Brevet FR3005703A1 — publié le 20141121

SYSTEME HYDRAULIQUE A CONTROLE ELECTRONIQUE DE PRESSION ET DE DEBIT Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des systèmes hydrauliques, et concerne plus particulièrement les systèmes hydrauliques dont la précision de la pression est importante et/ou un contrôle du débit est nécessaire. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour la réalisation de groupe hydraulique ou la réalisation de système de pilotage de vérin hydraulique contrôlé en vitesse, position et effort par un automate ou un système de commande numérique. Par exemple, l'invention peut être appliquée pour réguler la pression de système de presse, d'une presse à étirer, le contrôle d'un axe hydraulique équipant des machines outils et la réalisation de groupe hydraulique. Etat de la technique Il existe deux systèmes classiques de génération d'une pression donnée dans un système hydraulique. Le premier système comprend une pompe apte à pomper un fluide depuis un réservoir qui n'est pas sous pression et emmagasiner le fluide sous pression dans un accumulateur de pression. L'accumulateur de pression comporte alors un pressostat haut, déclenchant l'arrêt de la pompe lorsque la pression dans l'accumulateur dépasse un seuil haut, et un pressostat bas déclenchant la mise en marche de la pompe lorsque la pression dans l'accumulateur devient inférieure à un seuil bas. Ce système permet de créer une pression dans l'accumulateur comprise entre les seuils bas et haut. Cependant, la pression dans l'accumulateur est en constante variation. Le deuxième système utilise constamment la pompe pour générer de la pression dans l'accumulateur de pression et l'accumulateur est équipé d'une 3 0 soupape (limiteur de pression) qui limite la pression à une pression de référence en renvoyant le surplus de débit au réservoir. Ce système permet d'obtenir une pression sensiblement constante. Cependant, il entraine de nombreuses pertes d'énergie puisque la pompe est constamment en fonctionnement. Exposé de l'invention La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution qui permet de générer une pression sensiblement constante et de contrôler le débit sans nécessiter une sur-utilisation de la pompe. A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un système hydraulique comprenant un réservoir contenant un fluide, un circuit hydraulique sous pression, une pompe apte à prélever le fluide du réservoir pour le déverser dans le circuit hydraulique, et un moteur actionnant la pompe, le système hydraulique comportant en outre un variateur contrôlant au moins deux paramètres du moteur, un couple et une vitesse de rotation, et un circuit de commande apte à commander numériquement lesdits paramètres du moteur imposés par le variateur, le paramètre de couple du moteur correspondant à une valeur de pression induite dans le circuit hydraulique, le paramètre de vitesse de rotation du moteur correspondant à une valeur de débit induite dans le circuit hydraulique. L'invention permet ainsi de pomper le fluide contenu dans le réservoir de sorte à obtenir une valeur de pression et un débit prédéterminée dans l'accumulateur ou dans le circuit hydraulique. La pompe est utilisée au minimum pour générer la pression et le débit souhaitée avec un minimum de consommation électrique. L'invention permet également la réalisation de « groupe hydraulique » avec une bonne stabilité de la pression et une importante économie d'énergie. Selon un mode de réalisation, le système hydraulique comporte un moyen de mesure de la pression dans le circuit hydraulique, la mesure de pression étant délivrée au circuit de commande. Ce mode de réalisation permet au circuit de commande une comparaison de la consigne de pression demandée et de la pression obtenue pour l'élaboration de la consigne de couple moteur (boucle asservissement). Le circuit de commande peut ainsi corriger directement la pression imposée à travers une variation des paramètres du moteur assurant une grande précision de la régulation de pression et avec une utilisation minimum de la pompe (économie d'énergie). Le circuit de commande peut également mettre en oeuvre des alarmes en cas de variation de la pression dans le circuit hydraulique. Selon un mode de réalisation, le système hydraulique comporte un vérin alimenté par le circuit hydraulique, les efforts du vérin dépendant de la pression du fluide dans le circuit hydraulique et la vitesse de déplacement du vérin dépendant du débit du fluide. Ce mode de réalisation permet de faire varier les efforts et la vitesse d'un vérin. