FR2834804A1 - Servo-vanne pneumatique - Google Patents
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Abstract
Une bobine d'excitation (17) est enroulée sur une culasse cylindrique (13) comportant une paire de dents polaires (16a, 16b), un aimant permanent cylindrique (21) aimanté en direction radiale est disposé de façon à pouvoir se déplacer dans une partie creuse de la culasse, et est accouplé à un tiroir (3) par un porte-aimant (19), et un capteur de déplacement (27) est placé dans une partie creuse de l'aimant permanent, sur un axe central de ce dernier, de façon à détecter le déplacement de l'aimant permanent (21). Le degré d'ouverture du tiroir (3) est commandé en renvoyant le signal du capteur de déplacement vers une partie de commande (5) pour effectuer un asservissement de la position du tiroir.
Description
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La présente invention concerne une servo-vanne pneumatique constituée de façon à effectuer un changement de position d'un tiroir en utilisant à titre de source d'entraînement un actionneur électromagnétique d'un type à déplacement par aimant.
De façon classique, on connaît une vanne de distribution d'un type à tiroir en tant qu'équipement pour commander une pression de fluide fournie à un cylindre de pression de fluide ou autres. La vanne de distribution d'un type à tiroir est constituée de façon qu'un électro-aimant soit utilisé à titre de source d'entraînement pour entraîner un tiroir, et le tiroir est entraîné par un noyau en fer mobile de l'électro-aimant. Cependant, un tel électro-aimant convient pour un cas dans lequel le tiroir est déplacé entre deux positions, mais ne convient pas pour un cas dans lequel une commande de débit est effectuée en accomplissant un asservissement de la position de fonctionnement d'un tiroir.
Compte tenu de ce qui précède, il existe un exemple dans lequel, lorsque la commande de débit est effectuée en accomplissant un asservissement sur la position de fonctionnement du tiroir, un actionneur électromagnétique d'un type à déplacement par aimant est utilisé en tant que source d'entraînement, par exemple comme il est décrit dans la publication JP-A 06-38486. Dans cet actionneur électromagnétique, un aimant permanent en forme de barreau est disposé à l'intérieur d'une bobine enroulée avec une forme cylindrique pour constituer un corps mobile, et l'aimant permanent est déplacé par l'interaction entre le flux généré par le courant qui circule vers la bobine et le flux dû à l'aimant permanent, de façon à effectuer un changement de position du tiroir. Ensuite, la position de fonctionnement du tiroir est détectée par un capteur de déplacement et l'actionneur électromagnétique est soumis à une commande d'asservis-
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sement sur la base du signal de détection du capteur, de façon que la commande de débit soit effectuée.
Cependant, du fait que l'actionneur électromagnétique connu décrit ci-dessus utilise en tant que corps mobile un aimant permanent en forme de barreau, il y a un problème consistant en ce que le rapport entre la poussée produite et le poids de l'aimant permanent devient faible à cause de la taille de l'aimant, et la réponse est mauvaise. De plus, du fait que le pôle N et le pôle S sont aimantés dans une direction axiale de l'aimant permanent, il y a également un problème consistant en ce que l'actionneur est aisément influencé par une charge latérale à un moment auquel il est actionné. En outre, dans un cas où la commande de débit est effectuée en accomplissant un asservissement sur la position de fonctionnement du tiroir, lorsqu'on utilise une structure dans laquelle le déplacement de l'aimant permanent est détecté par un capteur magnétique, on bénéficie de la commodité résultant du fait qu'il est inutile de détecter directement le déplacement du tiroir. Cependant, du fait que l'induction magnétique ne change pas de façon linéaire, il est très difficile de détecter de manière exacte le déplacement de l'aimant permanent.
Un but technique de la présente invention est d'éliminer le défaut classique décrit ci-dessus dans une servo-vanne pneumatique utilisant en tant que source d'entraînement un actionneur électromagnétique d'un type à déplacement par aimant, pour changer la position d'un tiroir, lorsqu'un aimant permanent en forme de barreau, dans lequel un pôle N et un pôle S sont aimantés dans une direction axiale, est utilisé en tant que corps mobile, et de réaliser une servo-vanne pneumatique qui ait une excellente réponse et une excellente stabilité de fonctionnement et qui permette de détecter de manière exacte le déplacement d'un tiroir par l'intermédiaire du corps mobile, pour permettre une commande de débit avec une précision élevée.
Pour résoudre le problème ci-dessus, une servo-vanne pneumatique conforme à la présente invention comprend : une partie de distribution ayant une multiplicité d'orifices, un alésage de vanne communiquant avec les orifices, et un tiroir qui est inséré de manière coulissante dans l'alésage de vanne pour changer des chemins d'écoulement entre les orifices ; une partie d'entraînement qui comporte une culasse cylindrique
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munie d'une paire de dents polaires placées face à face, au moins une bobine d'excitation enroulée sur la culasse, un aimant permanent cylindrique qui est disposé dans une partie creuse de la culasse de façon mobile dans une direction axiale de la culasse, et dans lequel un pôle N et un pôle S sont aimantés dans une direction radiale, et un porte-aimant consistant en un corps non magnétique, qui accouple l'aimant permanent et le tiroir ; un capteur de déplacement qui est disposé de façon à être positionné sur un axe central de l'aimant à l'intérieur de l'aimant permanent, et qui détecte le déplacement de l'aimant permanent d'après un changement d'induction magnétique; et une partie de commande qui compare un signal de détection provenant du capteur de déplacement avec une valeur de consigne, pour régler un degré d'ouverture de la vanne en commandant la section d'entraînement sur la base de l'écart du signal de détection par rapport à la valeur de consigne.
