FR3108153A1 - Servovalve à actionneur linéaire et rétroaction mécanique - Google Patents
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Abstract
Servovalve (100) à étage de pilotage (20) comportant deux élément hydrauliques (30, 6) pouvant être déplacés l’un par rapport à l’autre pour déplacer un organe de distribution de puissance (2) l’étage de pilotage (20) comprenant un actionneur linéaire (40) comportant un poussoir principal(41) agencé pour modifier la position relative des éléments hydrauliques (30, 6). l’étage de pilotage (20) comprenant également un levier (50) de rétroaction en position. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine des servovalves hydrauliques et plus particulièrement les servovalves à étage de pilotage comprenant un actionneur linéaire.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Une servovalve classique est constituée d’un étage de pilotage pilotant un organe mobile de distribution de puissance d’un étage de puissance. L’étage de puissance a pour fonction de délivrer une pression ou un débit proportionnel à une instruction transmise à l’étage de pilotage.
L’étage de pilotage comporte deux éléments hydrauliques, à savoir un émetteur hydraulique (buse ou éjecteur) et un récepteur hydraulique (palette, déflecteur ou récepteur fixe) dont la modification de leur position relative génère des différentiels de pression qui sont exploités pour déplacer finement un organe mobile de distribution de puissance de l’étage de puissance de la servovalve. Cet organe mobile de distribution de puissance coulisse dans une chemise cylindrique implantée dans le corps de la servovalve. Généralement, la position de l’émetteur ou du récepteur hydraulique est pilotée par un moteur couple qui déplace l’un des éléments hydrauliques de l’étage de pilotage en regard de l’autre. Le déplacement de l’organe mobile de distribution de puissance dans sa chemise met alors en communication un ensemble de canaux forés et de lumières dont l’agencement permet de délivrer une pression ou un débit, proportionnels au déplacement dudit organe mobile de distribution de puissance. Une tige de rétroaction mécanique rigidement solidaire de celui de l’émetteur ou du récepteur hydraulique qui est mobile est reliée à l’organe de distribution mécanique.
Il existe des servovalves dans lesquelles le déplacement de l’émetteur ou du récepteur hydraulique est provoqué par un actionneur linéaire. Un capteur de position mesure la position de l’organe de puissance et pilote l’actionneur linéaire via une électronique de puissance dédiée pour assurer une rétroaction électronique de manière similaire à celle effectuée mécaniquement par la tige de rétroaction dans le cas d’une servovalve. Une telle électronique est couteuse et impacte défavorablement l’encombrement, la masse et la fiabilité d’une servovalve.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour objet d’améliorer la fiabilité d’une servovalve.
A cet effet, on prévoit une servovalve à étage de pilotage comportant un élément hydraulique pour éjecter un jet de fluide et un élément hydraulique pour recevoir le jet de fluide, les éléments hydrauliques pouvant être déplacés l’un par rapport à l’autre de sorte à modifier leur position relative et ainsi générer un différentiel de pression exploitable pour déplacer un organe de distribution de puissance de la servovalve, l’un des deux éléments étant monté fixe sur un corps de la servovalve et l’autre des éléments étant monté en l’extrémité mobile d’un support relié au corps de la servovalve, l’étage de pilotage comprenant un actionneur linéaire comportant un poussoir principal agencé pour exercer sélectivement sur le support un effort tendant à modifier la position relative des éléments hydrauliques, l’étage de pilotage comprenant également un levier pourvu d’une interface de transfert d’effort comportant un premier point d’application d’un effort de sortie du poussoir principal sur le levier et un deuxième point de transmission de l’effort de sortie depuis le levier vers le support , le levier étant également relié en un troisième point de liaison avec l’organe de distribution de puissance, le premier point d’application et le deuxième point de transmission étant situés de part et d’autre d’un premier plan s’étendant parallèlement à une direction de sortie du poussoir principal et perpendiculairement à une fibre neutre du levier.
On obtient alors une servovalve pourvue d’un dispositif de rétroaction en position qui permet l’utilisation d’un actionneur linéaire sans recours à un capteur de déplacement de l’organe de distribution de puissance. La rétroaction entièrement mécanique améliore grandement la fiabilité de la servovalve selon l’invention.
