EP0647348B1 - Actionneur electromecanique pour commander un modulateur de debit du type volet pivotant a l'interieur d'une canalisation - Google Patents

Actionneur electromecanique pour commander un modulateur de debit du type volet pivotant a l'interieur d'une canalisation Download PDF

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EP0647348B1
EP0647348B1 EP93913196A EP93913196A EP0647348B1 EP 0647348 B1 EP0647348 B1 EP 0647348B1 EP 93913196 A EP93913196 A EP 93913196A EP 93913196 A EP93913196 A EP 93913196A EP 0647348 B1 EP0647348 B1 EP 0647348B1
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EP
European Patent Office
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rotor
actuator
angular
pipe
return device
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP93913196A
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German (de)
English (en)
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EP0647348A1 (fr
Inventor
Jean-Laurent Peube
Jean-Claude Trigeassou
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/14—Pivoting armatures
    • H01F7/145—Rotary electromagnets with variable gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D2011/101—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles
    • F02D2011/102—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles at least one throttle being moved only by an electric actuator

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical actuator for controlling a flow modulator of the pivoting flap type inside a pipe.
  • FR-A-2 613 089 discloses a method and a device for reducing such rapid fluctuations in the flow rate of a fluid flowing in a pipe.
  • a flow modulator having the appearance of a flap or a butterfly valve pivotally mounted in a pipe and the object of which is the creation of an instantaneous pressure drop; its dimensions determined as a function of this last objective, can generally lead to a shape and to dimensions which do not allow the total sealing of the pipe.
  • This modulator is controlled by a drive means such as a stepping motor.
  • a stepping motor may have too long a response time.
  • a device for controlling the pulsations of a fluid does not a priori include the angular position of the flow modulator as an operating parameter. However, knowledge of this position is essential if a stepper motor is used.
  • the present invention aims to provide an actuator having a low moment of inertia, of the order of 2.10 -7 kg / m 2 , which allows it to reach very high acceleration values, of the order of 5.10 4 radian / s 2 , thanks to which the flow modulator can reach frequencies of the order of a few tens to a few hundred hertz, frequencies necessary to effectively fulfill its role.
  • the present invention relates to an electromechanical actuator for controlling a shutter type flow modulator which is pivotally mounted inside a pipe and which is intended to create a very rapidly variable pressure drop in a fluid flowing at inside the pipeline, the actuator comprising a fixed part or stator, and a rotary mounted part or rotor, integral in rotation with the flow modulator, the stator and the rotor being provided with electromagnetic elements such as coils and possibly permanent magnets, which, when crossed by a current, are in an electromagnetic interaction situation which generates angular displacements of the rotor, only within a predetermined angular sector, characterized in that it oscillates in the pipe (1) and that it is provided with a return device which, during the oscillations of the rotor around a reference angular position, stores the kinetic energy of the rotor and of the flow modulator during angular decelerations of the rotor and returns it at least partially to the actuator during accelerations of the rotor, the operating frequency of the rotor being close to the resonant frequency
  • the actuator comprises adjustment means able to move the reference angular position of the rotor relative to the pipe to make it substantially coincide with the average angular position of the oscillating flow modulator in the pipeline.
  • This adjustment which can be automatic, makes it possible to improve the operation of the actuator according to the invention by adapting it to the required oscillations of the flow modulator.
  • the angular sector within which the rotor oscillates is between approximately 15 and 35 °, and preferably between approximately 20 and 30 °.
  • the actuator according to the invention has the advantage that the rotor and the flow modulator are integral with the same drive axis, hence a reduced moment of inertia.
  • the actuator can communicate to the flow modulator oscillation movements at high frequencies.
  • the actuator has its own resonant frequency, which is advantageously chosen from the range of oscillation frequencies of the actuator. It is therefore sufficient to provide a sufficient energy difference to give the rotor the required operating frequency, which is close to the resonant frequency of the actuator.
  • the actuator according to the invention has the advantage of being able to reach high oscillation frequencies while consuming little energy during its operation.