Dans la servo-vanne pneumatique ayant la structure décrite cidessus, lorsque la bobine d'excitation est mise sous tension, une dent polaire de la culasse devient un pôle N et l'autre dent polaire devient un pôle S, sous la dépendance de la direction du courant. Ensuite, lorsque le pôle magnétique généré dans ces dents polaires et le pôle magnétique du côté d'une périphérie extérieure de l'aimant permanent sont des pôles différents, une force d'attraction agit entre ces pôles magnétiques, mais lorsque ce sont le même pôle, une force de répulsion agit entre eux. Par conséquent, l'aimant permanent se déplace dans la direction axiale du fait de ces forces agissantes, de façon qu'un changement de position du tiroir se produise. Dans ces conditions, du fait que l'aimant permanent cylindrique est utilisé en tant que corps mobile, la poussée rapportée au poids du corps mobile peut être augmentée en comparaison avec le dispositif classique utilisant l'aimant permanent en forme de barreau, et la servo-vanne pneumatique de la présente invention a une réponse supérieure à celle du dispositif classique.
D'autre part, le déplacement de l'aimant permanent est détecté par le capteur de déplacement, sous la forme du déplacement du tiroir, et le signal de détection est renvoyé vers le circuit de commande. Ensuite, dans ce circuit de commande, le signal de détection est comparé avec la valeur de consigne, un signal de commande est émis par le circuit de
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commande vers la partie d'entraînement de façon que l'écart devienne égal à zéro, et la valeur de déplacement de l'aimant permanent, c'est-àdire la valeur de déplacement du tiroir, est réglée de façon que la commande de débit soit effectuée. Dans ces conditions, du fait que l'induction magnétique de l'aimant permanent cylindrique qui a été aimanté dans la direction radiale varie de façon linéaire sur l'axe central, le capteur de déplacement est disposé de façon à être positionné sur l'axe central à l'intérieur de la partie creuse de l'aimant permanent, de façon que le déplacement de l'aimant permanent puisse être détecté avec exactitude et que la commande de débit puisse être effectuée avec une précision élevée.
Conformément à un aspect de structure spécifique préféré, la culasse comprend une partie de cylindre extérieure cylindrique et une paire de parties de cylindre intérieures qui sont concentriques vis-à-vis de la partie de cylindre extérieure et sont mutuellement opposées avec un espace constant, les parties de cylindre intérieures forment la première dent polaire et la seconde dent polaire, et la bobine d'excitation est logée dans une partie d'espace entre les parties de cylindre intérieures et la partie de cylindre extérieure.
Selon un autre aspect de structure spécifique de la présente invention, le porte-aimant est réalisé avec une forme cylindrique et il est logé dans la partie creuse entourée par la première dent polaire et la seconde dent polaire de la culasse, de façon à pouvoir se déplacer dans une direction axiale, et l'aimant permanent est ajusté sur une face périphérique extérieure du porte-aimant.
De plus, dans la présente invention, un porte-capteur s'étend à partir d'un couvercle couvrant une partie d'extrémité de la culasse en direction de l'intérieur de l'aimant permanent, sur un axe central de l'aimant permanent, et le capteur de déplacement est porté par le porte-capteur.
En outre, conformément à la présente invention, on peut em- ployer une structure dans laquelle une multiplicité de bobines d'excitation enroulées dans des directions mutuellement inverses sont disposées dans la direction axiale de la culasse, et les intensités de courants qui circulent dans des bobines d'excitation respectives peuvent être commandées individuellement.
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Avec une telle structure, du fait que les pôles magnétiques qui sont générés dans la première dent polaire et la seconde dent polaire de la culasse et leur intensité sont déterminés conformément à la somme de champs magnétiques générés par deux bobines d'excitation, la direction de déplacement de l'aimant permanent et du tiroir peut être changée entre les directions avant et arrière en commandant seulement individuellement les intensités des courants, sans changer les directions des courants qui circulent en avant et en arrière dans deux bobines d'excitation.
Dans la présente invention, on emploie de préférence une structure dans laquelle un capteur de courant destiné à détecter un courant circulant dans la bobine d'excitation est incorporé, et le courant de la bobine détecté par le capteur de courant est renvoyé vers la partie de commande de façon à compenser un retard de réponse du courant de la bobine vis-à-vis de la tension de la bobine.
