Brevet FR2710954A1 — publié le 19950414

Actionneur électro-hydraulique, notamment pour un système de freinage hydraulique anti-blocage La présente invention concerne un actionneur électro-hydrau- lique, notamment pour un servomécanisme, un système de pompe ou un système de freinage, comportant une chambre de travail remplie d'un liquide. On connaît diverses formes d'actionneurs électro-hydrau- liques qui permettent de transformer de l'énergie électrique en énergie hydromécanique; ceux-ci peuvent prendre la forme par exemple d'un maîtrecylindre de frein ou de cylindres de frein de roue dans des circuits de freinage de véhicules automobiles pour relâcher de manière périodique la pression dans des systèmes anti-blocage, de pompes à fluide entraînées électriquement ou de servomécanismes électro- hydrauliques. Ces actionneurs ont en commun que l'énergie électrique introduite est d'abord transformée en énergie de travail mécanique pur, laquelle, à son tour, est transformée en une variation correspondante de volume ou de pression de la chambre de travail de l'actionneur rem- plie de liquide. De ce fait, ces actionneurs présentent très fréquem- ment des pertes énergétiques élevées et par conséquent un faible ren- dement; par ailleurs ils ne peuvent être utilisés que pour des fréquen- ces de réglage peu élevée et/ou ils impliquent une construction relati- vement complexe, sensible à l'usure. Par le document DE-OS 41 27 880, on connaît encore un sys- tème de pompe pour le transport de milieux liquides ou gazeux avec, dans une chambre de travail qui est séparée par une membrane de la chambre de refoulement de la pompe et est remplie d'une charge cons- tante de liquide hydraulique, un film recouvert d'un matériau piézo- électrique qui est soumis périodiquement à une tension électrique aux fins de produire, par une variation de l'épaisseur du film piézo-électri- que, une augmentation périodique du volume de la chambre de travail et, par un déplacement pulsatoire de la membrane, un refoulement du liquide ou du gaz. Un système de pompe de ce type, il est vrai, est supérieur en de nombreux points à un système conventionnel, mais l'inconvénient d'un tel système est que les variations de volume rap- portées au volume total de la chambre de travail sont très faibles, d'une part parce qu'un matériau piézo-électrique, lorsqu'il s'allonge sous l'action d'une tension électrique, subit une contraction transver- sale antagoniste et n'a par conséquent qu'un très faible coefficient de dilatation volumétrique, et d'autre part parce que la chambre de travail ne peut être que partiellement occupée par la feuille de matériau piézoélectrique, le reste du volume de la chambre de travail étant nécessaire pour la charge de liquide hydraulique qui ne participe pas à la variation de volume induite par des moyens électriques. L'objectif de la présente invention est de créer un actionneur électrohydraulique du type indiqué en introduction qui présente une faible inertie, autorise des fréquences de réglage élevées et dont la construction est simple, peu encombrante et peu sensible à l'usure. Cet objectif est atteint par le fait que la chambre de travail contient un fluide électrostrictif et est pourvue d'un système d'élec- trodes qui sont commandées électriquement aux fins de produire un champ électrique agissant sur le fluide. Dans l'actionneur conforme à l'invention, l'énergie électrique entrante est transformée directement, sans interposition d'un quel- conque composant déplacé mécaniquement, selon le principe de la dilatation positive ou négative du fluide électrostrictif, en une énergie de sortie de l'actionneur utilisable sous la forme d'une variation de volume et/ou de pression avec pour effet que, par rapport au système de pompe piézo-électrique décrit précédemment, on peut obtenir des variations de volume nettement supérieures rapportées au volume total de la chambre de travail, ceci d'une part en raison du fait que la chambre de travail est pratiquement entièrement occupée par le milieu électrostrictif et d'autre part en raison du fait que les fluides électrostrictifs de par l'absence de contraction transversale, peuvent atteindre des coefficients de dilatation volumétrique sensiblement plus élevés que les matériaux piézo-électriques. L'actionneur