  • one of the advantages of the actuator according to the invention is that it can achieve higher oscillation frequencies than in the absence of the return device; in fact, the maximum frequency is fixed by the motor torque, that is to say by the electromagnetic power available per unit of rotor volume.
  • the maximum frequency is fixed by the motor torque, that is to say by the electromagnetic power available per unit of rotor volume.
  • this is in fact limited by the admissible electrical power in the windings, itself limited by the possibilities of heat evacuation due to the Joule effect which it creates.
  • the return device by allowing mechanical energy storage independent of the engine torque, without implementing significant inertia, thus ensures an additional instantaneous effective torque on the flow modulator.
  • This advantage is essential in the case of using the actuator on board a motor vehicle, to control the gases circulating in its exhaust line, since there is only one limited energy source.
  • the actuator return device is of the electromagnetic type and comprises a sensor for measuring the angular position of the rotor, electromagnetic elements comprising an electrical circuit arranged on the rotor and on the stator , and an electrical accumulator which stores the quantity of electricity produced in said electrical circuit during the angular decelerations of the rotor and which supplies the actuator with electrical energy during the angular accelerations of the rotor.
  • the accumulator may simply be the accumulator of the vehicle.
  • the second electrical circuit plays the role of a generator which recovers the kinetic energy of the rotor and the flow modulator during the deceleration phases of the rotor and transmits it to the accumulator.
  • the electrical circuit of the return device consists of the electrical circuit of the actuator, switching means making it possible to switch this circuit to the actuator position or to the energy recovery position.
  • switching means making it possible to switch this circuit to the actuator position or to the energy recovery position.
  • a device of the reversible chopper type can be used for this purpose.
  • the actuator is then used alternately as a motor to activate the flow modulator and as an alternator to charge the electric accumulator.
  • the resonant frequency specific to such an actuator depends on its electrical energy recovery circuit. By varying certain parameters of this circuit, it is therefore possible to modify its resonant frequency, which is a considerable advantage insofar as, as explained previously, the operation of the actuator is particularly economical in a range of frequencies close to its resonant frequency.
  • the angular position of the rotor can be moved relative to the pipe to make it coincide with the average position of the flow modulator, which makes it possible to improve actuator operation.
  • the return device is of the mechanical type and comprises an elastic member which is integral with the rotor on the one hand and the stator on the other hand.
  • the kinetic energy of the rotor and of the flow modulator, during the phases of deceleration of the rotor is here stored in the form of potential energy by the elastic member, which can for example be constituted by a spring in the form of a spiral.
  • the elastic member releases its potential energy and participates in the actuation of the flow modulator.
  • this actuator has a fixed resonance frequency. It therefore does not adapt as easily as the previous one to the different ranges of oscillation frequency of the flow modulator.
  • this embodiment makes it possible to increase the value of the torque for the high frequencies, since this energy storage device makes it possible, as has been said previously, to add to the value of the electromagnetic torque a mechanical torque to which no significant additional inertia is associated.
  • the actuator can include both an electromagnetic return device and a mechanical return device.
  • Such a configuration makes it possible to obtain an actuator capable of operating efficiently in a wider range of frequencies, by modifying its resonant frequency by combining energy efficiency and adaptability.
  • the actuator comprises a rest position which is a fixed position corresponding to a safety position of the flow modulator in the event of a malfunction or failure of the actuator.
  • the rest position of the actuator corresponds to that in which the flow modulator is maintained in an open position.
  • Figure 1 there is shown a pipe in which flows a pulsed fluid whose movement is materialized by an arrow.
  • a butterfly valve 2 is pivotally mounted around an axis 3 inside this pipe 1, and here constitutes a flow modulator within the meaning of the present invention.
  • An actuator 4 according to the invention is connected to the butterfly valve 2 by a drive shaft.
  • This actuator 4 is controlled by electrical signals conveyed by electrical wires 6 entering the housing of the actuator 4.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the actuator according to the invention.
  • This actuator comprises a central part 7 rotatably mounted which constitutes the rotor and a peripheral peripheral part 8 which constitutes the stator.