Avantageusement, l’interface de liaison est agencée de manière à ce que la liaison en le premier point d’application ou le deuxième point de transmission soit une liaison ponctuelle ou une liaison rotule ou une liaison linéaire ou une liaison pivot.
Le comportement en vibration de la servovalve est amélioré lorsque l’interface de transfert d’effort comprend une came voir lorsque la came est agencée pour réaliser une liaison pivot en le deuxième point de transmission et/ou lorsque le support est relié au corps de la servovalve par un encastrement.
Selon un mode de réalisation particulier, l’interface de transfert d’effort comprend une première portion s’étendant selon une première direction sécante à la fibre neutre du levier et une deuxième portion s’étendant selon une deuxième direction sécante à la première direction et/ou que l’interface de transfert d’effort comprend également une troisième portion s’étendant selon une troisième direction sécante à la fibre neutre du levier et une quatrième portion s’étendant selon une quatrième direction sécante à la troisième direction.
Avantageusement également, le deuxième point de transmission agit sur un poussoir auxiliaire qui vient au contact de la tige pour pousser celle-ci.
L’élément hydraulique fixe peut être un récepteur de fluide et l’élément hydraulique porté par la tige est un éjecteur de fluide ou l’élément hydraulique fixe peut être un éjecteur de fluide et l’élément mobile un récepteur de fluide.
Selon un mode de réalisation préféré, l’actionneur linéaire comprend un actionneur piézo-électrique.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence aux figures 1 et 2, l’invention est ici illustrée en application à une servovalve de régulation de débit barométrique à deux étages dont un étage de pilotage. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette application, et pourra être utilisée pour d’autres types de servovalves.
La servovalve, généralement désignée 100, comporte un corps 1 dans lequel un organe de distribution de puissance 2 est monté pour coulisser à étanchéité dans un logement 3 cylindrique en formant l’étage de distribution. L’organe de distribution de puissance 2 est mobile entre deux positions extrêmes et est conformé pour délimiter dans le logement 3 des chambres étanches C1, C2, C3, C4 pour mettre en communication respectivement, selon la position extrême de l’organe de distribution de puissance 2 par rapport à une position centrée (ou position neutre):
- soit un port d’alimentation P avec un premier port d’utilisation U1, et un port de retour R avec un deuxième port d’utilisation U2,
- soit le port d’alimentation P avec le deuxième port d’utilisation U2, et le port de retour R avec le premier port d’utilisation U1.
Le contrôle du coulissement de l’organe de distribution de puissance 2 dans le logement 3 est assuré au moyen de chambres de pilotage 4,5 qui sont alimentées en fluide sous pression par un organe de répartition de pression, en l’occurrence ici un récepteur 6 fixe. Le récepteur 6 comprend deux orifices 7 et 8 et un réceptacle 9. Les orifices 7 et 8 sont respectivement mis en communication fluidique, via des conduits 10 et 11, avec les chambres de pilotage 4 et 5. Le réceptacle 9 est quant à lui relié au retour R par un conduit 12.
L’étage de pilotage 20 de la servovalve 100 comprend une tige 21 montée à rotation en sa première extrémité 22 sur le corps 1. La tige 21 comprend une deuxième extrémité 23 libre sur laquelle est monté un éjecteur à fluide 30 qui vient en regard du récepteur 6. Un ressort 24 de pression monté en appui entre le corps 1 et une portion 25 de la tige 21 exerce un effort de rappel sur la tige 21 pour en provoquer une rotation autour de la première extrémité 22 dans un sens antihoraire selon la représentation de la figure 1. La tige 21 comprend un conduit interne 31 d’amenée de fluide à l’éjecteur à fluide 30. Ce conduit interne 31 est fluidiquement relié au port d’alimentation P de la servovalve 100 par un conduit 32 foré dans le corps 1.
L’étage 20 de pilotage comprend un actionneur linéaire 40 piézoélectrique qui comprend un poussoir principal 41 pour exercer sélectivement un effort sur la tige 21.
