ACTIONNEUR A COMMANDE ELECTRIQUE POUR DISTRIBUTEUR HYDRAULIQUE [000li La présente invention concerne le domaine de la commande électrique d'un distributeur hydraulique pour vérin hydraulique. [0002 Plus particulièrement l'invention se rapporte à un actionneur à commande électrique pour distributeur hydraulique. L'invention se rapporte en outre à un système hydraulique comprenant un tel actionneur. [0003 L'invention s'applique à tout système hydraulique équipé d'un actionneur à commande électrique. Elle s'applique plus particulièrement aux systèmes de directions de bateaux, pour le pilotage automatique des appareils à gouverner mécaniques. [0004] Les systèmes de direction de bateau sont essentiellement équipés d'un vérin hydraulique à double effet, d'un groupe moto-pompe et de moyens permettant le pilotage en mode automatique ou en mode manuel du bateau. Les moyens permettant le pilotage automatique ou manuel du bateau comprennent essentiellement un actionneur à commande électrique qui agit sur un distributeur hydraulique pour activer ou non le vérin hydraulique à double effet. Un tel système de direction est schématisé sur la figure 1. Un cap déterminé, à suivre par le bateau, est fourni par le skipper du bateau à une interface homme/machine 30. Cette interface 30 transmet la valeur de cap donnée à un calculateur 20 qui l'enregistre. Un compas magnétique 31 transmet au calculateur 20 en permanence la trajectoire réelle du bateau. Le calculateur 20 détermine alors une consigne électrique en fonction du cap choisi et de la trajectoire réelle. Le compas magnétique 31 transmet donc au calculateur 20 les informations nécessaires pour conserver le cap magnétique. En mode « pilotage automatique », cette consigne est ensuite transmise à un groupe moto-pompe 10 qui comporte classiquement une pompe 11 et une réserve d'huile 12 en liaison avec le vérin. La liaison entre la réserve d'huile et le vérin permet de compenser la différence de volume d'huile entre les chambres du vérin lorsque le pilotage est en mode manuel. Un orifice 13 dans le vérin en liaison ave la réserve 12 est prévu à cet effet. Le groupe moto-pompe 10 fournit alors la puissance hydraulique à un vérin hydraulique 60, en dirigeant un fluide hydraulique vers l'une ou l'autre des chambres 61, 62 du vérin 60, en fonction de la consigne électrique transmise par le calculateur 20. Le vérin hydraulique 60 vient à son tour actionner, en poussant ou en tirant, un secteur accouplé à un bras de mèche 70, lui-même relié au safran du bateau. [0005] L'activation du mode « pilotage automatique », ou sa désactivation, est obtenue à l'aide d'un actionneur 40 commandé électriquement par le calculateur 20, selon la volonté du skipper qui rentre ses consignes via l'interface homme/machine 30. Cet actionneur 40 à commande électrique agit sur un distributeur hydraulique 50, apte à permettre la mise en relation ou l'isolement des deux chambres 61, 62 du vérin hydraulique 60. Le calculateur 20 analyse les informations reçues du compas magnétique 31 et de l'interface homme/machine 30 et transmet à la pompe hydraulique 11 et à l'actionneur à commande électrique 40 les ordres pour permettre un changement du mode de pilotage et/ou un changement de cap ou le maintien dans un cap de consigne. [0006] Lorsque le système est activé, cela signifie qu'il est en mode « pilotage automatique » et lorsqu'il est désactivé, cela signifie que le bateau est barré manuellement. En mode « pilotage manuel », encore dénommé « stand-by », le vérin hydraulique 60 est désactivé et ses deux chambres 61, 62 sont communicantes. Lorsque le mode « pilotage automatique » est activé, les chambres du vérin sont isolées l'une de l'autre et alimentées par le groupe moto-pompe 10. La tige 64 du vérin est alors actionnée dans un sens ou dans un autre et communique son mouvement au safran par l'intermédiaire du bras de mèche 70. Pour maintenir le mode « pilotage automatique » activé, une tension continue de 12V, ou 24V selon l'équipement électrique du bateau, alimente l'actionneur à commande électrique 40 en permanence, afin de maintenir le distributeur hydraulique 50 dans une position telle qu'il permet d'isoler les deux chambres 61, 62 du vérin 60 l'une de l'autre. L'énergie électrique est donc convertie successivement en énergie hydraulique puis en énergie mécanique qui, transmise à l'actionneur à commande électrique 40, engendre un changement de trajectoire. Lorsque le système est désactivé, aucune tension n'alimente l'actionneur à commande électrique 40, le distributeur hydraulique 50 est dans une position stable et telle qu'il permet de