<Desc/Clms Page number 1>
THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE IN HER BRITANNIC
MAJESTY'S GOVERNMENT OF THE UNITED KINGDOM
OF GREAT BRITAIN AND NORTHERN IRELAND Perfectionnements aux dispositifs d'actionnement à fluide électrorhéologique.
La présente invention concerne des dispositifs d'actionnement à fluide électrovisqueux, l'expression "dispositif d'actionnement à fluide électrovisqueux se rapportant dans le présent mémoire à un appareil qui comporte au moins deux valves"électrovisqueuses"ainsi qu'un élément mobile en réaction à la pression produite par le fluide électrovisqueux. Dans ces dispositifs
<Desc/Clms Page number 2>
d'actionnement, on peut modifier la pression produite par le fluide en faisant varier la résistance d'au moins une des valves par réglage du champ électrique appliqué à la ou aux valves. La résistance d'une valve électrovisqueuse est définie comme étant la perte de charge au passage de la valve par unité de débit de fluide électrovisqueux à travers la valve.
Dans la description suivante, par le terme"résistance", on entend la signification définie plus haut, c'est-à-dire la résistance à l'écoulement du fluide et non la résistance électrique.
On a proposé d'utiliser des dispositifs d'actionnement à fluide électrovisqueux pour régler l'écoulement d'un fluide hydraulique dans un système hydraulique. Dans cette application, l'élément mobile du dispositif d'actionnement doit être relié directement ou indirectement à une valve dans le système hydraulique de sorte que, lorsque l'élément est déplacé par la pression du fluide électrovisqueux, il actionne la valve dans le système hydraulique. Il est avantageux d'utiliser un dispositif d'actionnement à fluide électrovisqueux pour une telle application, parce que le fonctionnement du dispositif d'actionnement n'exige qu'un faible courant électrique et qu'il réagit rapidement aux signaux de commande, par comparaison aux dispositifs d'actionnement électromécaniques classiques.
On a également proposé d'utiliser des dispositifs d'actionnement à fluide électrovisqueux dans des vibrateurs. Dans cette application, les champs électriques appliqués aux valves électrovisqueuses du dispositif d'actionnement doivent être modifiés de manière cyclique afin de produire des oscillations de l'élément mobile à une fréquence souhaitée. Il est avantageux d'utiliser un dispositif d'actionnement à
<Desc/Clms Page number 3>
fluide électrovisqueux pour cette application, parce que le nombre de pièces mobiles est réduit par comparaison aux vibrateurs à masse tournante classiques.
Des dispositifs d'actionnement à fluide électrovisqueux qui ont été proposés pour les applications qui précèdent comprennent quatre valves électrovisqueuses disposées en un montage en pont de Wheatstone. On fait fonctionner un dispositif d'actionnement présentant un tel montage en réglant ensemble les champs électriques des valves électrovisqueuses situées dans des branches opposées, mais de telle façon que la résistance des valves d'une paire de branches opposées soit élevée par rapport à la résistance des valves de l'autre paire de branches opposées.
Si l'élément mobile est agencé de manière à réagir à la différence de pression du fluide électrovisqueux au niveau des points de raccordement communs des valves, il peut être entraîné dans un sens ou dans l'autre par sélection de la résistance des valves de la paire appropriée de branches opposées. Ce montage a l'avantage que la perte de charge du fluide électrovisqueux dans le montage en pont et le débit à travers ce montage peuvent être maintenus constants par des réglages appropriés de la résistance des valves électrovisqueuses, indépendamment du comportement de l'élément mobile, ce qui permet à la pompe qui fournit le fluide sous pression de travailler sous une charge constante.
Cependant, des dispositifs d'actionnement utilisant ce montage ont l'inconvénient que leur vitesse de réaction pour inverser le sens du déplacement de l'élément est limitée. Cet inconvénient est dû au fait que l'inversion du sens de déplacement de l'élément exige qu'une fraction du fluide électrovisqueux dans le montage inverse le sens de son écoulement et, par conséquent, l'inertie du fluide limite la
<Desc/Clms Page number 4>
vitesse à laquelle le dispositif d'actionnement peut réagir à des signaux de commande.