L’étage de pilotage comprend également un levier 50 placé entre le poussoir principal 41 et une première extrémité 61 d’un poussoir auxiliaire 60 monté à coulissement sur le corps 1. La deuxième extrémité 62 du poussoir auxiliaire 60 vient au contact de la portion 25 de la tige 21.
Le levier 50 est pourvu en sa première extrémité 51 d’une interface de transfert d’effort 52. L’interface de transfert d’effort 52 comporte une première demi-sphère 53 en céramique de premier centre 53.1 et qui vient en saillie de la première face 54 du levier 50. Une deuxième demi-sphère 55 en céramique de deuxième centre 55.1 vient en saillie de la deuxième face 56 du levier 50 opposée à la première face 54. La première demi-sphère 53 et la deuxième demi-sphère 55 sont implantées de manière à ce que le premier projeté orthogonal 57.1 du premier centre 53.1 sur une fibre neutre 57 du levier 50 et le deuxième projeté orthogonal 57.2 du deuxième centre sur une fibre neutre 57 du levier 50 soient séparés par une distance d53-55 non nulle.
La deuxième extrémité 58 du levier 50 comprend une bille 59 en carbure de tungstène qui est reçue dans une gorge 13 de l’organe de distribution de puissance 2.
Ainsi un effort de sortie Fs du poussoir principal 41 est appliqué sur un premier point 70 de la première demi-sphère 53. L’effort de sortie Fs est ensuite transmis par un deuxième point 71 de la deuxième demi-sphère 55 à la première extrémité 61 du poussoir auxiliaire 60. La deuxième extrémité 62 du poussoir auxiliaire 60 agit alors sur la tige 21 à l’encontre de l’effort du ressort 24 pour déplacer l’éjecteur à fluide 30 vers le premier orifice 7. Un retrait du poussoir principal 41 provoque, de manière homologue, le déplacement de l’éjecteur à fluide 30 vers le deuxième orifice 8 sous l’effet du ressort 24. Ainsi, selon la tension appliquée aux bornes de l’actionneur 40, celui-ci exerce un effort sur la tige 21 qui tend à déplacer l’éjecteur à fluide 30 monté sur l’extrémité 23 de la tige 21 en regard du récepteur 6.
Le premier point 70 correspond à un premier point 70 d’application de l’effort de sortie. Le deuxième point 71 correspond à un deuxième point 71 d’application de transmission de l’effort de sortie. La bille 59 constitue un troisième point de liaison 73 avec l’organe de distribution de puissance 2.
Comme visible en figure 1, le premier point 70 d’application de l’effort de sortie Fs du poussoir principal 41 sur le levier 50 et le deuxième point 71 de transmission de l’effort de sortie Fs depuis le levier 50 vers la tige 21 sont situés de part et d’autre d’un premier plan P1 s’étendant parallèlement à une direction Oy de sortie du poussoir principal 41 et perpendiculairement à la fibre neutre 57 du levier 50.
En fonctionnement, et comme représenté en figure 1, lors de l’application d’une tension Ue correspondant à la moitié d’une tension nominale Un d’utilisation aux bornes de l’actionneur 40, le poussoir principal 41 de l’actionneur 40 est à mi-course. La servovalve 100 est dans son état d’équilibre et l’éjecteur 30 éjecte un jet de fluide vers le réceptacle 9. Aucun différentiel de pression n’est créé entre les chambres de pilotage 4 et 5 et l’organe de distribution de puissance 2 demeure en position neutre, les ports d’utilisation U1 et U2 sont isolés du port d’alimentation P.