relier les deux chambres 61, 62 du vérin hydraulique 60. [0007] Cependant, un bateau qui part en mer, loin des côtes, a besoin d'être autonome et de gérer au mieux son énergie électrique. L'énergie électrique du bateau est fournie par une batterie d'alimentation en énergie électrique. Etant donné que les bateaux peuvent naviguer longtemps loin des côtes, on recherche constamment à réduire la consommation d'énergie électrique à bord du bateau pour ne pas avoir une batterie qui se décharge trop rapidement. [0008] L'invention a donc pour but de remédier à au moins un des inconvénients de l'art antérieur. L'invention vise notamment à réduire la consommation d'énergie électrique à bord du bateau. Elle vise plus particulièrement à limiter la consommation électrique de l'actionneur à commande électrique. [0009 A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur à commande électrique pour distributeur hydraulique, principalement en ce qu'il comprend : - un électro-aimant bistable apte à agir sur ledit distributeur hydraulique pour le déplacer d'une première position stable vers une deuxième position stable, et réciproquement, lesdites première et deuxième positions stables dudit distributeur hydraulique correspondant respectivement à un premier et un deuxième état stable dudit électro-aimant, - un dispositif de commande électrique apte à générer deux impulsions électriques, de polarité inversée, pour commander ledit électro-aimant bistable, une première impulsion permettant de déplacer l'électro-aimant dudit premier état stable vers ledit deuxième état stable et une deuxième impulsion permettant de déplacer l'électro-aimant dudit deuxième état stable vers ledit premier état stable. [oo10] Ainsi, l'actionneur à commande électrique ne consomme de l'énergie électrique qu'au moment où les impulsions sont générées pour le faire passer d'un premier état stable à un deuxième état stable et inversement. La consommation électrique de l'actionneur est donc considérablement réduite. [0011] Selon d'autres caractéristiques optionnelles : - le dispositif de commande électrique comprend un microcontrôleur apte à générer deux signaux de commande différents, chaque signal de commande étant destiné à commander un circuit à relais qui lui est dédié, de sorte qu'en fonction du signal de commande généré par ledit microcontrôleur, un seul desdits circuits à relais est actionné, de manière à générer une impulsion électrique en sortie, - le dispositif de commande électrique comprend en outre un circuit d'adaptation apte à générer un signal d'alimentation du microcontrôleur à partir de signaux d'entrée issus d'un calculateur, - le dispositif de commande électrique comprend aussi un circuit de réserve d'énergie électrique apte à stocker de l'énergie électrique, à partir de l'énergie électrique fournie par une batterie, et apte à permettre l'alimentation dudit microcontrôleur pour générer un signal de commande d'un des circuits à relais pour la génération d'une impulsion électrique permettant d'engendrer un déplacement dudit distributeur hydraulique dans sa première position stable, lorsque ladite batterie est déchargée. [0012] Avantageusement, le circuit de réserve d'énergie comprend plusieurs plusieurs condensateurs de stockage de forte capacité, par exemple 5F et de faible tension, montés en série permettant de garantir une grande capacité de stockage ainsi que la possibilité de fournir un courant de décharge élevé. [0013] L'invention porte en outre sur un système hydraulique comprenant un groupe moto-pompe, un calculateur apte à commander le groupe moto-pompe pour injecter un fluide hydraulique dans une ou deux chambres d'un vérin hydraulique à double effet, et un actionneur à commande électrique apte à agir sur un distributeur hydraulique dudit vérin hydraulique, pour faire passer ledit distributeur hydraulique d'une première position à une deuxième position et réciproquement, caractérisé en ce que l'actionneur à commande électrique est un actionneur bistable tel que celui décrit précédemment. [0014] Selon d'autres caractéristiques optionnelles : - le système constitue un système de direction pour le pilotage automatique ou manuel d'un appareil à gouverner mécanique, une première position stable du distributeur hydraulique permet de relier les deux chambres du vérin hydraulique et d'activer un mode de pilotage manuel, et une deuxième position stable du distributeur hydraulique permet d'isoler les deux chambres du vérin hydraulique et d'activer un mode de pilotage automatique, - une batterie d'alimentation en énergie électrique permet de fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement du système et, lorsque ladite batterie est déchargée, un circuit de réserve d'énergie permet de fournir l'énergie électrique nécessaire pour faire basculer automatiquement le mode de pilotage en mode manuel, - le système comprend en outre un poussoir mécanique apte à agir sur un noyau d'un électro-aimant bistable de l'actionneur à commande électrique pour faire basculer un mode de pilotage automatique dans un mode de pilotage manuel. [oo15] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées qui représentent : La figure 1, déjà décrite, un schéma simplifié d'un système hydraulique de direction pour le pilotage automatique ou manuel d'un bateau, - La figure 2A, un schéma en coupe d'une partie d'un vérin hydraulique double effet, - Les figures 2B et 2C, des schémas en coupe d'un distributeur hydraulique pour vérin hydraulique respectivement dans une première et une deuxième position stable, - La figure 3, un schéma d'un dispositif de commande électrique de l'actionneur à commande électrique selon l'invention. [0016] La figure 2A représente une vue schématique en coupe d'une partie d'un vérin hydraulique 60 à double effet. Ce vérin hydraulique 60 comprend deux chambres 61, 62 situées de part et d'autre d'un piston 63 étanche. Ce vérin 60 comprend également une tige 64 reliée au piston 63 et qui peut bouger dans un sens ou dans un autre, selon que le fluide hydraulique est injecté dans une chambre 61 ou dans l'autre 62. Ce vérin est par exemple formé d'une double enveloppe 67, 68.
L'enveloppe externe 67 crée avec l'enveloppe interne 68, un espace inter-enveloppe qui communique avec la chambre 62 située du côté de la tige 64. Cet espace inter-enveloppe est représenté en hachuré sur les figures 2A à 2C. Un orifice d'alimentation 66 en fluide hydraulique communique avec cette chambre 62 par l'intermédiaire de cet espace. La flèche F sur la figure 2A représente l'écoulement du fluide hydraulique dans l'espace inter-enveloppe pour alimenter la chambre 62. Un autre orifice d'alimentation 65 en fluide hydraulique communique avec la chambre 61 du vérin hydraulique, située du côté du piston 63. Ainsi, en fonction de la valeur de consigne fournie par le calculateur 20, le groupe moto-pompe 10 du système de direction alimente en fluide hydraulique l'une et/ou l'autre des chambres 61, 62 du vérin 60, afin de faire bouger la tige 64 dans un sens ou dans un autre. [oo1n L'actionneur à commande électrique, référencé 40 sur toutes les figures, permet d'agir sur un distributeur hydraulique, référencé 50 sur toutes les figures. Ce distributeur hydraulique permet de relier ou de séparer les deux orifices d'alimentation 65, 66, c'est-à-dire les deux chambres 61, 62, du vérin hydraulique 60. Lorsque les deux chambres 61, 62 sont communicantes, le vérin est alors libre. Cette position correspond au mode de pilotage manuel. Lorsque les chambres sont séparées l'une de l'autre, le vérin est alors commandé par le groupe moto-pompe qui alimente l'une ou l'autre des chambres. Dans ce cas le mode de pilotage est automatique. [oo1ai Le distributeur hydraulique 50 est inséré à une extrémité du vérin 60, en regard des orifices d'alimentation 65, 66 en fluide hydraulique. Les figures 2B et 2C illustrent de manière simplifiée la position du distributeur hydraulique 50 respectivement lorsque les chambres du vérin communiquent l'une avec l'autre et lorsqu'elles sont séparées l'une de l'autre. Ces figures sont des vues schématiques en coupe du distributeur hydraulique 50 et de l'actionneur 40 à commande électrique selon l'invention. Le distributeur 50 comprend un corps 54 dans lequel sont pratiqués des orifices 55, 56 qui sont placés respectivement en regard des orifices d'alimentation 65, 66 en fluide hydraulique du vérin hydraulique 60. Le distributeur hydraulique 50 comprend en outre un tiroir bistable 53 qui est destiné à être actionné par l'actionneur 40 à commande électrique. Le tiroir bistable 53 comprend lui aussi des orifices 51, 52 qui communiquent entre eux. Ces orifices 51, 52 permettent, lorsqu'ils sont positionnés en regard des orifices 55, 56 du corps 54 du distributeur hydraulique 50, de relier les orifices d'alimentation 65, 66 des chambres 61,62 du vérin hydraulique 60. Ainsi, sur la figure 2B, le tiroir bistable 53 est enfoncé dans le corps 54 du distributeur hydraulique 50, de telle sorte que ses orifices 51, 52 communicants soient placés face aux orifices 55, 56 du corps 54 du distributeur hydraulique 50. Dans cette première position, les orifices d'alimentation 65, 66 du vérin hydraulique 60 sont donc reliés et le passage