  • the rotor 7 is a permanent magnet with two poles 7 a and 7 b
  • the stator 8 is produced by soft iron elements 8 a and 8 b each surrounded by a coil 9.
  • the rotor is pivotally mounted around the shaft 5.
  • the parts 8 a and 8 b of the stator are integral with a chassis 10 on which they are held by lugs 11.
  • Switching means 12 connect the windings 9 of the stator 8 alternately to the electrical conductor wire 6 carrying the control signals and to an accumulator 13.
  • a command 14 activates the switching means 12 as a function of the angular position of the rotor which is supplied to it by a position sensor 15 mounted on the drive shaft 5.
  • control 14 makes the connection between the electrical signals conveyed by the wires 6 and the stator windings 9.
  • the angular position sensor 15 indicates to the control 14 that the rotor 7 is in the deceleration phase.
  • the switching means 12 On a signal from the control 14, the switching means 12 then make the connection between the windings 9 of the stator 8 and the accumulator 13.
  • the actuator behaves like an alternator which generates electrical energy, which is stored in the accumulator 13.
  • control 14 activates the switching means 12 to reconnect the wires 6 which convey the electrical signal for controlling the actuator to the windings 9.
  • the electrical energy stored in the accumulator 13 is returned to the actuator by means of the electrical signals conveyed by the wires 6, these signals coming from an electronic control device, not shown, including the supply of electrical energy. is provided at least partially by the accumulator 13.
  • the device shown in Figure 2 has the advantage of being able to adapt to any type of oscillation, because its own resonant frequency is variable.
  • the actuator shown in Figure 3 is of an embodiment significantly simpler than the previous one.
  • the return device here consists of a spiral-shaped spring 16 which is integral on the one hand with the chassis 10, and on the other with the drive shaft 5.
  • the electrical circuit for supplying the windings 9 of the stator 8 has not been shown.
  • the return device is of the mechanical type, the kinetic energy of the rotor being accumulated by the spring 16 in the form of potential energy.
  • the energy efficiency of the reminder device is high and the operating frequencies are higher than those obtained by means of the embodiment of FIG. 2.
  • the return devices shown in FIGS. 2 and 3 could be combined, which would make it possible to combine both the high energy efficiency of a mechanical return device with the adaptability of a device electromagnetic reminder.
  • the reference position around which the rotor oscillates is a fixed position.
  • a permanent magnet was placed on the rotor to reduce the number of windings, but the rotor can also include a winding.

Abstract

L'invention est relative à un actionneur électromécanique pour commander un modulateur de débit qui est monté pivotant à l'intérieur d'une canalisation pour créer une perte de charge très rapidement variable dans un fluide s'écoulant à l'intérieur de la canalisation, l'actionneur comportant un stator, et un rotor. Le rotor (7) est mobile uniquement à l'intérieur d'un secteur angulaire prédéterminé, par oscillation autour d'une position angulaire de référence, un dispositif de rappel (12) étant apte à emmagasiner l'énergie cinétique du rotor (7) et du modulateur de débit lors des décélérations angulaires du rotor, et à la restituer au moins partiellement à l'actionneur lors des accélérations angulaires du rotor (7).

Description

  • La présente invention a pour objet un actionneur électromécanique pour commander un modulateur de débit du type volet pivotant à l'intérieur d'une canalisation.
  • Les fluctuations rapides de débit rencontrées dans les installations industrielles sont de nature dynamique, c'est-à-dire que leur comportement fait intervenir l'inertie et l'élasticité du fluide ou des parois des dispositifs. Elles peuvent être l'occasion de phénomènes particulièrement gênants tels que des vibrations excessives entraînant une fatigue des matériaux, ou des nuisances sonores. Ces fluctuations ne peuvent être contrôlées au moyen des dispositifs usuels d'obturation des conduites (vannes, robinets ...) qui nécessitent en pratique un temps assez long d'ouverture en raison de leur inertie ou de leur dispositif de déplacement (vis par exemple).
