EP0214911A1 - Moteur couple à potentiomètre hydraulique pour servo-distributeur - Google Patents

Moteur couple à potentiomètre hydraulique pour servo-distributeur Download PDF

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EP0214911A1
EP0214911A1 EP86401946A EP86401946A EP0214911A1 EP 0214911 A1 EP0214911 A1 EP 0214911A1 EP 86401946 A EP86401946 A EP 86401946A EP 86401946 A EP86401946 A EP 86401946A EP 0214911 A1 EP0214911 A1 EP 0214911A1
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magnets
core
fixed
hydraulic
torque motor
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    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0438—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being of the nozzle-flapper type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
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    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86582—Pilot-actuated
    • Y10T137/86614—Electric

Definitions

  • the present invention relates to a torque motor with hydraulic potentiometer for servo-distributor, intended in particular for the control of hydraulic cylinders and motors.
  • This type of torque motor is intended to control a hydraulic potentiometer consisting of four jets mounted in a bridge.
  • the output of the torque motor called a vane, varies the section of two nozzles, which generates a pressure differential proportional to the control current of the torque motor.
  • This comprises magnets fixed to armatures in which is placed a core whose ends are separated from the armatures by an air gap and around which are mounted two induction coils capable of being supplied with electric current.
  • the pallet is fixed by one of its ends to a bending tube itself secured to the core by its corresponding end.
  • the symmetry of the magnetic circuit means that no torque acts on the core in the absence of current in the coils.
  • each end of the core is polarized and is, in the air gaps, subjected to an electromagnetic force which creates a couple causing a bending of the tube, which in turn moves the paddle between the two associated nozzles.
  • Some torque motors are fitted with a single magnet, and others with two. These magnets have a general U-shape in which must be machined housings for the fixing screws to the frames. As a result, these magnets have a relatively complicated geometry, which causes difficulties in manufacturing. In addition, their size is important, and they have a low coercive field, so that if the torque motor is dismantled, they must be re-magnetized before reassembly.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks by producing a torque motor provided with magnets of simplified shape, therefore easy to manufacture, of reduced size and of strong coercive field.
  • the torque motor is provided with four parallelepipedic or cylindrical magnets, made of an appropriate alloy with a strong coercive field, and placed at the rate of a pair at each end of the core.
  • the magnets are made of an alloy based on rare earth and cobalt, for example a samarium-cobalt alloy.
  • This type of magnet has, for an equal size with the usual magnets, an induction force two to three times higher while also having a strong coercive field. They can therefore have a much smaller overall size and weight than the conventional magnets used until now in the torque motors targeted by the invention.
  • the device shown in the drawings comprises a torque motor designated by the general reference M which is the subject of the invention, and a hydraulic potentiometer P known per se, arranged to be controlled by the motor M in order to generate a differential pressure, which itself can be implemented for the control of various elements, such as jacks or hydraulic motors.
  • the torque motor M comprises two metal frames 1 and 2, in which is disposed a core 3, around which are wound two induction coils 4, 5 capable of being supplied with electric current by an electric source not shown.
  • the coils 4, 5 are each wrapped in a coating 10, 20 of plastic material, housed in a support 30.
  • the above-mentioned parts are covered by a protective cover 6 fixed to a base 7 pierced centrally with an orifice 8 through which a bending tube 9, one end of which is fixed to the core 3 by embedding in the middle part thereof.
  • the bending tube 9 ends at its end opposite to the core 3 by a disc 11, and contains a pallet 12 embedded at one of its ends in the bending tube 9.
  • the disc 11 is fixed to the body 13 of the hydraulic potentiometer P, tan say that the free end 12a of the pallet 12 is positioned between two nozzles 14, 15, at equal distance x from one and the other.
  • the body 13 is internally provided with two other nozzles 16, 17 housed in a pipe 18 passing through the body 13 right through to end up at outlets A and B, while the hydraulic pressure P reaches in the pipe 18 between the two nozzles 16 and 17.
  • the pipe 18 Downstream of the nozzles 16, 17, the pipe 18 communicates with two conduits 19, 21 which lead respectively to the nozzles 14 and 15, which in turn allow the passage of the hydraulic liquid in a chamber extended by a pipe 22 returning to the tank hydraulic R (not shown).
  • the torque motor M is provided, in accordance with the invention, with four magnets 23, 24, 25, 26, of parallelepiped shape in this embodiment, fixed to the frames 1, 2 on the basis of a pair of magnets mounted transversely on each side of one end of the core 3.
  • the magnets 23, 24, 25, 26 are fixed to the frames 1, 2 by gluing, and the shims 27, 28, 29, 31, made for example of soft iron, are also fixed to the respective magnets by gluing on them.
  • the magnets are made of a material having, at equal size with a conventional magnet, a much higher induction force and a strong coercive field: they can thus be constituted by an alloy based on rare earth and cobalt, for example a samarium-cobalt alloy. It is also possible to use, to form the elements 23, 24, 25, 26, a neodymium-iron-boron alloy, these examples being given for information only.
  • the magnets can be produced in the form of four cylindrical pellets instead of parallelepipedic ones.
  • the fact of using one of the alloys mentioned above allows, with an equal induction force with a conventional magnet, to considerably reduce the dimensions and the weight of each magnet, which can therefore be fixed to the armature corresponding by simple bonding, instead of screws as in previous embodiments.
  • the simplicity of the geometry of the magnets 23, 24, 25, 26 facilitates their machining and makes it less expensive than that of conventional magnets.
  • the device illustrated in the drawings operates as follows: the pressure P creates two flows: one travels through the nozzles 16, 14 on the one hand, and the other through the nozzles 17, 15 on the other hand, these two flows emerging from the potentiometer P through the pipe 22 to the tank R.
  • the free end 12a of the vane 12 being at equal distance x from the nozzles 14, 15, the pressures at A and B are equal when no electric current travels through the coils 4 and 5. Indeed, no torque then acts on the core 3.
  • each end of the core 3 is polarized and is located in the air gaps y, subjected to an electromagnetic force which creates a couple in the central zone O of embedding the bending tube 9 in the core 3.
  • This couple causes the tube 9 to bend, which then causes the end 12a of the pallet 12 to move.
  • the latter takes an equilibrium position when the reaction torque of the tube 9 is equal to the engine torque, while its free end approaches one of the nozzles 14 or 15. If for example this free end approaches the nozzle 14, this causes a rise in the hydraulic pressure at the outlet A with respect to the pressure prevailing in the outlet B.
  • This pressure differential can be used as already indicated for actuating any member such as a jack or a hydraulic motor.