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant pour un système de compactage ou de presse. Selon un mode de réalisation, le système hydraulique comporte un moyen de mesure de la position du vérin, la mesure de position du vérin étant délivrée au circuit de commande. Ce mode de réalisation permet au circuit de commande de contrôler les efforts, la vitesse et la position du vérin en fonction des déplacements du vérin. Ce mode de réalisation permet également au circuit de commande d'élaborer les consignes de vitesse et couple, permettant la gestion d'une boucle d'asservissement en vitesse et en position. Le circuit de commande peut ainsi corriger directement la pression imposée au vérin à travers une variation des paramètres du moteur couple et vitesse du moteur. Selon un mode de réalisation, le vérin étant un vérin double effet comprenant deux chambres, le système hydraulique comporte un distributeur apte à relier le circuit hydraulique à l'une ou l'autre des deux chambres du vérin double effet. Ce mode de réalisation permet de faire varier l'effort et la vitesse d'un vérin double effet dans les deux sens d'utilisation, par exemple pour contrôler un vérin destiné à des presses, des poinçonneuse et tous système demandant un contrôle en effort et vitesse bidirectionnel du vérin. 3005 703 4 Selon un mode de réalisation, le circuit de commande commande également le distributeur. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté à une application d'axes hydraulique piloté par un automate ou une commande numérique, par exemple axe hydraulique de machine outil d'usinage, presse à 5 étirer, plieuse, application robotique... Selon un mode de réalisation, le système hydraulique comporte un accumulateur de pression. Ce mode de réalisation permet de consommer ponctuellement plus de pression que le débit de la pompe. 10 Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, des modes de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : - la Figure 1 illustre un système hydraulique selon un premier mode 15 de réalisation, dans lequel le système hydraulique commande un vérin double effet contrôlé en effort, vitesse et position ; et - la Figure 2 illustre un système hydraulique selon un deuxième mode de réalisation, dans lequel le système hydraulique commande quatre actionneurs contrôlés en pression. 20 Description détaillée des modes de réalisation de l'invention La Figure 1 illustre un système hydraulique 10 à contrôle électronique de pression et de débit selon un premier mode de réalisation. Le système hydraulique 10 comprend un circuit de commande 11 commandant un variateur 25 12. Le variateur 12 contrôle un moteur 14 sans balai (également appelé moteur « brushless ») représenté schématiquement par un circuit d'alimentation des enroulements 15 et un capteur de position 16. Un moteur sans balai comprend un rotor muni de plusieurs aimants permanents et d'un capteur de position 16 rotorique. Un stator du moteur 14 est alimenté suivant trois phases pour induire 30 un champ magnétique tournant entrainant le rotor. Lorsque le rotor tourne, le capteur de position 16 envoie un signal de position 37 au variateur 12 afin que les changements de phases du moteur 14 anticipent la position du rotor. Ce signal de position 37 de la Figure 1 peut varier de technologie suivant le type et le fabriquant du variateur et du moteur sans changer l'invention. Ce mode d'utilisation d'un moteur 14 sans balai avec un variateur 12 permet d'éviter des phénomènes de glissement du rotor améliorant ainsi la précision de commande du rotor du moteur 14. Le variateur 12 est commandé par le circuit de commande 11 suivant un paramètre de couple 35 et un paramètre de vitesse 36. Ces deux paramètres 35-36 permettent de calibrer la rotation du rotor du moteur 14. En variante, l'invention peut fonctionner avec d'autres types de moteur synchrone ou asynchrone. Le moteur 14 entraine une pompe hydraulique 18 prélevant un fluide 33 contenu dans un réservoir 20, par un conduit de pompage 45, pour le déverser dans un circuit hydraulique 30 sous pression. Le circuit hydraulique 30 sous pression est connecté à un vérin double effet 22 par l'intermédiaire d'un distributeur 21. Le vérin double effet 22 comporte deux chambres 23-24 actionnant un piston 25, une première chambre 23 est reliée au distributeur 21 par le conduit 40 et une deuxième chambre 24 est reliée au distributeur 21 par le conduit 41. Le distributeur 21 permet de relier le circuit hydraulique 30 sous pression à l'une des deux chambres 23-24 du vérin double effet 22, l'autre chambre 23- 24 étant reliée à un conduit de vidange 46 déversant le fluide 33 contenu dans cette chambre dans le réservoir 20. Dans l'exemple de la Figure 1, le circuit hydraulique 30 est relié à la deuxième chambre 24 et la première chambre 23 est reliée au conduit de vidange 46. La position du distributeur 21 est commandée par un signal de commande 38 émit par le circuit de commande. La pression et le débit du circuit hydraulique 30 est directement réglée par les paramètres 35, 36 du moteurs 14 contrôlés par le circuit de commande 11. Ainsi, dans l'exemple de la Figure 1, le circuit de commande 30 peut commander la pression et le débit dans la deuxième chambre 24 du vérin double effet 22. La valeur de pression de chaque chambre 23-24 du vérin double effet 22 est directement correspondante à un effort exercé par le piston 25. La vitesse de déplacement du piston est directement proportionnelle au débit généré par la pompe 18. Le circuit de commande 30 peut donc faire varier l'effort et la vitesse de déplacement du piston 25 en fonction des besoins