Lorsque l’on applique une tension Ue d’entrée correspondant à la tension nominale Un d’utilisation aux bornes de l’actionneur 40, cette tension Ue provoque une sortie du poussoir principal 41 à 100% de sa course qui, en agissant sur le premier point 70 provoque une rotation du levier 50 autour du troisième point 73 (selon un sens antihoraire selon la représentation de la figure 3) et induit un déplacement du deuxième point 71 qui provoque une translation du poussoir auxiliaire 60 à l’encontre de l’effort du ressort 24. L’éjecteur 30 se retrouve alors face à l’orifice 7 et éjecte un jet de fluide vers l’orifice 7 (figure 3). Le différentiel de pression ainsi créé entre les chambres de pilotage 4 et 5 entraine un déplacement de l’organe de distribution de puissance 2 dans son logement 3 vers la droite selon la représentation des figures 1 et 3 (augmentation du volume de la chambre de pilotage 4). Le port d’utilisation U1 est alors mis en communication fluidique avec le port d’alimentation P (figure 4). Au cours du déplacement de l’organe de distribution de puissance 2, le troisième point 73 translate vers la droite (selon la représentation de la figure 4) ce qui entraine un pivotement du levier 50 autour du troisième point 73. Cette translation provoque un déplacement du deuxième point de contact 71 vers la droite (selon la représentation de la figure 4), ce qui réduit l’effort transmis par le deuxième point 71 du levier 50 au poussoir auxiliaire 60 (figure 4) et provoque un retour de la tige 21 en sa position initiale (figure 5). La servovalve retourne alors à son état d’équilibre.
Les représentations des figures 4 et 5 décomposent le mouvement du levier 50 et du poussoir auxiliaire 60 et représentent un éloignement du deuxième point 71 du levier 50 et de la première extrémité 61 à des fins de clarté (figure 4). L’homme du métier saisit à la lecture de la description que le mouvement de rotation du levier 50 autour du troisième point 73 et le déplacement du poussoir auxiliaire 60 vers la gauche selon la représentation des figures 4 et 5) sont simultanés.
Lorsque l’on applique une tension Ue d’entrée nulle aux bornes de l’actionneur 40, cette tension Ue provoque une rétraction du poussoir principal 41 qui, sous l’effet du ressort 24, provoque une rotation R1 du levier 50 autour du troisième point 73 (selon un sens horaire selon la représentation de la figure 6) et induit un déplacement du deuxième point 71 qui provoque une translation du poussoir auxiliaire 60 vers la droite (selon la représentation de la figure 3). L’éjecteur 30 se retrouve alors face à l’orifice 8 et éjecte un jet de fluide vers l’orifice 8 (figure 6). Le différentiel de pression ainsi créé entre les chambres de pilotage 4 et 5 entraine un déplacement de l’organe de distribution de puissance 2 dans son logement 3 vers la gauche selon la représentation des figures 1 et 6 (augmentation du volume de la chambre de pilotage 5). Le port d’utilisation U2 est alors mis en communication fluidique avec le port d’alimentation P (figure 7). Au cours du déplacement de l’organe de distribution de puissance 2, le troisième point 73 translate vers la gauche (selon la représentation de la figure 7) ce qui entraine un pivotement du levier 50 autour du premier point 70. Cette translation provoque un déplacement du deuxième point 71 vers la gauche (selon la représentation de la figure 7), ce qui provoque un déplacement du poussoir auxiliaire 60 vers la gauche (selon la représentation de la figure 7) et un retour de la tige 21 en sa position initiale (figure 7).
On obtient alors une servovalve 100 pourvue d’un dispositif de rétroaction en position qui permet l’utilisation d’un actionneur linéaire sans recours à un capteur de déplacement de l’organe de distribution de puissance 2. La rétroaction entièrement mécanique améliore grandement la fiabilité de la servovalve selon l’invention. Le premier point de liaison et le deuxième point de liaison sont toujours situés de part et d’autre du premier plan P1 quelle que soit la position de l’organe de distribution de puissance 2 dans son logement.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique augmentée d’une centaine dans la description qui suit des deuxièmes et troisièmes modes de réalisation de l’invention.
Selon un deuxième mode de réalisation représenté en figure 8 l’interface de transfert d’effort 52 comprend une came 80. La came 80 est ici un disque de centre O pourvu en son quart inférieur droit (selon la représentation de la figure 8) d’un premier alésage 81. La came 80 est reçue dans une rainure 82 débouchant sur l’extrémité 61 du poussoir auxiliaire 60. Un axe 83 est engagé dans un deuxième alésage 84 du poussoir auxiliaire 60 et traverse le premier alésage 81 pour réaliser une liaison pivot 83.1 en le deuxième point 71 de liaison. Le premier point de liaison 70 est assurée par les quadrants droits (selon la représentation de la figure 9 et le deuxième point 71 de liaison est assuré par la liaison pivot 83.1.