de fluide hydraulique entre les deux chambres 61, 62 est autorisé. Dans ce cas, le vérin est libre, et le mode de pilotage est manuel. Sur la figure 2C en revanche, le tiroir bistable 53 est positionné, dans le corps 54 du distributeur hydraulique 50, de sorte que ses orifices 51, 52 communicants ne sont pas situés en regard des orifices 55, 56 du distributeur. Par conséquent, dans cette deuxième position les orifices d'alimentation 65, 66 du vérin hydraulique 60 ne sont pas reliés et le passage de fluide hydraulique entre les deux chambres est bloqué. Le mode de pilotage est alors automatique et le vérin est commandé par le groupe moto-pompe 10, lui-même piloté par le calculateur 20. [0019 Le tiroir bistable 53 est actionné par l'actionneur 40 à commande électrique et plus particulièrement par un électro-aimant bistable 42 de l'actionneur 40. L'interaction magnétique entre un aimant permanent, une bobine alimentée en énergie électrique, au moment de la génération d'une impulsion électrique, et son noyau permet de générer l'effort nécessaire au déplacement du tiroir bistable 53 dans l'une ou l'autre des positions. L'interaction entre l'aimant permanent et le noyau permet ensuite le maintien dans une position stable du tiroir bistable 53. Plus particulièrement, cette interaction permet le maintien du tiroir bistable dans la première position permettant de relier les chambres du vérin correspondant au mode de pilotage manuel ou dans la deuxième position comme illustré sur les figures 2B et 2C. Ainsi, il est possible d'activer un mode de pilotage automatique ou manuel et de le maintenir activé sans consommation d'énergie électrique supplémentaire. [0020] De façon avantageuse, un ressort 43 est prévu pour aider au maintien de l'une ou de l'autre des positions stables. En pratique, ce ressort 43 permet de compenser le déséquilibre d'attraction sur le noyau de la bobine qui a tendance à rester attiré du même côté. De fait, le ressort 43 aide l'actionneur à aller dans la deuxième position stable qui correspond au mode de fonctionnement automatique. [0021] L'actionneur 40 comprend en outre un dispositif de commande électrique 41 piloté par le calculateur 20 et permettant de générer deux impulsions électriques, de polarités inversées, destinées à provoquer un changement de position de l'électro-aimant 42 d'un premier état stable vers un deuxième état stable, et réciproquement.
Le premier et le deuxième état stable de l'électro-aimant correspondent respectivement à la première et la deuxième position du distributeur hydraulique. [0022] Un schéma de ce dispositif 41 de commande électrique de l'actionneur 40 est représenté sur la figure 3. Ce dispositif permet de faire l'interface entre le calculateur 20 et l'électro-aimant 42 de l'actionneur. [0023] Le changement de la sélection du mode de pilotage manuel ou automatique via l'interface homme / machine 31 se traduit par une modification des signaux en sortie du calculateur 20. Ces signaux de sortie délivrent une tension de 0 V lorsque le mode de pilotage manuel est sélectionné, alors qu'ils délivrent une tension continue de 12, ou 24 V selon l'installation électrique du bateau, lorsque le mode de pilotage automatique est sélectionné. [0024] Le dispositif de commande électrique 41 comprend un circuit d'adaptation, référencé A, des signaux d'entrée S1, S2 issus du calculateur 20. En pratique, le circuit d'adaptation A reçoit les signaux S1, S2 en 0, 12 ou 24 V, issus du calculateur 20 et utilisés en tant que signaux de commande, et génère un signal de sortie en 5 V pour alimenter un microcontrôleur référencé B. [0025] Le microcontrôleur B génère alors des signaux S'1, S'2 de commande. Chacun de ces signaux S'1, S'2 est destiné à commander un circuit à relais R1, R2 qui lui est dédié. Les signaux S'1, S'2 sont utilisés alternativement par le microcontrôleur B en fonction du mode de pilotage à activer. Chacun de ces signaux permet donc d'activer respectivement un circuit à relais R1, R2. Chaque circuit à relais permet ensuite d'envoyer le signal de commande d'un côté ou de l'autre de l'actionneur. Suivant le côté utilisé, le courant circule dans un sens ou dans un autre, générant ainsi un mouvement du noyau de l'électro-aimant 42 dans un sens ou dans un autre. Le basculement d'un relais R1 ou de l'autre R2, permet donc de générer en sortie des circuits relais, une impulsion positive ou négative. Cette impulsion permet alors de commander un changement d'état de l'électro-aimant 42 et donc un changement de position du tiroir bistable 53 dans le corps 54 du distributeur hydraulique 50. Il en découle donc, grâce