L'invention vise à procurer un dispositif d'actionnement à fluide électrovisqueux qui présente une vitesse de réaction améliorée par rapport à celle des dispositifs d'actionnement précités comprenant un montage en pont de Wheatstone de valves électrovisqueuses.
L'invention évite l'inconvénient précité au moyen d'un montage de valves électrovisqueuses comportant un seul trajet d'écoulement par lequel, en fonctionnement, l'écoulement du fluide électrovisqueux est constant et unidirectionnel.
Suivant l'invention, un dispositif d'actionnement à fluide électrovisqueux comporte un élément d'actionnement mobile, au moins deux valves électrovisqueuses comportant chacune un boîtier et un obturateur mobile au moins en partie conducteur électrique relié mécaniquement à l'élément d'actionnement et un appareil de commande électrique pour modifier les résistances à l'écoulement du fluide de l'une des valves électrovisqueuses de chaque paire afin de sélectionner la direction et le sens dans lequel l'élément d'actionnement est sollicité, en service, par coopération des valves électrovisqueuses avec le fluide électrovisqueux sous pression, les valves électrovisqueuses étant raccordées en série par paires et le fluide électrovisqueux pouvant s'écouler en sens opposé, le long de l'élément d'actionnement, dans les deux valves de chaque paire,
afin que l'élément d'actionnement puisse être sollicité dans l'une ou l'autre de deux directions opposées.
L'appareil de commande électrique est, de préférence, agencé pour modifier les résistances au fluide de deux valves électrovisqueuses d'une manière opposée, la résistance totale du dispositif d'action-
<Desc/Clms Page number 5>
nement à l'écoulement du fluide électrovisqueux étant ainsi maintenue en substance constante.
Dans une forme d'exécution préférée, les valves électrovisqueuses sont en substance cylindriques et au moins une partie de l'élément d'actionnement mobile est disposée concentriquement à travers deux de ces valves.
L'obturateur mobile de chaque valve comprend, de préférence, plusieurs cylindres creux conducteurs électriques concentriques à l'élément d'actionnement. Les boîtiers des valves et l'élément d'actionnement peuvent être faits d'une matière conductrice électrique lorsqu'ils sont de préférence agencés avec une connexion électrique commune ; des moyens sont prévus pour empêcher les obturateurs mobiles de faire contact électrique avec les boîtiers des valves, par exemple des pièces d'espacement isolantes limitant le déplacement longitudinal.
L'invention sera décrite à présent, à titre d'exemple uniquement, avec référence au dessin annexé qui représente un dispositif d'actionnement conforme à l'invention et une source de fluide électrovisqueux sous pression.
Le dessin montre un élément d'actionnement mobile 1 auquel sont fixés, au moyen de barres 2 en matière isolante électrique, les obturateurs mobiles de deux valves électrovisqueuses 3 (représentées en coupe). Chaque obturateur comprend plusieurs cylindres concentriques espacés 4 auxquels un champ électrique peut être appliqué au moyen d'un appareil de commande électrique 5, les cylindres étant isolés électriquement les uns des autres à l'intérieur des boîtiers de valves. Les cylindres 4 sont entourés par des boîtiers 6 qui sont pourvus d'entrées 7 et de sorties 8 pour l'écoulement du fluide électrovisqueux.