  • On connait par FR-A-2 613 089 un procédé et un dispositif de réduction de telles fluctuations rapides de débit d'un fluide s'écoulant dans une canalisation.
  • Dans ce document il est prévu un modulateur de débit ayant l'allure d'un volet ou d'une vanne papillon monté pivotant dans une canalisation et dont l'objet est la création d'une perte de charge instantanée ; ses dimensions déterminées en fonction de ce dernier objectif, peuvent conduire en général à une forme et à des dimensions qui ne permettent pas l'obturation totale de la conduite. Ce modulateur est commandé par un moyen d'entraînement tel qu'un moteur pas à pas.
  • Cependant, s'il permet un positionnement précis du modulateur de débit, un moteur pas à pas peut présenter un temps de réponse trop long.
  • En outre, un dispositif de contrôle des pulsations d'un fluide n'inclut pas, à priori, la position angulaire du modulateur de débit comme paramètre de fonctionnement. Or, la connaissance de cette position est indispensable si on utilise un moteur pas à pas.
  • Il est donc nécessaire de disposer, en plus du moteur pas à pas, d'un dispositif de repérage précis de la position angulaire du modulateur de débit.
  • Pour pallier cet inconvénient, on peut penser à utiliser un moteur électrique classique.
  • Mais l'actionnement du modulateur de débit est alors peu fiable et même dommageable au moteur lui-même, car les balais de ce dernier s'usent rapidement, du fait qu'il fonctionne constamment en régime de démarrage.
  • Compte tenu des valeurs des fréquences d'oscillation requises pour obtenir un actionnement efficace du modulateur de débit, une transmission mécanique d'un mouvement de rotation de l'actionneur en un mouvement d'oscillation du modulateur de débit présenterait une inertie trop importante et exclurait toute possibilité d'adaptation des caractéristiques du mouvement alternatif à celles du débit mesuré.
  • La présente invention vise à fournir un actionneur possédant un faible moment d'inertie, de l'ordre de 2.10-7 kg/ m2, ce qui lui permet d'atteindre des valeurs d'accélérations très élevées, de l'ordre de 5.104 radian/s2, grâce auxquelles le modulateur de débit peut atteindre des fréquences de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de hertz, fréquences nécessaires pour remplir efficacement son rôle.
  • La présente invention a pour objet un actionneur électromécanique pour commander un modulateur de débit du type volet qui est monté pivotant à l'intérieur d'une canalisation et qui est destiné à créer une perte de charge très rapidement variable dans un fluide s'écoulant à l'intérieur de la canalisation, l'actionneur comportant une partie fixe ou stator, et une partie montée rotative ou rotor, solidaire en rotation du modulateur de débit, le stator et le rotor étant munis d'éléments électromagnétiques tels que des bobinages et éventuellement des aimants permanents, lesquels, lorsqu'ils sont traversés par un courant, se trouvent dans une situation d'interaction électromagnétique qui engendre des déplacements angulaires du rotor, uniquement à l'intérieur d'un secteur angulaire prédéterminé, caractérisé par le fait qu'il oscille dans la canalisation (1) et qu'il est muni d'un dispositif de rappel qui, lors des oscillations du rotor autour d'une position angulaire de référence, emmagasine l'énergie cinétique du rotor et du modulateur de débit lors des décélérations angulaires du rotor et la restitue au moins partiellement à l'actionneur lors des accélérations angulaires du rotor, la fréquence de fonctionnement du rotor étant voisine de la fréquence de résonnance de l'actionneur.
  • Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'actionneur comporte des moyens de réglage aptes à déplacer la position angulaire de référence du rotor par rapport à la canalisation pour la faire coïncider sensiblement avec la position angulaire moyenne du modulateur de débit qui oscille dans la canalisation.
  • Ce réglage, qui peut être automatique, permet d'améliorer le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention en l'adaptant aux oscillations requises du modulateur de débit.
  • De préférence, le secteur angulaire à l'intérieur duquel oscille le rotor est compris entre environ 15 et 35°, et de préférence entre environ 20 et 30°.
