouplement débraye lorsque l'énergie est supprimée de la bobine de l'électroaimant. La bobine est alimentée par la même source que celle du moteur électrique, mais elle est commandée séparément de façon à engager l'accouplement lorsque le moteur est en marche, que le moteur tourne vers l'avant ou vers l'arrière. Une autre particularité de l'invention est l'utilisation d'une vis hélicoïdale à pas élevé pour entraîner l'écrou, le chariot et la tige de poussée lorsque la vis tourne. Cette vis hélicoïdale à pas élevé, associée au filetage similaire de pas élevé de l'écrou, établit une liaison d'entraînement réversible entre le moteur et la tige de poussée-traction. Par conséquent, le pas élevé de la vis permet, lorsque l'accouplement est débrayé, à cette vis de tourner et de permettre un mouvement linéaire de la tige de poussée, de l'écrou et du chariot. L'actionneur permet ainsi à la tige de poussée et à la commande de machine qu'elle manoeuvre, de revenir à une position de départ ou position centrée, sous l'effet d'un ressort de rappel ou analogue, lorsque l'accouplement est débrayé pendant une panne non voulue d'alimentation en énergie.La commande de machine rappelée ramène ainsi la machine dans un état d'arrêt ou de ralenti. Un avantage principal de l'actionneur perfectionné est que, dans le cas improbable d'une panne d'alimentation en énergie, c'est-à-dire d'un fil coupé ou rompu accidentellement pour l'actionneur, l'accouplement est débrayé car le moteur est arrêté, de sorte que la tige de poussée est libérée et que la commande de la machine, qui était manoeuvrée par l'actionneur, est libérée et peut se déplacer ou revenir vers sa position de départ ou position centrée. Ainsi, la machine commandée ne s'échappe pas sans être maîtrisée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective de l'actionneur linéaire relié à une commande de machine à distance qui est illustrée schématiquement la figure 2 est une vue en perspective partielle montrant une légère modification de l'actionneur et de ses commandes la figure 3 est une vue en élévation, avec arrachement et coupe partiels, illustrant les parties principales de l'actionneur linéaire les figures 4 et 5 sont des vues en élévation détaillées, à échelle très agrandie, de la tête magnétique et de la plaque d'armature de l'électro-aimant dans des états dégagé et engagé, respectivement ; et la figure 6 est un schéma fonctionnel simplifié illustrant les pièces fonctionnelles principales du système de commande pour l'actionneur linéaire. Une forme de l'actionneur linéaire est illustrée sur les dessins et décrite ici. Une source d'énergie électrique est désignée par la référence numérique 9 et alimente l'actionneur linéaire qui est désigné de façon générale par la référence numérique 10. L'actionneur 10 comporte une tige extensible et rétractable 11 de poussée-traction reliée par un long câble 12 à une commande à distance 13, le câble étant relié à un levier 14 de manoeuvre ou à un dispositif similaire qui commande directement une forme de machine ou d'appareil devant être finalement commandé. Le levier 14 de commande, dans la plupart des cas, comporte un ressort 15 de rappel destiné à le ramener dans sa position neutre indiquée par la référence numérique 14.1, afin de placer la machine commandée dans une position neutre ou de repos. Dans la forme montrée sur la figure 1, la commande manuelle 16 de manoeuvre pour l'actionneur linéaire est fixée et montée directement sur le cylindre de bâti 17 de l'actionneur linéaire et est ancrée sur un élément de montage fixe 18 pour permettre à la poignée ou manette 19 de commande d'être animée d'un mouvement alternatif dans des sens opposés comme illustré sur la figure 1. La gaine du câble est évidemment montée sur une partie de l'élément fixe 18 de montage de manière que, lorsque la tige extensible et rétractable 11 de poussée-traction est déplacée, la tige centrale ou le fil central 12.1 du câble 12 de commande soit déplacé dans la gaine extérieure afin