Les boîtiers 6
<Desc/Clms Page number 6>
ne sont pas fixés à l'élément d'actionnement 1 et sont pourvus d'organes d'étanchéité 9 qui permettent à l'élément de se déplacer par rapport aux boîtiers, mais empêchent toute fuite de fluide électrovisqueux. Il peut être souhaitable d'empêcher une fuite de fluide électrovisqueux entre le cylindre 4 extérieur et le boîtier 6. A cet effet, on peut utiliser un joint d'étanchéité à coulissement (non représenté) fait d'une matière flexible qui ne vient pas en contact avec le fluide électrovisqueux, d'une manière semblable à un vérin hydraulique à piston et cylindre habituel. Les connexions électriques aux cylindres 4 peuvent alors être disposées de manière que le cylindre extérieur se trouve au même potentiel que le boîtier 6.
Les valves sont raccordées en série au moyen d'une conduite 10. L'entrée 7 de la valve de gauche au dessin est raccordée, par l'intermédiaire d'une conduite 11, à la sortie d'une pompe 12 et l'entrée de la pompe est raccordée, par l'intermédiaire d'une conduite 13, à la sortie de la valve de droite pour compléter un circuit pour l'écoulement du fluide électrovisqueux.
En fonctionnement, le circuit de fluide comprenant la pompe 12, les valves 3 et les conduites 10, 11 et 13 est chargé de fluide électrovisqueux. La pompe 12 refoule le fluide électrovisqueux dans le circuit et, pendant ce temps, le fluide traverse la valve de gauche vers la droite (au dessin) et la valve de droite vers la gauche. Comme les valves sont semblables, les forces exercées sur l'élément 1 par suite de la pression du fluide entrant sur les cylindres 4 de chaque obturateur mobile sont égales et opposées. Cela étant, lorsque le dispositif d'actionnement est désexcité, c'est-à-dire lorsqu'aucune tension n'est appliquée à l'une ou l'autre des valves, l'élément 1 ne se déplace pas.
Cependant, si on souhaite solliciter
<Desc/Clms Page number 7>
l'élément d'actionnement, par exemple vers la gauche, on peut à cet effet actionner l'appareil de commande électrique 5 pour appliquer un champ électrique aux cylindres 4 de l'obturateur mobile de la valve de droite (les valves étant faites d'une matière conductrice électrique). Comme un cylindre 4 sur deux est connecté électriquement à la masse et à l'appareil 5, le fonctionnement de l'appareil 5 crée des champs électriques semblables entre des paires adjacentes de cylindres. Ces champs ont pour effet d'augmenter la résistance à l'écoulement du fluide électrovisqueux dans les régions sur lesquelles ils agissent et, par conséquent, ils augmentent la perte de charge au passage de la valve (en d'autres termes, la résistance de la valve augmente).
Ceci a pour effet d'augmenter la force vers la gauche subie par l'élément 1 par suite de la pression du fluide électrovisqueux entrant exercée sur les cylindres de la valve et du fluide présent dans les régions de champ électrique. L'élément d'actionnement se déplace alors vers la gauche. Quoique le dessin ne le montre pas, il est nécessaire de prévoir un moyen pour limiter le déplacement de l'élément d'actionnement en vue d'empêcher les cylindres 4 d'entrer en contact avec les faces internes des boîtiers 6. L'élément peut être sollicité vers la droite par réglage, au moyen de l'appareil 5, de la résistance des valves de telle sorte que la résistance de la valve de gauche soit supérieure à celle de la valve de droite.
Il est préférable en fonctionnement de maintenir la résistance totale du dispositif d'actionnement constante et ce résultat peut être facilement atteint par réglage des potentiels électriques fournis par l'appareil 5. Par exemple, les potentiels électriques appliqués aux valves, lorsque l'élément mobile est
<Desc/Clms Page number 8>
stationnaire, peuvent être tels que les résistances des valves soient égales à la moitié de leur valeur maximum. Par conséquent, lorsque l'élément d'actionnement doit être déplacé, le potentiel électrique appliqué à une des valves peut être égal à zéro et la résistance à l'écoulement peut être faible, le potentel électrique appliqué à l'autre valve pouvant être tel que sa résistance soit égale à sa valeur maximum.