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Abstract

Moteur couple (M) pour potentiomètre hydraulique (P) de servo-distributeur destiné notamment à la commande de vérins et moteurs hydrauliques, comprenant des aimants fixés à des armatures (1, 2) dans lesquelles est disposé un noyau (3) dont les extrémités sont séparées des armatures (1, 2) par des entrefers (y) et autour duquel sont montées deux bobines d'induction (4, 5) susceptibles d'être alimentées en courant électrique,et une palette (12) fixée par une de ses extrémités à un tube (9) de flexion lui-même solidarie du noyau (3) par son extrémité correspondante, caractérisé en ce qu'il comprend quatre aimants (23, 24, 25, 26) parallélépipédiques ou cylindriques, réalisés en un alliage approprié à fort champ coercitif, et placés à raison d'une paire à chaque extrémité du noyau (3). Ces aimants sont plus faciles à fabriquer, à usiner et à fixer dans le moteur que les aimants habituels, tout en ayant un champ coercitif beaucoup plus élevé.

Description

  • La présente invention a pour objet un moteur couple à potentiomètre hydraulique pour servo-dis­tributeur, destiné notamment à la commande de vérins et moteurs hydrauliques.
  • Ce type de moteur couple est destiné à commander un potentiomètre hydraulique constitué de quatre gicleurs montés en pont. La sortie du moteur couple, appelée palette, fait varier la section de deux gicleurs, ce qui génère un différentiel de pression proportionnel au courant de commande du moteur couple.
  • Celui-ci comprend des aimants fixés à des armatures dans lesquels est disposé un noyau dont les extrémités sont séparées des armatures par un entrefer et autour duquel sont montées deux bobines d'induction susceptibles d'être alimentées en courant électrique. La palette est fixée par une de ses extrémités à un tube de flexion lui-même solidaire du noyau par son extrémité correspondante.
  • La symétrie du circuit magnétique fait qu'aucun couple n'agit sur le noyau en l'absence de courant dans les bobines. Par contre quand celles-ci sont alimentées en courant dans le sens convenable pour que leurs champs magnétiques s'ajoutent, chaque extrémité du noyau est polarisée et se trouve, dans les entrefers, soumise à une force électromagnétique qui crée un couple provoquant une flexion du tube, qui à son tour déplace la palette entre les deux gicleurs associés.
  • Certains moteurs couples sont équipés d'un seul aimant, et d'autres de deux. Ces aimants ont une forme générale en U dans laquelle doivent être usinés des logements pour les vis de fixation aux armatures. Il en résulte que ces aimants ont une géométrie rela­tivement compliquée, qui entraîne des difficultés de fabrication. En outre, leur encombrement est impor­tant, et ils ont un faible champ coercitif, de sorte que si l'on démonte le moteur couple, il faut ulté­rieurement les réaimanter avant remontage.
  • L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant un moteur couple pourvu d'aimants de forme simplifiée, donc aisée à fabriquer, d'encombrement réduit et de fort champ coercitif.
  • Suivant l'invention, le moteur couple est pourvu de quatre aimants parallélépipédiques ou cylindriques, réalisés en un alliage approprié à fort champ coercitif, et placés à raison d'une paire à chaque extrémité du noyau.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les aimants sont constitués en un alliage à base de terre rare et de cobalt, par exemple un alliage samarium-cobalt.
  • Ce type d'aimant a, à taille égale avec les aimants habituels, une force d'induction deux à trois fois plus élevée en ayant de plus un fort champ coer­citif. Ils peuvent dont présenter un encombrement et un poids beaucoup plus réduits que les aimants class­iques utilisés jusqu'à présent dans les moteurs cou­ples visés par l'invention.
  • Cependant, pour ce type d'aimant, il est très difficile d'exécuter des perçages pour le passage des vis d'assemblage comme pour les aimants habituels. Mais précisément leurs poids et encombrement considérablement plus faibles permettent de les solidariser par simple collage avec les armatures du moteur.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation :
    • - la Figure 1 est une vue en coupe axiale d'une forme de réalisation du moteur couple selon l'invention et du potentiomètre hydraulique associé à ce moteur:
    • - la Figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la Figure 1;
    • - la Figure 3 est une vue en élévation latérale suivant la direction de la flèche K de la Figure 1 (face latérale du capot retirée).
  • Le dispositif représenté aux dessins com­prend un moteur couple désigné par la référence gé­nérale M qui fait l'objet de l'invention, et un po­tentiomètre hydraulique P connu en soi, agencé pour être commandé par le moteur M afin de générer une pression différentielle, qui elle-même peut être mise en oeuvre pour la commande de divers éléments, tels que des vérins ou des moteurs hydrauliques.