Selon un troisième mode de réalisation représenté en figure 10, l’interface 52 est en acier et comprend une première portion 90 s’étendant selon une première direction O90 sécante à la fibre neutre 57 du levier 50 et une deuxième portion 91 s’étendant selon une deuxième direction O91 sécante à la première direction O90. La première portion 90 est de section inférieure à la section de la deuxième portion 91 et réalise un premier point d’inflexion 92 autorisant une rotation de la deuxième portion 91 relativement à la première portion 90. De manière symétrique par rapport à un plan P57 comprenant la fibre neutre 57, l’interface 52 comprend une troisième portion 93 s’étendant selon une troisième direction O93 sécante à la fibre neutre 57 du levier 50 et une quatrième portion 94 s’étendant selon une quatrième direction O94 sécante à la troisième direction O83. La troisième portion 93 est de section inférieure à la section de la quatrième portion 94 et réalise un deuxième point d’inflexion 95 autorisant une rotation de la quatrième portion 94 relativement à la troisième portion 93.
Le premier point d’inflexion 92 et le deuxième point d’inflexion 95 correspondent respectivement au premier point 70 de liaison et au deuxième point 71 de liaison. Les figures 11 et 12 représentent deux états de l’interface 52 et du levier 50 soumis aux déplacements du poussoir principal 41 et du poussoir auxiliaire 60.
Selon un quatrième mode de réalisation de l’invention représenté en figure 13, le levier 50 agit directement sur la tige 21 pour pousser celle-ci.
Le premier point 70 est un premier point d’application de l’effort de sortie Fs de l’actionneur 40. Le deuxième point 71 est un deuxième point de transmission de l’effort de sortie Fs de l’actionneur 40.
L’invention n’est bien sûr pas limitée à ce qui vient d’être décrit, mais englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.
En particulier,
- bien qu’ici les liaisons en le premier point et le deuxième point sont, ici, des liaisons ponctuelles réalisées par contact d’une sphère sur un plan, l’invention s’applique également à d’autres manières de réaliser une liaison ponctuelle ou d’autres types de liaison telle qu’une liaison rotule, une liaison linéaire ou une liaison pivot;
- bien qu’ici la tige soit montée à rotation en sa première extrémité sur le corps, l’invention s’applique également à d’autres types de liaisons de la tige sur le corps de la servovalve, comme par exemple un encastrement ou une colonne de torsion rapportée sur un cadre soudé, usiné dans le corps de la servovalve, ou encore emmanchésur le corps de la servovalve ;
- bien qu’ici la tige comprenne un conduit interne d’amenée de fluide à l’éjecteur de fluide, l’invention s’applique également à d’autres types d’alimentation en fluide comme par exemple une alimentation par flexible ou par un conduit externe rapporté sur la tige;
- bien qu’ici l’actionneur soit un actionneur piézoélectrique, l’invention s’applique également à d’autres types d’actionneurs linéaires comme par exemple un vérin électrique, pneumatique ou hydraulique;
- bien qu’ici l’élément hydraulique fixe soit un récepteur de fluide et l’élément monté en l’extrémité de la tige soit un émetteur de fluide, l’invention s’applique également à un émetteur de fluide fixé sur un corps de la servovalve et à un récepteur de fluide, comme par exemple un déflecteur ou une palette, monté en l’extrémité de la tige;
-bien qu’ici l’étage de pilotage comprenne une tige sur laquelle est monté un éjecteur à fluide, l’invention s’applique à d’autres types de support comme par exemple une lamelle;
-bien qu’ici l’étage de pilotage comprenne un ressort appuyant sur la tige, l’invention s’applique également à d’autres moyens de rappel en position, comme par exemple un encastrement de la tige ou un ressort hydraulique. L’invention est d’ailleurs opérationnelle sans moyens de rappel du support en position comme par exemple lorsqu’un deuxième actionneur piézoélectrique est positionné face au premier de l’autre côté de la tige et que son pilotage est apparié à celui du premier.