  • L'actionneur selon l'invention présente l'avantage que le rotor et le modulateur de débit sont solidaires d'un même axe d'entraînement, d'où un moment d'inertie réduit.
  • En outre, grâce à l'actionneur selon l'invention, on peut adapter rapidement les paramètres d'oscillation du modulateur de débit aux caractéristiques du débit de fluide.
  • Il suffit pour cela de modifier la forme du signal électrique de commande de l'actionneur.
  • Selon l'invention, l'actionneur peut communiquer au modulateur de débit des mouvements d'oscillation à fréquences élevées.
  • En effet, grâce à la présence d'un dispositif de rappel, l'actionneur possède sa propre fréquence de résonance, qu'on choisit avantageusement dans la plage des fréquences d'oscillation de l'actionneur. Il suffit donc de fournir une différence d'énergie suffisante pour donner au rotor la fréquence de fonctionnement requise, qui est voisine de la fréquence de résonance de l'actionneur.
  • Il en résulte que le couple à transmettre au rotor pour lui imposer une telle fréquence d'oscillation est sensiblement réduit par rapport à celui qu'il faudrait fournir en l'absence de dispositif de rappel.
  • Par conséquent, l'actionneur selon l'invention présente l'avantage de pouvoir atteindre des fréquences d'oscillation élevées tout en consommant peu d'énergie pendant son fonctionnement.
  • En outre, un des avantages de l'actionneur selon l'invention est de pouvoir atteindre des fréquences d'oscillation plus élevées qu'en l'absence du dispositif de rappel; en effet, la fréquence maximale est fixée par le couple moteur, c'est-à-dire par la puissance électromagnétique disponible par unité de volume de rotor. Or celle-ci est de fait limitée par la puissance électrique admissible dans les bobinages, elle même limitée par les possibilités d'évacuation de la chaleur due à l'effet Joule qu'elle crée. Le dispositif de rappel, en permettant un stockage d'énergie mécanique indépendant du couple moteur, sans mettre en oeuvre une inertie importante, assure ainsi un couple effectif instantané supplémentaire sur le modulateur de débit.
  • Cet avantage est primordial dans le cas d'une utilisation de l'actionneur à bord d'un véhicule automobile, pour contrôler les gaz circulant dans sa ligne d'échappement, du fait que l'on ne dispose dans ce cas que d'une source d'énergie limitée.
  • Dans un mode de réalisation possible de l'invention, le dispositif de rappel de l'actionneur est du type électromagnétique et comporte un capteur pour mesurer la position angulaire du rotor, des éléments électromagnétiques comportant un circuit électrique disposés sur le rotor et sur le stator, et un accumulateur électrique qui emmagasine la quantité d'électricité produite dans ledit circuit électrique pendant les décélérations angulaires du rotor et qui alimente l'actionneur en énergie électrique lors des accélérations angulaires du rotor.
  • Dans une variante de ce mode de réalisation, dans laquelle l'actionneur est monté sur une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, l'accumulateur peut être simplement l'accumulateur du véhicule.
  • On comprend que, dans ce mode de réalisation, le deuxième circuit électrique joue le rôle d'un générateur qui récupère l'énergie cinétique du rotor et du modulateur de débit lors des phases de décélération du rotor et la transmet à l'accumulateur.
  • Dans une variante, le circuit électrique du dispositif de rappel est constitué par le circuit électrique de l'actionneur, des moyens de commutation permettant de commuter ce circuit en position actionneur ou en position récupérateur d'énergie. On peut par exemple utiliser à cet effet un dispositif du type hacheur réversible.
  • L'actionneur est alors utilisé alternativement comme moteur pour actionner le modulateur de débit et comme alternateur pour charger l'accumulateur électrique.
  • La fréquence de résonnance propre à un tel actionneur dépend de son circuit électrique de récupération d'énergie. En faisant varier certains paramètres de ce circuit, on peut donc modifier sa fréquence de résonnance, ce qui est un avantage considérable dans la mesure où, comme expliqué précédemment, le fonctionnement de l'actionneur est particulièrement économique dans une gamme de fréquences voisines de sa fréquence de résonnance.