De plus, dans la présente invention, il est possible d'incorporer un mécanisme d'actionnement manuel pour changer manuellement la position du tiroir. Le mécanisme d'actionnement manuel comprend une poignée qui est fixée à un carter de vanne de façon à pouvoir être actionnée en rotation autour d'un axe de la poignée elle-même, un doigt qui est placé à une extrémité distale de la poignée, dans une position excentrique, et une rainure d'accouplement qui est formée dans le tiroir ou le porteaimant de façon à être accouplée avec le doigt.
Dans la présente invention, on emploie de préférence une structure dans laquelle le tiroir est maintenu dans une position neutre à un moment de non-excitation de la bobine d'excitation. A titre de moyens pour ceci, il existe un procédé selon lequel la culasse est constituée de façon à ne pas être saturée magnétiquement par une force magnétomotrice de l'aimant permanent, de façon à pouvoir utiliser une caractéristique de saturation magnétique de la culasse, un procédé dans lequel des ressorts de rappel sont placés aux deux extrémités du tiroir, ou autres.
La figure 1 est une coupe montrant un premier mode de réalisation d'une servo-vanne pneumatique conforme à la présente invention;
La figure 2 est un schéma explicatif d'un système de commande pour l'asservissement;
La figure 3 est une coupe montrant un second mode de réalisa-
La figure 2 est un schéma explicatif d'un système de commande pour l'asservissement;
La figure 3 est une coupe montrant un second mode de réalisa-
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tion d'une servo-vanne pneumatique conforme à la présente invention;
La figure 4 est une coupe montrant un troisième mode de réalisation d'une servo-vanne pneumatique conforme à la présente invention;
La figure 5 est une coupe correspondant à la figure 4;
La figure 6 est une vue agrandie d'une partie de mécanisme d'actionnement manuel de la figure 4 ; La figure 7 est une vue explicative pour expliquer le fonction- nement du mécanisme d'actionnement manuel.
La figure 4 est une coupe montrant un troisième mode de réalisation d'une servo-vanne pneumatique conforme à la présente invention;
La figure 5 est une coupe correspondant à la figure 4;
La figure 6 est une vue agrandie d'une partie de mécanisme d'actionnement manuel de la figure 4 ; La figure 7 est une vue explicative pour expliquer le fonction- nement du mécanisme d'actionnement manuel.
La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'une servovanne pneumatique conforme à l'invention, dans lequel une servo-vanne pneumatique 1A comprend une partie de distribution 2, d'un type à 5 orifices, qui change des états de communication de chemins d'écoulement de fluide d'un tiroir 3, une partie d'entraînement 4 qui est constituée de façon à entraîner le tiroir 3 au moyen d'un actionneur électro-magnétique, et une partie de commande 5 qui effectue un asservissement sur la partie d'entraînement 4.
La partie de distribution 2 comporte un carter 8 avec une section rectangulaire, et un orifice d'alimentation P, deux orifices de sortie A,
B, deux orifices d'échappement EA, EB, et un alésage de vanne 9 sont formés dans ce carter 8, en communication avec les orifices respectifs.
B, deux orifices d'échappement EA, EB, et un alésage de vanne 9 sont formés dans ce carter 8, en communication avec les orifices respectifs.
Une douille 10 comportant sur une périphérie des ouvertures qui commu- niquent avec les orifices respectifs, est fixée dans cet alésage de vanne
9, et le tiroir 3 pour changer des chemins d'écoulement entre les orifices respectifs est logé de façon coulissante dans la douille 3. Sur la figure, le numéro de référence 11 désigne un couvercle d'extrémité fixé sur une extrémité du carter 8.
9, et le tiroir 3 pour changer des chemins d'écoulement entre les orifices respectifs est logé de façon coulissante dans la douille 3. Sur la figure, le numéro de référence 11 désigne un couvercle d'extrémité fixé sur une extrémité du carter 8.
De plus, la partie d'entraînement 4 comprenant un actionneur électromagnétique est disposée à un côté d'extrémité de la partie de distribution 2, dans une direction axiale de celle-ci, et elle comporte une culasse cylindrique 13 qui est reliée de façon continue à une partie d'extrémité du carter 8. Cette culasse 13 comprend un corps magnétique et elle a une partie de cylindre extérieure cylindrique 14 et une paire de parties de cylindre intérieures gauche et droite 15a, 15b, qui sont placées à l'intérieur de la partie de cylindre extérieure 14, de façon concentrique à celle-ci. Ces parties de cylindres intérieures 15a, 15b sont disposées face
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à face avec un espace constant établi entre elles, pour former ainsi une crémière dent polaire 16a et une seconde dent polaire 16b. De plus, des parties de collet 15c, 15c se développant vers l'extérieur sont formées sur des parties d'extrémités extérieures axiales des parties de cylindre inté- -ieures respectives 15a, 15b, et des périphéries extérieures des parties de collet 15c, 15c, viennent en contact avec une face périphérique intérieure de la partie de cylindre extérieure, à des positions proches des deux parties d'extrémités axiales de la partie de cylindre extérieure 14.
Une bobine d'excitation cylindrique 17 enroulée sur un mandrin est reçue dans une partie d'espace définie entre la partie de cylindre extérieure 14 et les parties de cylindre intérieures 15a, 15b.