  • Le moteur couple M comprend deux armatures métalliques 1 et 2, dans lesquelles est disposé un noyau 3, autour duquel sont enroulées deux bobines d'induction 4, 5 susceptibles d'être alimentées en courant électrique par une source électrique non représentée. Les bobines 4, 5 sont chacune enveloppées dans un enrobage 10, 20 en matière plastique, logé dans un support 30. Les pièces précitées sont recou­vertes par un capot 6 de protection fixé à une embase 7 percée centralement d'un orifice 8 traversé par un tube de flexion 9 dont une extrémité est fixée au noyau 3 par encastrement dans la partie médiane de celui-ci.
  • Le tube de flexion 9 se termine par son extrémité opposée au noyau 3 par un disque 11, et contient une palette 12 encastrée à l'une de ses extrémités dans le tube de flexion 9. Le disque 11 est fixé au corps 13 du potentiomètre hydraulique P, tan­ dis que l'extrémité libre 12a de la palette 12 se trouve positionnée entre deux gicleurs 14, 15, à égale distance x de l'un et de l'autre. Le corps 13 est muni intérieurement de deux autres gicleurs 16, 17 logés dans une canalisation 18 traversant le corps 13 de part en part pour aboutir à des sorties A et B, tandis que la pression hydraulique P parvient dans la cana­lisation 18 entre les deux gicleurs 16 et 17.
  • En aval des gicleurs 16, 17, la canalisation 18 communique avec deux conduits 19, 21 qui débouchent respectivement sur les gicleurs 14 et 15, lesquels permettent à leur tour le passage du liquide hydrau­lique dans une chambre prolongée par une canalisation 22 de retour au réservoir hydraulique R (non repré­senté).
  • Le moteur couple M est muni, conformément à l'invention, de quatre aimants 23, 24, 25, 26, de forme parallélépipédique dans ce mode de réalisation, fixés aux armatures 1, 2 à raison d'une paire d'ai­mants montés transversalement de chaque côté d'une extrémité du noyau 3.
  • Les aimants 23- 26 ont des pôles Nord = N et Sud = S, positionnés comme indiqué à la Figure 1, afin que leurs lignes d'induction se ferment convenablement dans le circuit magnétique. Il sont emboîtés dans les extrémités des armatures 1, 2, dans lesquelles les deux bobines d'induction 4, 5 sont également emboî­tées. A chaque aimant 23, 24, 25, 26, est fixée une cale correspondante 27, 28, 29, 31, permettant de ré­gler la largeur de l'entrefer y qui la sépare de l'extrémité du noyau 3.
  • Les aimants 23, 24, 25, 26 sont fixés aux armatures 1, 2 par collage, et les cales 27, 28, 29, 31, réalisées par exemple en fer doux, sont également fixées aux aimants respectifs par collage sur ceux-ci.
  • Les aimants sont realisés en un matériau possédant, à taille égale avec un aimant classique, une force d'induction beaucoup plus élevée et un fort champ coercitif : ils peuvent être constitués ainsi par un alliage a base de terre rare et de cobalt, par exemple un alliage samarium-cobalt. Il est également possible d'utiliser, pour constituer les éléments 23, 24, 25, 26, un alliage néodyme-fer-bore, ces exemples n'étant donnés qu'à titre indicatif.
  • De même, les aimants peuvent être réalisés sous la forme de quatre pastilles cylindriques au lieu de parallélépipédiques. Le fait d'utiliser l'un des alliages mentionnés ci-dessus permet, à force d'in­duction égale avec un aimant classique, de réduire considérablement les dimensions et le poids de chaque aimant, qui de ce fait peut être fixé à l'armature correspondante par simple collage, au lieu de vis comme dans les réalisations antérieures. Corréla­tivement, la simplicité de la géométrie des aimants 23, 24, 25, 26 facilite leur usinage et le rend moins onéreux que celui des aimants classiques.
  • Enfin, grâce à leur fort champ coercitif, il n'est plus nécessaire de les réaimanter après démonta­ge éventuel du moteur couple.
  • Le dispositif illustré aux dessins fonc­tionne de la manière suivante : la pression P créé deux débits : l'un chemine à travers les gicleurs 16, 14 d'une part, et l'autre à travers les gicleurs 17, 15 d'autre part, ces deux débits ressortant du poten­tiomètre P par la canalisation 22 vers le réservoir R. L'extrémité libre 12a de la palette 12 se trouvant à égale distance x des gicleurs 14, 15, les pressions en A et B sont égales lorsqu'aucun courant électrique ne parcourt les bobines 4 et 5. En effet, aucun couple n'agit alors sur le noyau 3.
  • Quand par contre, les bobines 4, 5 sont ali­mentées en courant dans le sens convenable pour que leurs champs magnétiques s'ajoutent, chaque extrémité du noyau 3 est polarisée et se trouve dans les entre­fers y, soumise à une force électromagnétique qui crée un couple dans la zone centrale O d'encastrement du tube de flexion 9 dans le noyeau 3. Ce couple fait flé­chir le tube 9, qui entraîne alors dans son déplace­ment l'extrémité 12a de la palette 12. Cette dernière prend une position d'équilibre lorsque le couple de réaction du tube 9 est égal au couple moteur, tandis que son extrémité libre se rapproche de l'un des gi­cleurs 14 ou 15. Si par exemple cette extrémité libre se rapproche du gicleur 14, cela provoque une éléva­tion de la pression hydraulique à la sortie A par rapport à la pression régnant dans la sortie B. Ce différentiel de pression peut être utilisé comme déjà indiqué pour actionner un organe quelconque tel qu'un vérin ou un moteur hydraulique.