  • En outre, en adaptant certains paramètres électroniques de l'actionneur selon ce mode de réalisation, on peut déplacer la position angulaire du rotor par rapport à la canalisation pour la faire coïncider avec la position moyenne du modulateur de débit, ce qui permet d'améliorer le fonctionnement de l'actionneur.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de rappel est du type mécanique et comporte un organe élastique qui est solidaire du rotor d'une part et du stator d'autre part.
  • L'énergie cinétique du rotor et du modulateur de débit, lors des phases de décélération du rotor est ici emmagasinée sous forme d'énergie potentielle par l'organe élastique, qui peut être par exemple constitué par un ressort en forme de spirale. Lors des phases d'accélération du rotor, l'organe élastique libère son énergie potentielle et participe à l'actionnement du modulateur de débit.
  • La quasi absence de frottements ainsi que la transformation directe de l'énergie cinétique en énergie potentielle accroissent le rendement énergétique d'un tel dispositif de rappel.
  • Toutefois, si son dispositif de rappel est énergétiquement rentable, cet actionneur possède une fréquence de résonnance fixe. Il ne s'adapte donc pas aussi aisément que le précédent aux différentes gammes de fréquence d'oscillation du modulateur de débit.
  • Cependant, ce mode de réalisation permet d'augmenter la valeur du couple pour les hautes fréquences, puisque ce dispositif de stockage d'énergie permet, ainsi qu'il a été dit précédemment, d'ajouter à la valeur du couple électromagnétique un couple mécanique auquel aucune inertie supplémentaire notable n'est associée.
  • Par ailleurs, on peut modifier la position angulaire de l'actionneur par rapport à la canalisation, à l'aide de moyens mécaniques aptes à faire pivoter l'actionneur autour d'un axe confondu avec l'axe du rotor. Ainsi, on peut déplacer la position angulaire de référence du rotor pour la faire coïncider avec la position angulaire moyenne du modulateur de débit oscillant dans la canalisation.
  • Dans une troisième variante, l'actionneur peut comporter à la fois un dispositif de rappel électromagnétique et un dispositif de rappel mécanique.
  • Une telle configuration permet d'obtenir un actionneur apte à fonctionner efficacement dans une plus large gamme de fréquences, par modification de sa fréquence de résonnance en combinant rendement énergétique et adaptabilité.
  • Avantageusement, l'actionneur comporte une position de repos qui est une position fixe correspondant à une position de sécurité du modulateur de débit en cas de disfonctionnement ou de panne de l'actionneur.
  • Si par exemple l'actionneur est monté sur une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la position de repos de l'actionneur correspond à celle dans laquelle le modulateur de débit est maintenu dans une position ouverte.
  • Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant un mode de réalisation donné à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif en référence au dessin schématique annexé dans lequel :
    • la figure 1 représente schématiquement une canalisation équipée d'un actionneur selon l'invention,
    • la figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un actionneur selon l'invention, et
    • la figure 3 représente un deuxième mode de réalisation d'un actionneur selon l'invention.
  • Sur la figure 1 on a représenté une canalisation dans laquelle circule un fluide pulsé dont le déplacement est matérialisé par une flèche.
  • Une vanne papillon 2 est montée pivotante autour d'un axe 3 à l'intérieur de cette canalisation 1, et constitue ici un modulateur de débit au sens de la présente invention.
  • Un actionneur 4 selon l'invention est relié à la vanne papillon 2 par un arbre d'entraînement.
  • Cet actionneur 4 est commandé par des signaux électriques que véhiculent des fils électriques 6 pénétrant dans le boîtier de l'actionneur 4.
  • Sur cette figure, il est clair que par des mouvements d'oscillation de la vanne papillon 2, on crée une perte de charge variable dans le fluide circulant à l'intérieur de la canalisation 1.
  • Sur la figure 2 on a représenté un premier mode de réalisation de l'actionneur selon l'invention.
  • Cet actionneur comporte une partie centrale 7 montée rotative qui constitue le rotor et une partie périphérique 8 fixe qui constitue le stator.