Un porte-aimant cylindrique 19 consistant en un corps non magnétique, dont une extrémité axiale est ouverte, est reçu dans une partie d'espace 18 dont la périphérie extérieure est entourée par la première dent polaire 16a et la seconde dent polaire 16b de la culasse 13, de façon que le porte-aimant puisse se déplacer dans sa direction axiale, et il est accouplé par une vis 20 à une partie d'extrémité du tiroir 3. Un aimant permanent cylindrique 21 dont un pôle N et un pôle S sont aimantés dans une direction radiale, est ajusté sur une face périphérique extérieure du porte-aimant 19, dans un état dans lequel le pôle magnétique de la face périphérique extérieure de l'aimant permanent a été placé face aux deux dents polaires 16a, 16b, et l'aimant permanent est fixé sur le porte-aimant 19 par un écrou 22 vissé dans une partie d'extrémité du porte-aimant 19.
Une longueur préférée de l'aimant permanent 21 est une longueur s'étendant entre les deux dents polaires 16a, 16b. En particulier, il est préférable que la longueur soit une longueur telle que, même lorsque l'aimant permanent 21 a été déplacé jusqu'à une extrémité de course, l'autre extrémité de l'aimant permanent 21 soit en chevauchement avec la dent polaire sur l'autre côté, ou soit proche de celle-ci avec un petit espace.
De plus, la culasse 13 a une caractéristique de saturation magnétique telle que la force magnétomotrice de l'aimant permanent 21 n'occasionne pas une saturation magnétique, de façon que l'aimant permanent 21 s'arrête à une position à laquelle les réluctances des circuits magnétiques qui sont respectivement formés entre l'aimant permanent 21 et la première dent polaire 16a, et entre l'aimant permanent 21 et la se-
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conde dent polaire 16b deviennent égales, c'est-à-dire à une position intermédiaire à un moment où il ne circule pas de courant vers la bobine d'excitation 17.
Un couvercle d'extrémité 23 est fixé sur une partie d'extrémité de la culasse 13, et un élément de support 25 est fixé sur une face intérieure du couvercle d'extrémité 23, et un porte-capteur cylindrique 24 est placé dans une partie centrale de l'élément de support 25, de façon à s'étendre à l'intérieur d'une partie creuse 19a du porte-aimant 19, et un capteur de déplacement 27 pour détecter le déplacement de l'aimant permanent 21 est fixé à une partie d'extrémité distale du porte-capteur 24.
Ce capteur de déplacement 27 comprend un élément à effet Hall, un élément magnétorésistif ou similaire, et il est destiné à détecter l'induction magnétique générée par l'aimant permanent 21, de façon à détecter le déplacement de l'aimant permanent 21 sur la base du changement de l'induction magnétique, en tant que déplacement du tiroir 3. Dans ce cas, afin de détecter le déplacement de l'aimant permanent 21 avec une précision élevée, le capteur de déplacement 27 est disposé à l'intérieur de la partie creuse de l'aimant permanent cylindrique 21, de façon à être positionné sur un axe central de l'aimant permanent. Ceci vise à utiliser effectivement une propriété consistant en ce que l'induction magnétique de l'aimant permanent cylindrique 21 aimanté dans la direction radiale change de manière linéaire sur l'axe central, et il devient tout d'abord possible de disposer le capteur de déplacement 27 sur l'axe central en utilisant un tel aimant permanent cylindrique 21 en tant que corps mobile, ce qui fait qu'il devient possible de détecter le déplacement de l'aimant permanent 21 avec une précision élevée.
Le capteur de déplacement 27 est connecté à la partie de commande 5 par des fils conducteurs 28 s'étendant à l'intérieur du portecapteur 24. Cette partie de commande 5 est destinée à régler le degré d'ouverture du tiroir 3 en effectuant un asservissement sur la partie d'entraînement 4. Sur la figure 2, un état dans lequel la partie de commande 5 et la partie d'entraînement 4 et le capteur de déplacement 27 ont été connectés les uns aux autres est représenté avec des symboles. Sur la même figure, lorsqu'une valeur de consigne concernant le degré d'ouverture du tiroir 3 est introduite dans la partie de commande 5, une tension E
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correspondant à la valeur de consigne est appliquée à la bobine d'excitation 17 de la partie d'entraînement 4 par l'intermédiaire d'un régulateur PID. A ce moment, du fait qu'un courant 1 correspondant à une résistance R et une inductance L circule dans la bobine d'excitation 17 pour générer une force magnétique, une poussée F correspondant à une constante de poussée Kf est générée dans l'aimant permanent 21 à cause d'une interaction avec la force magnétique de l'aimant permanent 21, de façon que l'aimant permanent 21 se déplace à une vitesse V basée sur une équation de mouvement 1/ms sous l'effet de cette poussée F.