selon l'inven- tion présente une construction très simple, peu sensible aux disfonc- tionnements, peu sensible à l'usure et peu encombrante. Il permet des réglages très rapides qui autorisent des fréquences de travail supé- rieures à 1 KHz. Le niveau de pression effectif ou le volume de travail effectif de l'actionneur selon l'invention est régulé autour d'une valeur quel- conque choisie à l'intérieur de certaines limites uniquement par l'inter- médiaire du potentiel de tension appliqué au système d'électrodes, de sorte que l'on n'a pas à agir sur le remplissage de la chambre de travail. Ainsi, conformément à un mode de réalisation de l'invention, la chambre de travail peut être de type fermée avec une charge constante de fluide électrostrictif. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la chambre de travail est pourvue d'au moins une paroi qui se déplace lors d'une variation du volume du fluide électrostrictif induite par le champ électrique. De préférence, la paroi mobile se présente sous la forme d'une membrane souple qui transmet vers l'extérieur la variation de volume du fluide électrostrictif induite par le champ électrique. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, aux fins de permettre une utilisation en liaison avec un servomécanisme, la paroi souple est couplée à un élément de commande qui est déplacé par excitation du système d'électrodes. Le déplacement de l'élément de commande peut ainsi être réglé par le biais de la valeur de la tension appliquée au système d'électrodes. Conformément à un mode de réalisation avantageux de l'in- vention, il est prévu une chambre additionnelle qui est séparée de la chambre de travail par au moins une paroi mobile et dans laquelle une pression peut être appliquée et relâchée de manière sélective par l'intermédiaire de ladite paroi mobile. Les variations de volume et de pression du fluide électrostrictif peuvent ainsi être transmises de manière simple à un circuit de fluide distinct de la chambre de travail, de préférence à un circuit hydraulique. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la chambre à fluide hydraulique qui est séparée du fluide électrostrictif est constituée de préférence par la chambre de refoulement de la pom- pe à fluide. Conformément à un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, on utilise l'actionneur pour réguler de manière sélective la pression à l'intérieur d'un circuit hydraulique de freinage, notamment d'un circuit de freinage muni d'un système anti- blocage, pour abaisser la pression de freinage lorsque les roues du véhicule menacent de se bloquer. Enfin il est avantageux de réaliser le système d'électrodes sous la forme d'un ensemble d'électrodes individuelles qui sont dispo- sées dans un plan, parallèlement les unes aux autres, et présentent alternativement la même polarité de tension afin de produire, à partir d'une tension de service relativement basse, un champ électrique suf- fisamment puissant qui est réparti de manière régulière dans la cham- bre de travail. L'invention est décrite ci-après de manière détaillée en se ré- férant aux dessins. Ceux-ci représentent: figure 1, une coupe d'un actionneur électrostrictif destiné à l'actionnement d'une valve de commande, figure 2a, une coupe longitudinale d'un actionneur électro- strictif utilisé en liaison avec un système de pompe, figure 2b, une coupe suivant la ligne II-II de la figure 2a et, figure 3, une coupe d'un actionneur électrostrictif utilisé en liaison avec un système anti-blocage. L'actionneur 2 représenté à la figure 1, comprend une chambre de travail 4 de type étanche qui est fermée par une paroi mobile se présentant sous la forme d'une membrane souple et est remplie d'un liquide électrostrictif. Un système d'électrodes 8 est placé dans la charge de liquide, lequel système se compose de plu- sieurs électrodes plaques 10 qui sont disposés à intervalles réguliers aux fins de produire un champ électrique sensiblement constant dans la masse de liquide. Les électrodes plaques 10 sont reliées alternative- ment aux lignes d'alimentation 12 d'une source de tension extérieure (non représentée). Un élément de commande 14 est fixé sur la membrane 6; cet élément de commande est destiné à actionner une valve de commande 16 et est