  • Dans ce mode de réalisation, le rotor 7 est un aimant permanent à deux pôles 7a et 7b, tandis que le stator 8 est réalisé par des éléments en fer doux 8a et 8b entourés chacun d'un bobinage 9.
  • Le rotor est monté pivotant autour de l'arbre 5.
  • Les parties 8a et 8b du stator sont solidaires d'un châssis 10 sur lequel elles sont maintenues par des pattes 11.
  • Des moyens de commutation 12 relient les bobinages 9 du stator 8 alternativement au fil conducteur électrique 6 véhiculant les signaux de commande et à un accumulateur 13.
  • Une commande 14 active les moyens de commutation 12 en fonction de la position angulaire du rotor qui lui est fournie par un capteur de position 15 monté sur l'arbre d'entraînement 5.
  • Le fonctionnement de l'actionneur est le suivant :
  • Pendant les phases d'accélération du rotor la commande 14 réalise la connexion entre les signaux électriques véhiculés par les fils 6 et les bobinages 9 stator 8.
  • Il en résulte un déplacement angulaire accéléré du rotor 7.
  • Une fois que ledit rotor 7 a dépassé sa position angulaire de référence, le capteur de position angulaire 15 indique à la commande 14 que la rotor 7 se trouve en phase de décélération.
  • Sur un signal de la commande 14, les moyens de commutation 12 réalisent alors la connexion entre les bobinages 9 du stator 8 et l'accumulateur 13.
  • Pendant la phase de décélération, l'actionneur se comporte comme un alternateur qui génère de l'énergie électrique, laquelle est emmagasinée dans l'accumulateur 13.
  • Pour la phase d'accélération suivante, la commande 14 active les moyens de commutation 12 pour relier à nouveau les fils 6 qui véhiculent le signal électrique de commande de l'actionneur aux bobinages 9.
  • L'énergie électrique emmagasinée dans l'accumulateur 13 est restituée à l'actionneur par l'intermédiaires des signaux électriques véhiculés par les fils 6, ces signaux provenant d'un dispositif électronique de commande, non représenté, dont l'alimentation en énergie électrique est assurée au moins partiellement par l'accumulateur 13.
  • Le dispositif représenté sur la figure 2 présente l'avantage de pouvoir s'adapter à tout type d'oscillation, du fait que sa propre fréquence de résonnance est variable.
  • L'actionneur représenté sur la figure 3 est d'un mode de réalisation sensiblement plus simple que le précédent.
  • Dans ce mode de réalisation, on retrouve le rotor 7 monté rotatif autour de l'arbre 5, ainsi que le stator 8 qui repose sur le châssis 10 par des pattes 11.
  • Le dispositif de rappel est ici constitué par un ressort en forme de spirale 16 qui est solidaire d'une part du châssis 10, et d'autre part de l'arbre d'entraînement 5.
  • Le circuit électrique d'alimentation des bobinages 9 du stator 8 n'a pas été représenté.
  • Dans ce mode de réalisation, le dispositif de rappel est du type mécanique, l'énergie cinétique du rotor étant accumulée par le ressort 16 sous forme d'énergie potentielle.
  • Sauf si un dispositif annexe est capable d'agir sur la raideur du ressort, la fréquence de résonnance d'un tel actionneur est fixe, ce qui présente l'inconvénient que l'actionneur ne peut pas s'adapter à toute fréquence d'oscillation sans que le couple nécessaire à transmettre au rotor n'augmente.
  • Par contre, comme expliqué plus haut, le rendement énergétique du dispositif de rappel est élevé et les fréquences de fonctionnement sont supérieures à celles obtenues au moyen du mode de réalisation de la figure 2.
  • Dans un autre mode de réalisation, on pourrait cumuler les dispositifs de rappel représentés sur les figures 2 et 3, ce qui permettrait d'allier à la fois le haut rendement énergétique d'un dispositif de rappel mécanique à l'adaptabilité d'un dispositif de rappel électromagnétique.