Le déplacement de l'aimant permanent 21 est détecté par le capteur de déplacement 27 en tant que déplacement x du tiroir 3, et son signal de détection est renvoyé à la partie de commande 5 dans laquelle le signal est comparé avec une valeur de consigne concernant un degré d'ouverture de vanne fixé à l'avance. Ensuite, un signal de commande est émis par la partie de commande 5 vers la partie d'entraînement 4, de fa- çon que l'écart entre la valeur de consigne et le signal devienne zéro, et la valeur de déplacement de l'aimant permanent 21 est commandée de façon que le degré d'ouverture de la vanne à la suite du déplacement du tiroir 3 soit réglé, et qu'une commande de débit soit ainsi effectuée. Par exemple, lorsque le déplacement du tiroir 3 n'a pas atteint la valeur de consigne, une tension positive correspondant à leur différence est appliquée à la bobine d'excitation 17, de façon qu'une poussée soit générée d'une manière telle que la bobine 3 se déplace dans une direction s'approchant de la valeur de consigne. Au contraire, lorsque le déplacement du tiroir 3 a dépassé la valeur de consigne, une tension négative correspondant à leur différence est appliquée à la bobine d'excitation 17, de fa- çon à générer une poussée dans une direction telle que la bobine 3 s'approche de la valeur de consigne. De plus, lorsque le déplacement de la bobine 3 a coïncidé avec la valeur de consigne, la tension qui est appliquée à la bobine d'excitation 17 devient zéro, ce qui fait qu'une poussée n'est pas générée.
De plus, on emploie une structure dans laquelle un capteur de courant 32 pour détecter le courant circulant dans la bobine d'excitation 17 est connecté à la partie de commande 5, et un retard de réponse d'un courant de la bobine vis-à-vis d'une tension de la bobine est compensé en
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renvoyant un signal de détection à partir du capteur de courant 32. La réponse peut ainsi être améliorée.
On notera incidemment que, parmi les symboles sur la figure 2, Kp exprime un gain proportionnel du régulateur PID, Kd exprime un gain dérivé de celui-ci, Ki exprime un gain intégral de celui-ci, s exprime un opérateur de Laplace, m exprime une masse de la partie mobile incluant l'aimant permanent, Ke exprime une constante de force contre- électromotrice, Ks exprime une constante de rappel agissant sur la partie mobile, Ka exprime un gain de rétroaction de courant, et K exprime un gain de rétroaction de déplacement, respectivement.
Dans la servo-vanne pneumatique 1A du premier mode de réalisation ayant la structure décrite ci-dessus, comme représenté sur la figure 1, l'aimant permanent 21 a été aimanté dans une direction radiale, de façon que son côté périphérique extérieur devienne un pôle N et son côté périphérique intérieur devienne un pôle S. De plus, du fait que l'aimant permanent 21 a une caractéristique de saturation magnétique telle que la culasse 13 n'est pas saturée au point de vue magnétique par une force magnétomotrice de l'aimant permanent 21, l'aimant permanent 21 s'arrête à une position à laquelle des réluctances de circuits magnétiques formés respectivement entre l'aimant permanent 21 et la première dent polaire 16a et entre l'aimant permanent 21 et la seconde dent polaire 16b, sont égales, c'est-à-dire à une position intermédiaire à un moment où il ne circule pas de courant vers la bobine d'excitation 17. Pour cette raison, le tiroir 3 s'arrête également à une position neutre, à laquelle tous les chemins d'écoulement entre les orifices respectifs P, A, B, EA et EB ont été bloqués.
Dans cet état, lorsqu'on fait circuler un courant dans la bobine d'excitation 17 dans une direction indiquée par un symbole sur la figure 1, la première dent polaire 16a de la culasse 13 devient un pôle N et la seconde dent polaire 16b devient un pôle S, d'après la direction du courant.
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Pour cette raison, du fait que l'aimant permanent 21 se déplace du côté de la seconde dent polaire 16b à cause d'une force d'attraction magnétique et le tiroir 3 se déplace également vers la droite sur la figure conformément au déplacement de l'aimant, l'orifice d'alimentation P et l'orifice de sortie A communiquent entre eux et l'orifice de sortie B et l'orifice d'échappement EB communiquent entre eux.
Lorsqu'on fait circuler un courant dans la bobine d'excitation 17 dans la direction inverse, la première dent polaire 16a de la culasse 13 devient un pôle S et la seconde dent polaire 16b devient un pôle N, ce qui fait que l'aimant permanent 21 se déplace du côté de la première dent polaire 16a et le tiroir 3 se déplace également vers la gauche sur la figure, conformément au déplacement de l'aimant. Pour cette raison, l'orifice d'alimentation P et l'orifice de sortie B communiquent entre eux, et l'orifice de sortie A et l'orifice d'échappement EA communiquent entre eux. Ici, du fait que l'aimant permanent cylindrique 21 est utilisé en tant que corps mobile dans la partie de commande 5, le rapport entre la poussée générée et le poids de la partie mobile devient plus grand en comparaison avec le cas dans lequel on utilise l'aimant permanent en forme de barreau 21, ce qui fait que le mode de réalisation a une réponse supérieure à celle de ce cas.
D'autre part, le déplacement de l'aimant permanent 21 est détecté en tant que déplacement du tiroir 3, par le capteur de déplacement 27, et son signal de détection est renvoyé vers la partie de commande 5.