- bien qu’ici l’interface de transfert soit positionnée en une première extrémité du levier, l’inventions ‘applique également à une interface de transfert située à distance d’une extrémité du levier;
- bien qu’ici la deuxième extrémité de la tige comprenne une bille en carbure de tungstène qui est reçue dans une gorge de l’organe de distribution de puissance, l’invention s’applique à d’autres moyens de liaison pour réaliser un troisième point de liaison comme par exemple une rotule, un pivot.
Claims (10)
- Servovalve (100) à étage de pilotage (20) comportant un élément hydraulique (30) pour éjecter un jet de fluide et un élément hydraulique (6) pour recevoir le jet de fluide, les éléments hydrauliques (30, 6) pouvant être déplacés l’un par rapport à l’autre de sorte à modifier leur position relative et à ainsi générer un différentiel de pression exploitable pour déplacer un organe de distribution de puissance (2) de la servovalve (100), l’un des deux éléments (6) étant monté fixe sur un corps (1) de la servovalve (100) et l’autre des éléments (30) étant monté en l’extrémité mobile (23) d’un support (21) relié au corps (1) de la servovalve (100) , l’étage de pilotage (20) comprenant un actionneur linéaire (40) comportant un poussoir principal(41) agencé pour exercer sélectivement sur le support (21) un effort tendant à modifier la position relative des éléments hydrauliques (30, 6), l’étage de pilotage (20) comprenant également un levier (50) pourvu d’une interface de transfert d’effort (52) comportant un premier point d’application (70) d’un effort de sortie (Fs) du poussoir principal (41) sur le levier (50) et un deuxième point de transmission (71) de l’effort de sortie (Fs) depuis le levier (50) vers le support(21) , le levier (50) étant également relié en un troisième point de liaison (73) avec l’organe de distribution de puissance (2),
le premier point d’application (70) et le deuxième point de transmission (71) étant situés de part et d’autre d’un premier plan (P1) s’étendant parallèlement à une direction (Oy) de sortie du poussoir principal (41) et perpendiculairement à une fibre neutre (57) du levier (50) - Servovalve (100) selon la revendication 1, dans laquelle l’interface de liaison (52) est agencée de manière à ce que la liaison en le premier point d’application (70) ou le deuxième point de transmission (71) soit une liaison ponctuelle ou une liaison rotule ou une liaison linéaire ou une liaison pivot.
- Servovalve (100) selon la revendication 1, dans laquelle l’interface de transfert d’effort (52) comprend une came (80).
- Servovalve (100) selon la revendication 3, dans laquelle la came (80) est agencée pour réaliser une liaison pivot en le deuxième point de transmission (71).
- Servovalve (100) selon la revendication 1, dans laquelle l’interface de transfert d’effort (52) comprend une première portion (90) s’étendant selon une première direction (O90) sécante à la fibre neutre (57) du levier (50) et une deuxième portion (91) s’étendant selon une deuxième direction (O91) sécante à la première direction (O90).
- Servovalve (100) selon la revendication 5, dans laquelle l’interface de transfert d’effort (52) comprend également une troisième portion (93) s’étendant selon une troisième direction (O93) sécante à la fibre neutre (57) du levier (50) et une quatrième portion (94) s’étendant selon une quatrième direction (O94) sécante à la troisième direction (O93).
- Servovalve (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième point de transmission agit sur un poussoir auxiliaire (60) qui vient au contact de la tige (21) pour pousser celle-ci.
- Servovalve (100) selon la revendication 1, dans laquelle l’élément hydraulique fixe est un récepteur de fluide (6) et l’élément hydraulique porté par la tige (21) est un éjecteur de fluide (30).
- Servovalve (100) selon la revendication 1, dans laquelle le support (21) est relié au corps de la servovalve par un encastrement.
- Servovalve (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’actionneur linéaire comprend un actionneur piézo-électrique (40).
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|---|
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