EP0061382B1

EP0061382B1 - Relais électro-magnétique à position de fonctionnement indifférente

Info

Publication number: EP0061382B1
Application number: EP19820400419
Authority: EP
Inventors: Philippe Pouyez; Jacques Legrand; Gérard Holvoet
Original assignee: CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES ET ELECTRONIQUES (CCEE) Cie
Current assignee: Constructions Electriques Et Electron Cie
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1982-03-09
Publication date: 1985-09-04
Also published as: FR2502392A1; EP0061382A1; FR2502392B1; DE3265953D1

Description

La présente invention concerne un relais électro-magnétique comportant un boîtier de relais constitué d'une embase de relais et d'un capot de relais, dans lequel est placé au moins un interrupteur muni de deux contacts électriques disposés respectivement sur un support et d'une lame mobile reliée à un troisième contact électrique, chaque interrupteur étant disposé dans un boîtier d'interrupteur constitué d'une embase d'interrupteur et d'un capot d'interrupteur en matériau non magnétique, ladite lame pouvant basculer du premier au deuxième contact ou vice-versa sous l'action d'un champ magnétique extérieur créé par un aimant permanent et une bobine de commande, disposés au-dessus du capot d'interrupteur, chaque boîtier d'interrupteur étant associé à un aimant, ladite bobine étant munie d'un circuit magnétique ayant une première partie traversant la bobine.
De tels relais sont connus et sont utilisés dans de nombreuses applications. Généralement, ces relais sont prévus pour fonctionner dans une position particulière lorsqu'il s'agit de relais à contacts mouillés au mercure.
Comme cela a été décrit dans l'article de Messieurs J.A. Legrand et M. Frances intitulé «New construction for a mercury wetted switch for operation in any position» - Proceeding of the 10th international conference on Electronic contact phenomena - 25/29 août 1980, volume 2 page 625 à 634, il est souvent souhaitable d'avoir des relais mouillés au mercure dont la position de fonctionnement est indifférente. Dans cet article, il est décrit notamment comment un relais muni d'un interrupteur à contacts mouillés au mercure peut être commandé à l'aide d'un aimant permanent associé à une bobine munie d'un circuit magnétique. L'aimant permanent est disposé au-dessus du boîtier contenant le premier et le second contact contre lesquels la lame mobile vient s'appuyer. L'aimant permanent donne à chacun de ces contacts fixes une polarité magnétique opposée. Par envoi d'une impulsion électrique ayant un sens déterminé dans la bobine, on crée une impulsion magnétique qui polarise la lame mobile dans un sens identique à la polarisation de la lame fixe sur laquelle elle repose. Il se produit par conséquent un effet de répulsion de cette lame fixe et d'attraction par l'autre lame fixe de polarisation opposée qui fait basculer la lame mobile d'un contact à l'autre. Inversement, en envoyant une impulsion de signe opposé dans ladite bobine, la lame mobile bascule à nouveau contre le premier contact.
La présence de cet aimant permanent permet notamment d'améliorer considérablement l'immunité aux chocs d'un tel relais, évitant le basculement intempestif d'une position à l'autre au cours d'un choc. Toutefois, on constate que la puissance de commande engendrée dans la bobine est relativement importante lorsque celle-ci est munie d'un circuit magnétique habituel. Or, dans -de nombreuses utilisations, il est souhaitable d'avoir une puissance de commande aussi faible que possible. Ce problème a été résolu dans le document FR-A-2029737, dans lequel il est proposé de refermer le circuit magnétique autour de l'interrupteur de manière à diminuer les dimensions de la bobine de commande. Cependant, l'ensemble décrit dans ce brevet ne permet pas une fixation mécanique satisfaisante dans un boîtier. De plus, il est écessaire de prévoir des moyens d'isolation entre le circuit magnétique et les connexions de l'interrupteur.