de l'application. Le système hydraulique 10 de la Figure 1 montre également un moyen 31 de mesure de la position du piston 25. Ce moyen 31 de mesure peut prendre toutes les formes connues telles que les dispositifs optiques, électroniques ou mécaniques. Le moyen 31 de mesure émet un signal de position du piston 25 à destination du circuit de commande 11 qui peut ainsi comparer la mesure de position du piston 25 à la consigne de position et de générer la nouvelle consigne de vitesse 36. Ce moyen 31 de mesure permet donc au système de commande 11 de corriger les paramètres 35-36 imposés au moteur 14 en fonction de la position mesurée. Dans ce cas le circuit de commande 11 est suivant l'application un automate programmable industriel ou une commande numérique pour les applications plus complexes. On entend par « automate programmable », un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriels par un traitement séquentiel ou combinatoire. En pratique, un automate programmable se distingue d'un circuit de commande par la simplicité de sa programmation ainsi que par une taille d'implantation réduite. On entend par « commande numérique » le système de commande qui exécute un programme et contrôle les mouvements d'une machine ou d'une installation composé d'un ou plusieurs axes qui peuvent être électriques ou dans notre cas hydrauliques. Les applications les plus communes d'utilisation de commande numérique sont l'usinage avec enlèvement de matière (tournage, fraisage), la rectification, le pliage et la mise en forme de métal (plieuse, presse à étirer) et les applications robotiques. La Figure 2 montre un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel le circuit de commande correspond à un automate programmable 13 ou 3 0 à un système électronique dédié dans le cas ou ce système serait produit en série importante. Le circuit hydraulique 30 est complété par un accumulateur 33. L'accumulateur 32 correspond à un réservoir sous pression permettant de palier à des chutes de pression si la consommation est ponctuellement plus importante que le débit de la pompe. La pression est commandé par l'automate programmable 13 en pilotant la consigne de couple 35 du variateur. Dans le cas de la Figure 2, le système hydraulique 10 alimente quatre actionneurs hydraulique 26-29 par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation 43 et d'un accumulateur 32. Les actionneurs 26-29 hydrauliques peuvent être de tous types connus tels que les vérins et les actionneurs rotatifs. Les actionneurs peuvent être commandés indépendamment par un circuit de contrôle externe ou directement par l'automate programmable 13. Le mode de réalisation de la Figure 2 permet ainsi de contrôler plusieurs actionneurs avec une pression contrôlée. Le système hydraulique 10 peut alimenter autant d'actionneur que le débit de la pompe et les cycles d'utilisation des actionneurs le permettent. REVENDICATIONS1. Système hydraulique (10) comprenant : - un réservoir (20) contenant un fluide (33), - un circuit hydraulique (30) sous pression, - une pompe (18) apte à prélever le fluide (33) du réservoir (20) pour le déverser dans le circuit hydraulique (30), et - un moteur (14) actionnant la pompe (18), caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un variateur (12) contrôlant au moins deux paramètres (35-36) du moteur (14), un couple et une vitesse de rotation, et - un circuit de commande (11) apte à commander numériquement lesdits paramètres (35-36) du moteur imposés par le variateur (12), - le paramètre (35) de couple du moteur (14) correspondant à une valeur de pression induite dans le circuit hydraulique (30), - le paramètre (36) de vitesse de rotation du moteur (14) correspondant à une valeur de débit induite dans le circuit hydraulique (30). 2. Système hydraulique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure de la pression dans le circuit hydraulique (30), la mesure de pression étant délivrée au circuit de commande (11). 3. Système hydraulique (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un vérin (22) alimenté par le circuit hydraulique (30), les efforts du vérin (22) dépendant de la pression du fluide (33) dans le circuit hydraulique (30) et la vitesse de déplacement du vérin (22) dépendant du débit du fluide (33). 4. Système hydraulique (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce 3 0 qu'il comporte un moyen (31) de mesure de la position du vérin (22), la mesure de position du vérin (22) étant délivrée au circuit de commande (11). 5. Système hydraulique (10) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, le vérin (22) étant un vérin double effet comprenant deux chambres (23- 3005 703 9 24), le système hydraulique (10) comporte un distributeur (21) apte à relier le circuit hydraulique (30) à l'une ou l'autre des deux chambres (23-24) du vérin double effet. 5 6. Système hydraulique (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de commande (11) commande également le distributeur (21). 7. Système hydraulique (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un accumulateur de pression (32). 10 15