  • Dans les deux modes de réalisation décrits précédemment, la position de référence autour de laquelle oscille le rotor, est une position fixe.
  • Pourtant, il peut être avantageux de faire varier cette position de référence.
  • Ceci est facilement réalisable si on prévoit un moyen permettant de faire pivoter l'actionneur 4 autour de l'arbre 5.
  • Il est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
  • En particulier, on n'a représenté ici que des rotor et stator bipolaires, mais il est bien évident qu'ils pourraient comporter plus de deux pôles pour augmenter le couple transmis au rotor.
  • Par ailleurs, on a placé un aimant permanent sur le rotor pour diminuer le nombre de bobinages, mais le rotor peut également comporter un bobinage.
  • Du fait des oscillations autour d'une position de référence, il est inutile de prévoir des balais dans ce cas, des fils souples de longueur adéquate pouvant avantageusement relier le bobinage du rotor au circuit électrique de l'actionneur.

Claims (8)

  1. Actionneur électromécanique pour commander un modulateur de débit du type volet (2) qui est monté pivotant à l'intérieur d'une canalisation (1) et qui est destiné à créer une perte de charge très rapidement variable dans un fluide s'écoulant à l'intérieur de la canalisation, l'actionneur (2,4,5,7,8) comportant une partie fixe ou stator (8), et une partie montée rotative ou rotor (7), solidaire en rotation du modulateur de débit (2), le stator et le rotor étant munis d'éléments électromagnétiques (7a,7b,8a,8b,9) tels que des bobinages et éventuellement des aimants permanents, lesquels, lorsqu'ils sont traversés par un courant, se trouvent dans une situation d'interaction électromagnétique qui engendre des déplacements angulaires du rotor (7) uniquement à l'intérieur d'un secteur angulaire prédéterminé, caractérisé par le fait qu'il oscille dans la canalisation (1) et qu'il est muni d'un dispositif de rappel (12-16) qui, lors des oscillations du rotor autour d'une position angulaire de référence, emmagasine l'énergie cinétique du rotor (7) et du modulateur de débit (2) lors des décélérations angulaires du rotor (7) et la restitue au moins partiellement à l'actionneur (2, 4, 5, 7, 8) lors des accélérations angulaires du rotor (7) la fréquence de fonctionnement du rotor (7) étant voisine de la fréquence de résonnance de l'actionneur (2,4,5,7,8).
  2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de réglage aptes à déplacer la position angulaire de référence du rotor (7) par rapport à la canalisation (1) pour la faire coïncider sensiblement avec la position angulaire moyenne du modulateur de débit (2) oscillant dans la canalisation (1).
  3. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le secteur angulaire à l'intérieur duquel oscille le rotor (7) est compris entre environ 15 et 35 degrés et, de préférence, entre environ 20 et 30 degrés.
  4. Actionneur selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé par le fait que le dispositif de rappel (12-15) est du type électromagnétique et comporte un capteur (15) pour mesurer la position angulaire du rotor (7), des éléments électromagnétiques (7a,7b,8a, 8b,9) comportant un circuit électrique disposés sur le rotor (7) et sur le stator (8) et un accumulateur électrique (13) qui emmagasine la quantité d'électricité produite dans ledit circuit électrique pendant les décélérations angulaires du rotor (7) et qui alimente l'actionneur (4) en énergie électrique lors des accélérations angulaires du rotor (7).
  5. Actionneur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le circuit électrique du dispositif de rappel (12-15) est constitué par le circuit électrique de l'actionneur (4), des moyens de commutation (12) permettant de commuter ce circuit en position actionneur ou en position récupérateur d'énergie électrique.
  6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dispositif de rappel (16) est du type mécanique et comporte un organe élastique (16), solidaire du rotor (7) d'une part et du stator (8) d'autre part.
  7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte à la fois un dispositif de rappel électromagnétique (12-15) selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 et un dispositif de rappel mécanique (16) selon la revendication 6.
  8. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une position de repos correspondant à une position de sécurité du modulateur de débit (2) en cas de disfonctionnement de l'actionneur (4).
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