maintenu dans la position de fermeture de la valve au moyen d'un ressort de compression 18. Lorsqu'on applique une tension extérieure V au système d'électrodes 8, la charge de liquide électrostrictif subit une augmen- tation de volume sous l'action du champ électrique qui lui est appli- qué, de sorte que l'élément de commande 14 se déplace vers le bas et que la valve de commande 16 s'ouvre. L'augmentation de volume étant fonction de l'intensité du champ électrique appliqué, la valve de com- mande 16 peut être amenée avec une très grande précision dans n'im- porte quelle position intermédiaire en sélectionnant en conséquence la tension d'entrée V. Comme représentant des fluides électrostrictifs qui, sous l'action d'un champ électrique subissent une augmentation de volume ou une augmentation de pression (type I), on peut citer par exemple le 1-Pentanol dans du n-Heptane (avec un rapport molaire de 33% en moles). La variation de volume de ce mélange est d'environ 1 pour mille lorsqu'on lui applique un champ électrique de 4 MV/m. Naturel- lement il existe également des fluides électrostrictifs à dilatation négative (type II). Parmi ces fluides on trouve par exemple le nitro- benzol. En utilisant ce deuxième type de fluide on pourrait agencer l'actionneur 2 de telle sorte que la valve de commande 16 soit ouverte complètement lorsqu'aucune tension n'est appliquée au système d'élec- trodes 8 et qu'elle se ferme de plus en plus au fur et à mesure que la tension d'entrée V augmente. L'actionneur représenté à la figure 2, dont les éléments iden- tiques à ceux du premier exemple de réalisation portent des repères augmentés de 100, fait partie d'une pompe hydraulique 20 et est dis- posé à l'intérieur de la chambre de refoulement de celle-ci, ladite chambre étant munie d'une valve d'entrée et d'une valve de sortie 22, 24. L'actionneur 102 se compose dans ce cas d'une chambre de travail 104 cylindrique, également de construction étanche qui, au moins dans la région de l'enveloppe du cylindre, est pourvue d'une paroi souple qui se présente sous la forme d'une membrane 106. La chambre de travail 104 est remplie d'un liquide électrostrictif à l'intérieur duquel est disposé un système d'électrodes 108 qui, dans le cas présent, se compose d'électrodes annulaires 110 (figure 2b) mutuellement concen- triques qui sont réparties sur la section de la chambre de travail et qui, par l'intermédiaire de lignes d'alimentation 112 sont alimentées avec une tension de commande V extérieure, alternativement avec la même polarité. La charge de liquide électrostrictif est de préférence de type I, mais on peut également utiliser des fluides de type II. En appliquant une tension de commande V pulsatoire on met en mouvement de manière cyclique la membrane 106. Grâce à la possibilité de réglage très rapide de l'actionneur (le processus d'électrostriction se déroule en moins de 1 ms) on peut atteindre des fréquences de pulsation élevées de l'ordre de 1 KHz. Si l'on considère la compressibilité du fluide électrostrictif - et que l'on néglige la compressibilité de liquide refoulé - la pression différentielle et, par conséquent, la pression de refoulement maximale pouvant être obtenue est d'environ 40 bars. A la figure 3 sur laquelle les composants identiques à ceux du premier exemple sont désignés par un repère augmenté de 200, l'actionneur 202 est représenté en relation avec un système anti- blocage dans un circuit hydraulique de freinage d'un véhicule; le circuit comporte entre le maître-cylindre de frein 28 et les cylindres de frein de roue 30 une chambre hydraulique 32 de relâchement de la pression qui est dotée côté conduite d'arrivée de pression 34 venant du maître-cylindre de frein 28 d'une valve d'arrêt 36 qui est maintenue fermée par un ressort. Contre la chambre 32 de relâchement de la pres- sion et séparée de celle-ci par une membrane 206 se trouve la chambre de travail 204 de l'actionneur 202, laquelle chambre de travail est entièrement remplie d'un fluide électrostrictif et contient un paquet d'électrodes 208 qui se compose d'électrodes plaques 210. La figure 3 montre la chambre de travail 204 dans la situation o la variation de volume est maximale. La valve d'arrêt 36 est maintenue dans sa position ouverte par la membrane 206 et l'élément