Ensuite, dans cette partie de commande 5, son signal de détection est comparé avec la valeur de consigne, un signal de commande est émis par cette partie de commande 5 vers la partie d'entraînement 4, de façon que leur écart devienne zéro, et la valeur de déplacement de l'aimant permanent 21 est commandée de façon que le degré d'ouverture de la vanne soit réglé et que la commande de débit soit ainsi effectuée. A ce moment, du fait que le capteur de déplacement 27 est disposé à l'intérieur de l'aimant permanent cylindrique 21 sur son axe central, une propriété consistant en ce que l'induction magnétique de l'aimant permanent cylindrique 21 aimanté dans la direction radiale varie de façon linéaire sur l'axe central, est effectivement utilisée, ce qui fait que le déplacement de l'aimant permanent 21 peut être détecté de manière exacte, et il devient possible
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d'effectuer une commande de débit avec une précision élevée.
Lorsque le courant dirigé vers la bobine d'excitation 17 est arrêté, du fait que l'aimant permanent 21 est positionné à une position intermédiaire entre les deux dents polaires 16a, 16b, le tiroir 3 occupe également une position neutre. Par conséquent, en effectuant un réglage tel que le tiroir 3 occupe la position neutre au moment où il ne circule pas de courant vers la bobine d'excitation 17, l'actionneur, tel qu'un cylindre pneumatique, qui est placé dans un état d'entraînement par cette servovanne pneumatique 1A, s'arrête à sa position même dans un cas dans lequel une circulation de courant vers la bobine d'excitation 17 s'arrête à cause de l'apparition d'un état anormal, ce qui fait que la sécurité est élevée.
La figure 3 montre un second mode de réalisation de la présente invention, et un point par lequel la servo-vanne pneumatique 1 B du second mode de réalisation diffère de la servo-vanne pneumatique 1A du premier mode de réalisation, consiste en ce que la partie d'entraînement 4 comporte une multiplicité de bobines d'excitation 17a, 17b. Ainsi, on emploie une structure dans laquelle la première bobine d'excitation 17a et la seconde bobine d'excitation 17b bobinées dans des directions inverses l'une de l'autre sont disposées dans une partie d'espace de la culasse 13 dans une direction axiale de celle-ci, et les intensités de courants qui circulent dans ces bobines d'excitation 17a, 17b peuvent être commandées individuellement par la partie de commande 5.
Du fait que des structures autres que les structures ci-dessus de la servo-vanne pneumatique 1 B sont pratiquement les mêmes que celles de la servo-vanne pneumatique 1A du premier mode de réalisation, les principales parties constitutives identiques sont désignées par les mêmes numéros de référence que dans le premier mode de réalisation, et leur explication sera omise.
Dans la servo-vanne pneumatique 1 B ci-dessus, les pôles magnétiques sont générés dans la première dent polaire 16a et la seconde dent polaire 16b de la culasse 13, et leur intensité sont déterminés sur la base de la somme des champs magnétiques générés par les deux bobines d'excitation 17a, 17b décrites ci-dessus. Par conséquent, dans le cas où le courant circulant dans la première bobine d'excitation 17a est supérieur au courant circulant dans la seconde bobine d'excitation 17b, la première
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ient polaire 16a devient le pôle S et la seconde dent polaire 16b devient e pôle N. Pour cette raison, l'aimant permanent 21 se déplace du côté de a première dent polaire 16a, et le tiroir 3 se déplace également vers la gauche sur la figure, conformément au déplacement de l'aimant. Au contraire, lorsque le courant circulant dans la bobine d'excitation 17b est supérieur au courant circulant dans la prmière bobine d'excitation 17a, la première dent polaire 16a devient le pôle N et la seconde dent polaire 16b devient le pole S, ce qui fait que l'aimant permanent 21 se déplace du cô- é de la seconde dent polaire 16b et le tiroir 3 se déplace également vers a droite sur la figure, conformément au déplacement de l'aimant.
Ainsi, la direction de déplacement de l'aimant permanent 21 et du tiroir 3 peut être changée entre les directions avant et arrière en commandant seulement individuellement les valeurs absolues des courants qui circulent dans les deux bobines d'excitation 17a, 17b, sans changer es directions des courants entre les directions avant et arrière. Ceci faciite la réalisation d'un circuit de commande avec des performances éle- /ées dont la structure soit simple et qui soit peut coûteux.
La figure 4 et la figure 5 montrent un troisième mode de réalisa- :ion de la présente invention, et les points selon lesquels une servo-vanne pneumatique 1 C du troisième mode de réalisation diffère de la servovanne pneumatique 1A du premier mode de réalisation comprennent un point consistant en ce que des ressorts de rappel 35,35 sont disposés des deux côtés du tiroir 3, de façon que le tiroir 3 soit maintenu à une position neutre par les ressorts de rappel 35,35 à un moment où il ne circule pas de courant, un point consistant en ce qu'un mécanisme d'actionnement manuel 36 est incorporé pour changer manuellement la position du tiroir 3, et un point consistant en ce que la partie de commande 5 est en outre placée à une partie d'extrémité de la partie d'entraînement 4.