Le circuit de fluide représenté ne montre que les particularités qui sont essentielles pour décrire l'invention. Il est clair pour le lecteur qu'en pratique, des particularités supplémentaires, en ellesmêmes de type classique, peuvent être incorporées au dispositif d'actionnement. Un dispositif de surveillance de la température peut être prévu pour avertir d'une surchauffe éventuelle et un dispositif de mesure de la température peut être prévu pour commander un dispositif échangeur de chaleur en vue de limiter toute augmentation de température. Un dispositif sensible à la pression peut être agencé de manière à mettre le circuit de fluide à l'échappement si la pression qui y règne excède une valeur prédéterminée et toute fluctuation du débit de la pompe peut être égalisée par un accumulateur hydraulique raccordé au circuit de fluide.
Il est possible de faire fonctionner plusieurs dispositifs d'actionnement électrovisqueux, en série ou en parallèle, à partir d'une seule pompe. Dans certains dispositifs conçus pour ne fonctionner que pendant un court laps de temps seulement, la pompe peut être remplacée par un réservoir sous pression de fluide électrovisqueux qui peut permettre au fluide de s'écouler à l'égoût à sa sortie du dispositif d'actionnement.
Pour un tel dispositif, il est avantageux de faire fonctionner plusieurs dispositifs d'actionnement en série et d'augmenter la pression de manière correspon-
<Desc/Clms Page number 9>
dante dans le réservoir, afin de réduire au minimum la quantité de fluide électrovisqueux requise.
L'appareil de commande électrique 5 doit, dans la forme d'exécution décrite plus haut, essentiellement fournir deux tensions, une à chaque valve électrovisqueuse du dispositif d'actionnement et chacune de ces tensions peut être modifiée, de préférence à l'aide de moyens qui permettent d'augmenter une tension et de réduire l'autre automatiquement en même temps et inversement, de sorte qu'une des valves électrovisqueuses 3 soit amenée à offrir davantage de résistance à l'écoulement du fluide que l'autre. L'impédance électrique d'une valve électrovisqueuse est élevée ; par conséquent, l'appareil 5 ne doit supporter qu'un courant faible. Il peut, par conséquent, s'agir d'un dispositif de faible puissance et aussi compact que le permet une isolation électrique adéquate.
Une forme d'exécution de l'invention a été décrite dans laquelle un élément d'actionnement mobile peut être déplacé dans un sens ou dans l'autre d'une direction. S'il le faut, des paires supplémentaires de valves électrovisqueuses, fonctionnant comme décrit plus haut, peuvent être prévues, avantageusement reliées mécaniquement, directement ou indirectement, à l'élément d'actionnement, pour le déplacer dans un sens ou dans l'autre dans une autre direction, par exemple dans une direction perpendiculaire à la direction déjà mentionnée plus haut. Des moyens sont prévus dans l'appareil de commande électrique 5 pour fournir d'autres tensions réglables aux paires supplémentaires de valves électrovisqueuses.
Il est clair'pour les spécialistes que bien que l'invention ait été décrite, à titre d'exemple avec référence à un dispositif d'actionnement comportant des obturateurs de valves cylindriques, ce principe peut
<Desc/Clms Page number 10>
être facilement étendu à des dispositifs dans lesquels les obturateurs ont une forme différente. On peut utiliser par exemple une pile de plaques parallèles, mobiles dans un boîtier de section rectangulaire ou s'il s'agit d'un boîtier cylindrique, montées dans un orifice prévu dans un piston pouvant coulisser dans le cylindre.
Dans une autre forme d'exécution, la valve pourrait comporter plusieurs parties, telles que des tiges, reliées chacune à l'appareil 5 et traversant chacune un trou correspondant prévu dans un piston mis à la masse, le fluide électrovisqueux étant à même de s'écouler entre la surface de chaque tige et le trou dans le piston. La forme détaillée du dispositif d'actionnement peut être modifiée dans de larges limites pour satisfaire des exigences particulières ou pour éviter des problèmes structurels particuliers.