Claims (5)

1 - Moteur couple (M) pour potentiomètre hydraulique (P) de servo-distributeur destiné notam­ment à la commande de vérins et moteurs hydrauliques, comprenant des aimants fixés à des armatures (1, 2) dans lesquelles est disposé un noyau (3) dont les extrémités sont séparées des armatures (1, 2) par des entrefers (y), et autour duquel sont montées deux bo­bines d'induction (4, 5) susceptibles d'être alimen­tées en courant électrique,et une palette (12) fixée par une de ses extrémités à un tube (9) de flexion lui-même solidaire du noyau (3) par son extrémité correspondante, caractérisé en ce qu'il comprend quatre aimants (23, 24, 25, 26) parallélépipédiques ou cylindriques, réalisés en un alliage approprié à fort champ coercitif, et placés à raison d'une paire à chaque extrémité du noyau (3).
2 - Moteur selon la revendication 1, ca­ractérisé en ce qu'à chaque aimant (23, 24, 25, 26) est fixée une cale (27, 28, 29, 31) de réglage de la largeur de l'entrefer (y) correspondant.
3 - Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les aimants (23, 24, 25, 26) sont réalisés en un alliage à base de terre rare et de cobalt, par exemple un alliage samarium-cobalt.
4 - Moteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les aimants (23, 24, 25, 26) sont constitués d'un alliage Néodyme-Fer-bore.
5 - Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les aimants (23, 24, 25, 26) sont fixés aux armatures par collage et les cales (27, 28, 29, 31) sont également fixées aux aimants par collage.
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