Ainsi, d'un côté d'extrémité du tiroir 3, des parties définissant des cavités 3a, 11 a sont respectivement formées sur une face d'extrémité du tiroir 3 et d'une face d'extrémité du couvercle d'extrémité 11, et les deux extrémités d'un ressort de rappel 35 sont reçues dans ces parties définissant des cavités. De plus, sur l'autre côté d'extrémité du tiroir 3, des sièges de ressort 38,39 sont respectivement établis sur l'intérieur du porte-aimant 19 et sur une partie d'extrémité distale du porte-capteur cy-
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lindrique 24, et l'autre ressort de rappel 35 est disposé entre ces sièges de ressort 38, 39. Ainsi, le tiroir 3 peut être arrêté à une position neutre plus rapidement et plus sûrement à un moment où il ne circule pas de courant vers la bobine d'excitation 17.
Le porte-capteur 24 décrit ci-dessus est formé en une seule pièce avec un élément de support 40 recouvrant une face d'extrémité de la culasse 13, une plaque de base 41 est fixée à une face extérieure de l'élément de support 40, et la partie de commande 5 décrite ci-dessus est assemblée sur la plaque de base 41. De plus, un couvercle 42 est fixé sur l'élément de support 40, et la plaque de base 41 est entièrement recouverte par le couvercle 42. Sur la figure, le numéro de référence 43 désigne un connecteur pour fournir du courant à la partie de commande 5 sur la plaque de base 41 et aux autres composants électroniques.
De plus, comme on le comprend d'après la figure 6, le mécanisme d'actionnement manuel 36 décrit ci-dessus comprend une poignée 45 en forme de colonne ronde, fixée au boîtier 8 par l'intermédiaire d'un support 48, de façon à avancer/reculer librement d'elle-même dans la direction de son axe et qu'elle puisse être actionnée en rotation autour de l'axe, un doigt 46 placé à une extrémité distale de la poignée 45 dans une condition excentrique, et une rainure d'accouplement 47 qui est formée sur une périphérie complète d'une face extérieure du porte-aimant 19 et qui est accouplée au doigt 46. La poignée 45 est toujours sollicitée dans une direction de rétraction par le ressort 49, de façon que le doigt 46 occupe habituellement une position de retour hors de la rainure d'accouplement 47. A sa partie de tête, la poignée 45 comporte une fente d'actionnement 45a pour faire tourner la poignée avec un outil tel qu'un tournevis ou autres. De plus, un couvercle de protection 48a qui recouvre la partie de tête de la poignée 45 est fixé sur la partie supérieure du support 48, de façon que la poignée 45 ne puisse pas être actionnée en rotation accidentellement. Sur la figure, le numéro de référence 48b désigne un trou pour l'actionnement formé dans le couvercle de protection 48a. On notera incidemment que la rainure d'accouplement 47 est formée dans le porteaimant 19, mais elle peut être formée sur le tiroir 3.
Comme représenté sur la figure 7, lorsque le tiroir 3 est déplacé par le mécanisme d'actionnement manuel 36, un outil tel qu'un tournevis
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ou autres est inséré dans la fente d'actionnement 45a de la poignée 45 et la poignée 45 est poussée dans la direction de son axe pour que le doigt 46 à l'extrémité distale s'accouple à la rainure d'accouplement 47, de fa- çon à faire tourner la poignée 45 de 90 dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, dans cet état.
Dans ces conditions, du fait que le doigt 46 se déplace en rotation et de façon excentrique autour de l'axe de la poignée 45, le porte-aimant 19 et donc le tiroir 3 sont poussés par le doigt 46 de façon à se déplacer. La figure 7 montre un cas dans lequel, lorsque la poignée 45 est tournée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le tiroir 3 se déplace vers la droite. Par conséquent, dans ce cas, le tiroir 3 peut être déplacé vers la gauche sur la figure en faisant tourner la poignée 45 dans le sens des aiguilles d'une montre. Les chemins d'écoulement peuvent donc être changés en déplaçant manuellement le tiroir 3 vers la gauche ou la droite au moment d'une interruption de service ou autres.
On notera incidemment que du fait que des structures et des effets autres que ceux indiqués ci-dessus dans la servo-vanne pneumatique 1C du troisième mode de réalisation, sont pratiquement les mêmes que ceux dans la servo-vanne pneumatique 1A du premier mode de réalisation, les mêmes éléments constitutifs principaux sont désignés par les mêmes numéros de référence que dans le premier mode de réalisation, et leur explication sera omise .
De plus, dans la servo-vanne pneumatique 1C du troisième mode de réalisation décrit ci-dessus, une multiplicité de bobines d'excitation 17 peuvent être incorporées, comme dans la servo-vanne pneumatique 1 B du second mode de réalisation. Selon une variante, on peut employer une structure dans laquelle l'un des ressorts de rappel 35,35 et le mécanisme d'actionnement manuel 36 sont omis.
Conformément à la servo-vanne pneumatique de la présente invention, du fait que l'aimant permanent cylindrique est utilisé en tant que corps mobile, le rapport entre la poussée générée et le poids de la partie mobile devient plus grand et la réponse est meilleure en comparaison avec un dispositif classique utilisant un aimant permanent semblable à un barreau.