de déplacer le levier 14. Sur la figure 2, la commande 16.1 est séparée du cylindre 17 de l'actionneur linéaire de manière que le poste de commande 16.1 puisse être placé à distance de l'actionneur linéaire 10. L'actionneur linéaire 10 est représenté très en détail sur la figure 3. Le cylindre 17 de bâti est représenté comme étant creux et est illustré en coupe dans sa partie centrale. L'actionneur linéaire comprend un moteur rotatif réversible 20 d'entraînement monté de façon à être fixe à l'intérieur du bâti cylindrique 17. Le moteur 20 peut habituellement être un moteur réversible à 12 volts, 13 900 tr/min (à vide), tournant à 12 110 tr/min sous un couple de 0,0170 N.m, en appelant 2,65 ampères. Le moteur 20 entraîne un train d'engrenages planétaires 21 de réduction de vitesse.L'arbre 22 de sortie du train d'engrenages 21 est relié au noyau ferro-magnétique tournant 23 d'un électroaimant 24 dont la bobine 25 est enfermée dans le boîtier 26 de l'électro-aimant et est fixée par une bague 27 de montage dans le cylindre de bâti 17 de façon que le boîtier 26 et la bobine 25 soient immobiles à l'intérieur du cylindre 17. L'électro-aimant 24 comporte une tête magnétique 28 qui est reliée directement au noyau 23 et qui tourne avec lui pendant que l'arbre 22 du train d'engrenages tourne. La tête magnétique 28 est une plaque ferro-magnétique ayant une face sensiblement plate qui est tournée vers et peut porter contre la face d'une plaque d'armature 29 qui est également formée d'une matière ferro-magnétique de façon à être attirée contre la tête d'armature 28 en relation d'entraînement par frottement lorsque la bobine 25 de l'électro-aimant 24 est excitée, de manière à transmettre un mouvement de rotation depuis le noyau 23 et la tête magnétique 28 de l'électro- aimant.L'armature 29 est espacée de la tête magnétique 28 par des ressorts 30 montrés schématiquement sur la figure 4, de manière que l'armature s'éloigne de la tête magnétique 28 et se dégage de la relation d'entraînement par frottement avec elle lorsque la bobine 25 de l'électro-aimant 24 est désexcitée. L'armature 29 est montée sur l'extrémité d'un arbre 31 qui s'étend sensiblement depuis la plaque d'armature 29 jusqu'à l'extrémité du cylindre 17 de bâti à proximité immédiate d'une coiffe extrême 33 à travers laquelle passe la tige 11 de poussée-traction. L'arbre tournant 31 est formé de façon à comporter une vis hélicoïdale 32 à pas élevé. Dans la forme préférée de réalisation de l'actionneur linéaire 10, la vis 32 a un diamètre d'environ 7,94 mm et un pas de 12,7 mm. La vis 32 est enfermée dans une partie tubulaire 11.1 de la tige de poussée-traction 11 de façon que cette dernière puisse se déplacer le long de l'arbre 31, amenant l'extrémité de la tige de poussée-traction qui dépasse d'une partie à bossage 34 de la coiffe extrême 33 à se déplacer vers l'avant et vers l'arrière, ou vers l'intérieur ou l'extérieur, du cylindre 17 de bâti de l'actionneur linéaire. La partie tubulaire intérieure 11.1 de la tige 11 de poussée-traction est fixée à un chariot mobile 35 et entraînée par celui-ci, lequel comprend un écrou 36 qui est engagé avec la vis 32 de l'arbre 31, et l'écrou 36 et le chariot 35 se déplacent le long de l'arbre 31 pendant que ce dernier tourne. Evidemment, lorsque l'arbre à vis 31 tourne, le chariot 35 et l'écrou 36 se déplacent le long de l'arbre et la tige 11 de poussée-traction sort de la coiffe extrême 33 ou est rétractée dans et travers la coiffe extrême 33. La longueur de la course de l'écrou 35, du chariot 36 et de la tige 11 de poussée-traction est habituellement de 7,5 à 12,5 cm. Le chariot 35 et l'écrou 36 sont guidés dans le cylindre 17 de bâti par un logement 37 d'écrou qui présente une gorge 38 à sa partie supérieure. Une languette ou clavette coulissante 39 fixée au chariot 35 est guidée dans la gorge ou rainure 38 afin d'empêcher le chariot et l'écrou de tourner avec l'arbre et de maintenir le chariot 35 et l'écrou 36 dans une orientation prédéterminée à