à une simple impulsion électrique, un changement du mode de pilotage. [0026] Le dispositif de commande électrique 41 permet donc de générer et de gérer les impulsions électriques. Lors de l'activation du mode « pilotage automatique », les signaux S1, S2 en sortie du calculateur 20 passent de 0 V à 12 V (ou 24 V) et le dispositif 41 de commande électrique génère une impulsion positive de +12 V (ou +24 V). Lors de l'activation du mode « pilotage manuel », les signaux S1, S2 en sortie du calculateur 20 passent de 12 V (ou 24 V) à 0 V et le dispositif 41 de commande électrique génère une impulsion négative de -12 V (ou -24V). [0027] Le dispositif de commande électrique 41 comprend en outre un circuit de réserve d'énergie électrique, référencé E sur la figure 3. Ce circuit permet de stocker de l'énergie électrique à partir de l'énergie électrique d'alimentation VALIM de la batterie située à bord du bateau. Pour cela, le circuit E comprend par exemple plusieurs condensateurs de stockage de forte capacité, par exemple 5F et de faible tension montés en série, référencé C. Ce circuit E permet de garantir une grande capacité de stockage ainsi que la possibilité de fournir un courant de décharge élevé. Il permet de délivrer une tension d'alimentation Vpp à tous les circuits du dispositif 41 de commande électrique. Le circuit E de réserve d'énergie électrique permet d'assurer une fonction de sécurité automatique. En effet, en cas de perte d'alimentation électrique, par exemple lorsque la batterie à bord est trop déchargée, il est nécessaire que le skipper puisse piloter son bateau manuellement. Dans ce cas, la réserve d'énergie électrique E permet d'alimenter le microcontrôleur B pour générer un signal de commande S'1 d'un des circuits à relais R1. Ainsi une impulsion électrique négative est générée pour permettre d'engendrer un déplacement du distributeur hydraulique dans sa première position stable. La réserve d'énergie E permet donc de faire basculer automatiquement le pilotage en mode manuel, en commandant la génération d'une impulsion électrique négative correspondante. [0028] Cette fonction de sécurité automatique est avantageusement doublée par une sécurité manuelle permettant de basculer en mode manuel lorsque le skipper constate un dysfonctionnement à bord, tel que par exemple une panne du calculateur ou de l'actionneur. Une telle sécurité manuelle peut être matérialisée par exemple par un poussoir mécanique apte à agir directement sur le noyau de l'électro-aimant bistable 42 de l'actionneur 40 à commande électrique pour faire basculer un mode de pilotage automatique dans un mode de pilotage manuel. [0029 Grâce à l'actionneur à commande électrique selon l'invention, la consommation électrique n'est pas permanente pendant tout le temps où le mode de pilotage automatique est activé. La consommation électrique n'intervient en effet que lors des changements de mode de pilotage, c'est-à-dire au moment de la génération des impulsions pour faire passer le mode de pilotage d'un mode à l'autre. L'actionneur consomme donc très peu d'énergie électrique et contribue grandement à réduire la consommation électrique à bord d'un bateau. [0030 Si on considère la puissance électrique et que l'on compare un système classique tel que commercialisé par la Société Hydac International, à celui de la présente invention : Système classique (par exemple, le système commercialisé sous la référence 15 WK10A par la Société Hydac): - La puissance de fonctionnement de l'actionneur en by-pass, c'est-à-dire en position automatique est : P = 27 W - Cette puissance électrique doit être maintenue pour rester en position « Automatique ». Avec le système selon l'invention, la puissance de fonctionnement de 20 l'actionneur bistable nécessaire en by-pass c'est-à-dire en position automatique est : P = 48 W. - Cependant, cette puissance électrique n'a pas besoin d'être maintenue, elle est seulement nécessaire pour passer d'un mode à l'autre soit pendant une impulsion électrique de 1 seconde. 25 [0031 Si on considère maintenant la consommation d'énergie, et qu'on refait la même comparaison : Système classique : - L'énergie nécessaire au fonctionnement en by-pass pendant 2 heures de fonctionnement en pilote « Automatique » : W = 54 W.h, 30 Invention : - L'énergie nécessaire au fonctionnement en by-pass de l'actionneur bistable pendant 2 heures de fonctionnement en pilote « Automatique » est égale à l'énergie consommée au cours de deux impulsions de 1 secondes (passage du mode « stand-by » au mode « automatique » puis retour au mode « stand-by » et est égale à WBistable = 0,0266 W.h.