De plus, du fait que le capteur de déplacement a été disposé à
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l'intérieur de la partie creuse de l'aimant permanent cylindrique, de façon à être positionné sur son axe central, une propriété consistant en ce que l'induction magnétique de l'aimant permanent cylindrique aimanté dans la direction radiale varie de façon linéaire sur l'axe central, est effectivement utilisée de façon que le déplacement de l'aimant permanent puisse être détecté avec une précision élevée et qu'une commande de débit exacte puisse être effectuée.
Claims (11)
1. Servo-vanne pneumatique, comprenant : une partie de distribution (2) ayant une multiplicité d'orifices (P, A, B, EA, EB), un alésage de vanne (9) communiquant avec les orifices, et un tiroir (3) qui est inséré de façon coulissante dans l'alésage de vanne (9) pour changer des chemins d'écoulement entre les orifices ; une partie d'entraînement (4) ayant une culasse cylindrique (13) munie d'une paire de dents polaires (16a, 16b) disposées face à face, au moins une bobine d'excitation (17) enroulée sur la culasse (13), un aimant permanent cylindrique (21) qui est disposé dans une partie creuse de la culasse (13), de façon mobile dans une direction axiale de la culasse, et dans lequel un pôle. N et un pôle S sont aimantés dans une direction radiale, et un porte-aimant (19) consistant en un corps non magnétique, qui accouple l'un à l'autre l'aimant permanent (21) et le tiroir (3); un capteur de déplacement (27) qui est disposé de façon à être placé sur un axe central de l'aimant (21), à l'intérieur de l'aimant permanent, et qui détecte le déplacement de l'aimant permanent (21) d'après un changement d'induction magnétique; et une partie de commande (5) qui compare un signal de détection provenant du capteur de déplacement (27) avec une valeur de consigne pour régler un degré d'ouverture de la vanne en commandant la partie d'entraînement (4) sur la base de l'écart du signal de détection par rapport à la valeur de consigne.
2. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la culasse (13) comprend une partie de cylindre extérieure cylindrique (14) et une paire de parties de cylindre intérieures (15a, 15b) qui sont concentriques par rapport à la partie de cylindre extérieure (14) et sont disposées face à face avec un espace constant, les parties de cylindre intérieures (15a, 15b) formant la première dent polaire (16a) et la seconde dent polaire (16b), et la bobine d'excitation (17) étant logée dans une partie d'espace entre les parties de cylindre intérieures (15a, 15b) et la partie de cylindre extérieure (14).
3. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le porte-aimant (19) a une forme cylindrique et est logé dans la partie creuse entourée par la première dent polaire (16a) et la se-
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conde dent polaire (16b) de la culasse (13), de façon à être capable de se déplacer dans une direction axiale, et l'aimant permanent (21) étant ajusté sur une face périphérique extérieure du porte-aimant (19).
4. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un porte-capteur (24) s'étend à partir d'un couvercle recouvrant une partie d'extrémité de la culasse (13) en direction de l'intérieur de l'aimant permanent (21), sur un axe central de l'aimant permanent (21), le capteur de déplacement (27) étant maintenu par le porte-capteur (24).
5. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une multiplicité de bobines d'excitation (17a, 17b) ayant des directions d'enroulement inverses l'une de l'autre sont incorporées, les bobines d'excitation (17a, 17b) étant disposées de manière parallèle dans une direction axiale de la culasse (13), et les valeurs absolues des courants qui circulent dans les bobines d'excitation respectives (17a, 17b) peuvent être commandées individuellement.
6. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un capteur de courant (32) pour détecter un courant qui circule dans la bobine d'excitation (17), et en ce que le courant de la bobine qui est détecté par le capteur de courant (32) est renvoyé vers la partie de commande (5), de façon à compenser un retard de réponse du courant de la bobine vis-à-vis de la tension de la bobine.
7. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un mécanisme d'actionnement manuel (36) pour changer manuellement la position du tiroir (3).
8. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le mécanisme d'actionnement manuel (36) comprend une poignée (45) fixée à un carter (8) de façon à pouvoir être actionnée en rotation autour d'un axe de la poignée elle-même, un doigt (46) placé à une extrémité distale de la poignée dans une condition excentrique, et une rainure d'accouplement (47) formée sur le tiroir (3) ou le porte-aimant (19) de façon à être accouplée au doigt (46).
9. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée de manière à ce que le tiroir (3) soit maintenu à une position neutre à un moment auquel il ne circule pas de
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courant vers la bobine d'excitation (17).
10. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que des moyens destinés à maintenir le tiroir (3) à la position neutre consistent en une caractéristique de saturation magnétique de la culasse (13), la culasse étant constituée de façon à ne pas être saturée par une force magnétomotrice de l'aimant permanent (21).
11. Servo-vanne pneumatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que des moyens destinés à maintenir le tiroir (3) à la position neutre consistent en ressorts de rappel (35) placés aux deux extrémités du tiroir (3).
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