l'intérieur du bâti cylindrique 17. Une seconde gorge 40 est formée dans la partie inférieure du logement 37 d'écrou et s'étend sur toute la longueur de ce logement 37. Une résistance linéaire 41 s'étend dans la gorge 40 à laquelle elle est fixée. Un curseur ou contact électrique 42 est fixé sur l'écrou 36 afin de se déplacer le long du cylindre de bâti avec le chariot 35, et le curseur 42 porte contre la résistance linéaire 41 afin que cette dernière forme, avec le curseur 42, un potentiomètre linéaire 41.1 de réaction qui est utile dans le fonctionnement de l'actionneur 10 comme décrit ci-après. L'actionneur 10 comporte aussi deux interrupteurs 43 et 44 de fin de course fixés respectivement dans le bâti cylindrique à proximité d'extrémités opposées de la longueur de la course du chariot 35 et de l'écrou 36, et chacun des interrupteurs 43 et 44 de fin de course comporte un palpeur destiné à être engagé par le chariot 35 et l'écrou 36 aux limites de sa course afin d'actionner les interrupteurs 43 et 44. Dans la commande 16 de la figure 1, un autre potentiomètre 45 de commande est manoeuvré par la manette 19 afin que le curseur du potentiomètre 45 change de position. Lorsque l'on déplace la manette 19, le potentiomètre 45 modifie le signal d'entrée appliqué à un amplificateur 46 d'erreur d'entrée illustré sur la figure 6. Similairement, le potentiomètre 41.1 applique aussi le signal d'entrée de réaction de l'actionneur à l'amplificateur 46 d'erreur d'entrée. L'amplificateur 46 d'erreur d'entrée reçoit des tensions d'entrée provenant à la fois du potentiomètre 45 de commande manoeuvré par la manette 19 et aussi du potentiomètre 41.1 de réaction constitué par la résistance 41 et le curseur 42 qui indique la position du chariot 35 et de la tige 11 de poussée-traction. Lorsque les signaux d'entrée provenant des deux potentiomètres de commande et de réaction sont en équilibre, l'amplificateur d'erreur d'entrée ne produit aucun signal en sortie et le moteur 20 reste donc immobile. Lorsque les signaux d'entrée provenant des potentiomètres de commande et de réaction sont différents l'un de l'autre, l'erreur est détectée par l'amplificateur 46 d'erreur d'entrée et cet amplificateur 46 envoie un signal à un circuit 47 formé d'un comparateur de sens et d'un circuit de temps. Des condensateurs réglables peuvent évidemment être prévus pour l'amplificateur d'erreur d'entrée afin de régler la vitesse de déplacement de l'actionneur. Le comparateur 47 de sens reçoit le signal d'erreur provenant de l'amplificateur 46 d'erreur d'entrée et détermine le sens dans lequel l'actionneur doit être entraîné afin de corriger le signal d'erreur reçu. Par conséquent, le comparateur de sens comporte deux sorties 48 et 49 qui sont connectées respectivement à un modulateur 50 de largeur d'impulsion et de vitesse de retrait et à un modulateur 51 de largeur d'impulsion et de vitesse d'avance. Les sorties 48, 49 des comparateur de sens et circuit de temps 47 sont également connectées à un circuit 52 d'alimentation d'accouplement qui est connecté à l'accouplement 53 de l'actionneur et qui comprend en particulier les bobines 25 d'électroaimants comme illustré. Par conséquent, on voit que, lorsqu'un signal d'erreur est reçu de l'amplificateur 46 d'erreur d'entrée, provoquant la transmission d'un signal de sortie par l'intermédiaire de l'une des sorties 48, 49 du comparateur 47 de sens de façon à indiquer le sens dans lequel l'actionneur doit être entraîné pour corriger le signal d'erreur, l'accouplement est également activé de façon à faire tourner l'arbre 31 et la vis 32 lorsque le moteur 20 est en marche. Les modulateurs 50 et 51 de largeur d'impulsions de vitesse sont commandés en alternance en fonction du signal généré par le comparateur 47 de sens. Les modulateurs 50, 51 de largeur d'impulsions de vitesse génèrent des signaux d'attaque, et la largeur des impulsions est modifiée en fonction de la vitesse à laquelle le moteur doit être commandé.Lorsque les signaux d'attaque