de commande 214 de sorte que la pression de fluide produite au niveau du maître- cylindre de frein 28 est transmise sans réduction au cylindre de frein de roue 30 à travers la chambre de relâchement de la pression 32 dont le volume est ramené à sa valeur minimale. Dès que le système anti-blocage réagit, la tension de commande V est modifiée (par un circuit de réglage non représenté) de manière telle que le liquide électrostrictif contenu dans la chambre de travail subit une contraction et que la valve d'arrêt 36 est libérée par la membrane 206 et revient en position de fermeture; la chambre de re- lâchement de pression 32 et le cylindre de frein de roue 28 sont ainsi isolés vis-à-vis de la pression venant du maître-cylindre de frein et, si- multanément, du fait de la contraction de volume de la chambre de tra- vail 204, la pression hydraulique dans la chambre de relâchement de pression 32 et dans le cylindre de frein de roue 30 diminue. Moyen- nant une commande adaptée de la tension d'entrée V, on peut obtenir une régulation très précise et rapide de la pression de freinage dans le cylindre de frein de roue. Le fluide électrostrictif est de préférence de type II dans ce cas, c'est-à-dire que sa dilatation sous l'action d'un champ électrique est négative de sorte qu'en cas d'absence de tension, donc en cas d'ab- sence de régulation du système anti-blocage, l'installation reste totale- ment opérationnelle. REVENDICATIONS 1. Actionneur électro-hydraulique, notamment pour un servo- mécanisme, un système de pompe ou un système de freinage, compor- tant une chambre de travail remplie de liquide, caractérisé par le fait que la chambre de travail (4, 104, 204) contient un fluide électro- strictif et est pourvue d'un système d'électrodes (8, 108, 208) qui sont excitées électriquement pour produire un champ électrique agissant sur ledit fluide. 2. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre de travail (4, 104, 204) est du type étanche avec une charge constante de fluide électrostrictif. 3. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre de travail (4, 104, 204) est pourvue d'au moins une paroi (6, 106, 206) qui se dépla- ce lors d'une variation de volume du fluide électrostrictif résultant de l'action du champ électrique. 4. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi (6, 106, 206) est agencée sous forme de membrane souple. 5. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé par le fait que pour une utilisation en liaison avec un servomécanisme, il est prévu sur la paroi (6, 206) mobile un élément de commande (14, 214) qui peut être déplacé par excitation du système d'électrodes (8, 208). 6. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'élément de commande (214) est un élément de commande d'une valve. 7. Actionneur électro-hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une chambre additionnelle (26, 32) qui est séparée de la chambre de travail (104, 204) par au moins une paroi (106, 206) mobile et dans laquelle une pression peut être appliquée et relâchée de manière sélective au moyen de ladite membrane. 8. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 7, caractérisé par le fait que chambre additionnelle (26, 32) est la cham- bre de refoulement (26) d'un système de pompe. 9. Actionneur électro-hydraulique selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la chambre de travail ou la chambre ad- ditionnelle (204, 32) est disposée dans le circuit d'un système de freinage (28, 30, 34) hydraulique dont la pression est réglée de maniè- re sélective par excitation du système d'électrodes (208). 10. Actionneur électro-hydraulique selon les revendications , 7 et 9 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la chambre additionnelle (32) est disposée dans le circuit d'un système anti-blocage (28, 30, 34, 36) et est munie coté entrée d'une vanne d'arrêt (36) qui est actionnée par l'élément de commande (214) 11. Actionneur électro-hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système d'électrodes (8, 108, 208) se compose d'une pluralité d'électrodes (10, , 210) indépendantes qui s'étendent dans un plan, parallèlement les unes aux autres, sont réparties de manière régulière dans le fluide électrostrictif avec alternativement la même polarité de tension.