provenant de l'un ou l'autre des modulateurs 50, 51 de largeur d'impulsions et de vitesse ont une largeur importante, le moteur est entraîné à une vitesse plus élevée que lorsque la largeur des impulsions est faible. Les modulateurs 50, 51 de largeur d'impulsions et de vitesse comportent des connexions de sortie 54, 55 et ils sont connectés à un circuit 56 d'attaque de sortie qui reçoit les signaux d'attaque provenant des modulateurs de largeur d'impulsions et de vitesse et met en marche le moteur 20, faisant tourner ce dernier dans le sens approprié pour provoquer un extension ou un retrait de l'actionneur linéaire et en particulier de sa tige 11 de poussée-action. La partie de temps du circuit comparateur de sens et circuit de temps 47 mesure l'intervalle de temps pendant lequel un signal d'erreur est reçu de l'amplificateur 46 d'erreur de sortie, et lorsque le signal d'erreur d'entrée provenant de l'amplificateur 46 n'est pas corrigé en une période de temps prédéterminée, par exemple 3 secondes, les comparateur de sens et circuit de temps 47 amènent le circuit 52 à débrayer l'accouplement 53. Le fait que le signal d'erreur provenant de l'amplificateur 46 d'erreur d'entrée n'est pas corrigé peut être provoqué par un fil rompu, un moteur calé ou des signaux d'entrée défectueux, et l'accouplement est embrayé en tant que mesure de sécurité intrinsèque. I1 est important de noter que le système de commande illustré sur la figure 6, comprenant le moteur 20 et l'accouplement 53, tire toute son énergie de l'alimentation 9 en énergie. En cas de défaillance d'alimentation 9 en énergie pour une raison quelconque, telle qu'un fil rompu ou une pièce de machine endommagée, aucune énergie n'est alors fournie à l'accouplement 53 ou au moteur 20. Dans le cas où l'énergie est supprimée de l'accouplement 53, la bobine 25 de l'éctro-aimant est désexcitée et la tête magnétique 28 de l'électro-aimant 24 ne retient plus la plaque d'armature 29 en relation d'entraînement par frottement, et la plaque d'armature 29 se sépare de la tête 28 de façon à être libre de tourner par rapport à la tête magnétique. Par conséquent, le chariot 35 et l'écrou 36, ainsi que la tige 11 de poussée-traction, sont à présent libérés du moteur 20 et du train d'engrenages 21. Le ressort de rappel 15 sollicite le levier 14 de commande vers sa position de repos indiquée en 14.1 et le câble 12 sollicite la tige 11 de poussée-traction vers toute position pouvant être demandée pour permettre au levier de commande de revenir vers sa position de repos. La tige 11 de poussée-traction déplace l'écrou 36 le long de la vis 32 et, du fait que la vis a un pas élevé, comme indiqué, le mouvement de l'écrou le long de l'arbre 31 tend à faire tourner librement cet arbre sans qu'il soit maintenu par l'électro-aimant, le train d'engrenages 21 ou le moteur 20. La tige de poussée-traction se positionne en fonction d'un mouvement imposé par le ressort 15 et le levier 14 de manoeuvre dans la machine demandée.Par conséquent, la machine commandée peut venir se placer dans un état neutre, ramenant le moteur dans un état de ralenti ou arrêtant le mouvement de tout mécanisme commandé. On voit que l'actionneur linéaire perfectionné 10 comprend un accouplement entre le moteur 20 et la tige 11 de poussée-traction, permettant ainsi à cette dernière de revenir vers une position de repos sous la commande de la machine manoeuvrée lorsque l'accouplement est débrayé, la vis à pas élevé étant libérée et pouvant tourner sous l'effet du mouvement longitudinal de la tige 11 de poussée-traction et de l'écrou 36 et du chariot 35. Cette disparition de l'énergie commandant l'actionneur linéaire n'est pas fréquente, mais en l'absence de l'accouplement prévu dans l'actionneur entre le moteur et la vis et en l'absence du pas élevé de la vis 32, la machine manoeuvrée pourrait autrement continuer de fonctionner comme elle le faisant avant l'apparition d'une coupure accidentelle de l'alimentation en énergie. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'actionneur linéaire décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Actionneur linéaire pour la manoeuvre à distance d'une commande (13) de machine, caractérisé en ce qu'il comporte une partie de bâti allongée (17) et une partie à chariot (35) exécutant un mouvement alternatif sur la partie de bâti afin d'aller et venir le long de la partie de bâti allongée, la partie à chariot comprenant une partie à écrou (36) pouvant aller et venir avec la partie à chariot, une partie à tige de poussée-traction (11) reliée à la partie à chariot afin de se déplacer avec elle et destinée à être reliée à cette commande de machine pour exécuter un mouvement de va-et-vient, et une partie d'entraînement débrayable située sur le bâti pour produire le mouvement de va-et-vient de la partie à chariot, ladite partie d'entraînement comprenant une partie à vis tournante allongée (32) entraînant la partie à chariot, la partie à écrou et la partie à vis définissant une liaison d'entraînement réversible de manière à permettre l'entraînement de la partie à chariot dans un sens ou dans l'autre lorsque la partie à vis est mise en rotation dans des sens opposés, et à permettre ainsi un mouvement du chariot dans un sens ou dans l'autre sous l'effet de la commande de la machine lorsque la partie à vis est débrayée de façon à tourner librement, une partie à moteur réversible et mobile pas à pas (20) et ses moyens (9) de commande, la partie à moteur réversible faisant tourner la partie à vis et produisant un déplacement de la partie à chariot alternativement dans des sens opposés lorsque le moteur est inversé, et une partie à accouplement (53) débrayable et pouvant être engagé électromagnétiquement, montée entre la partie à moteur et la partie à vis, la partie à accouplement pouvant être engagée afin de faire tourner la partie à vis dans un sens ou dans l'autre et de l'arrêter, et de déplacer ainsi la partie à chariot et la commande de machine en un mouvement de va-et-vient lorsque la partie à moteur et la partie à vis sont inversées, et aussi pour arrêter ainsi la partie à chariot et la commande de machine lorsque le moteur est arrêté, la partie à accouplement pouvant être débrayée lorsque l'énergie électrique est supprimée de la partie à accouplement afin de libérer la partie à vis pour qu'elle tourne librement et de permettre ainsi à la partie à chariot de se déplacer librement dans un sens ou dans l'autre ou dans les deux sens sous l'effet de la commande de la machine, permettant ainsi à la commande de la machine de fonctionner indépendamment de la partie à moteur. 2. Actionneur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande alimentent en énergie électrique la partie à électro-aimant (24) et la partie à moteur. 3. Actionneur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'entraînement comprend aussi une partie à engrenage réducteur de vitesse (21) entre la partie à moteur et la partie à accouplement. 4. Actionneur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un potentiomètre linéaire (41.1) de réaction comprenant une résistance linéaire (41) sur le bâti et un capteur (42) situé sur l'écrou et se déplaçant le long de la résistance afin de produire un signal d'entrée pour indiquer la position de l'écrou. 5. Actionneur linéaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent aussi un potentiomètre (45) de commande produisant un signal d'entrée à comparer au signal d'entrée provenant du potentiomètre de réaction et à le mettre en équilibre avec lui afin de provoquer une rotation et un arrêt commandés du moteur. 6. Actionneur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'accouplement comprend des parties de plaque (28, 29) pouvant être engagées l'une avec l'autre et dégagées l'une de l'autre en relation d'entraîne ment par frottement. 7. Potentiomètre linéaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que les parties de plaque comportent des faces destinées à porter de façon débrayable l'une contre l'autre.