Le relais selon l'invention est caractérisé en ce que ledit circuit magnétique comprend une seconde partie en forme de U comportant trois branches, une première branche, une seconde branche prolongeant la première et une troisième branche prolongeant la seconde et qui vient se fixer sous ladite embase d'interrupteur qui est en matériau conduisant le champ magnétique pour assurer la fermeture du champ magnétique extérieur, cette seconde partie en forme de U rendant d'une part solidaires chaque boîtier d'interrupteur, l'aimant permanent qui lui est associé et la bobine et assurant d'autre part la fermeture du champ magnétique extérieur de manière à réduire la puissance de commande de l'interrupteur, la seconde partie en forme de U du circuit magnétique venant s'appuyer par sa seconde branche sur l'embase de relais, tandis que sa première branche vient au contact d'un rebord que fait l'embase de relais au voisinage d'un contact de sortie traversant ladite embase de relais.
Avec une telle structure du circuit magnétique, on a constaté que le simple fait de rajouter cette seconde partie en forme de U au circuit magnétique permettait d'augmenter le gain de puissance de commande d'un facteur d'environ 2 par rapport au même cirucit magnétique non refermé. Par ailleurs, la forme de ce circuit permet de rendre sensiblement solidaires la bobine, l'aimant et le boîtier qui forment ainsi un ensemble compact. Par ailleurs, cette deuxième partie de circuit magnétique viendra de préférence s'appuyer sur l'embase du relais procurant un bon positionnement de l'ensemble dans le boîtier du relais.
Il est bien entendu qu'une telle structure s'applique a tout type de relais à lame mobile disposée dans un boîtier, ainsi qu'à tout type de fonctionnement monostable ou bistable dudit relais. Le fonctionnement monostable ou bistable du relais selon l'invention dépend de la position relative des contacts de l'interrupteur et des pôles de l'aimant permanent. Lorsque ceux-ci sont disposés de façon symétrique par rapport aux contacts fixes de l'interrupteur, on obtient alors un fonctionnement bistable, tandis que si l'on décale d'un côté ou de l'autre ledit aimant permanent, on obtiendra un retour automatique de la lame dans une position ou dans l'autre. On améliore encore la fiabilité des contacts en utilisant des interrupteurs à contacts mouillés au mercure ou tout liquide équivalent. Toutefois, on a constaté que pour obtenir un bon fonctionnement répétitif de l'interrupteur sous l'action du champ magnétique extérieur, il était nécessaire de munir les contacts fixes de l'interrupteurs de petites plaquettes amagnétique disposées en saillie par rapport auxdits contact. En effet, il existe un phénomène d'attraction de deux pôles magnétiques de même nature lorsqu'ils sont au contact intime l'un de l'autre. Il est donc nécessaire de laisser une certaine distance entre la lame souple et les contacts mobiles pour éviter ce phénomène d'attraction.
Enfin, l'invention s'applique bien entendu au cas ou plusieurs interrupteurs sont disposés dans le même ensemble pourformer un relais: dans ce cas, le circuit magnétique selon l'invention s'appuiera sur les boîtiers d'interrupteurs. Egale- ment, plusieurs bobines et une pluralité d'interrupteurs pourront être disposés dans le même ensemble et former un seul relais, vu de l'extérieur, tout en restant dans le cadre de l'invention.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent:

la fig. 1, un interrupteur muni d'une bobine de commande selon l'art connu,
la fig. 2, un relais muni de l'interupteur commandé selon la fig. 1,
la fig. 3, un interrupteur muni d'un circuit magnétique de commande selon l'invention,
la fig. 4, un relais muni d'un dispositif selon la fig. 3,
la fig.5, un schéma de contacts électriques munis de plaquettes amagnétique,
la fig. 6, un exemple de réalisation de l'invention avec plusieurs interrupteurs composant le même relais.

Sur la fig. 1, on a représenté un interrupteur muni d'un aimant et d'une bobine de commande selon l'art connu. Un tel dispositif est décrit par exemple dans l'article mentionné ci-dessus. Il comporte un interrupteur 1 constitué d'une embase 2 et d'un capot 3 disposés sur celle-ci. A l'intérieur de l'embase où règne généralement ou une atmosphère contrôlée 8, sont disposés deux supports de contacts fixes 4 et 5 prolongés par les contacts 24 et 25 et traversant respectivement l'embase 2 à travers des perles de verre 12 et 13 puis se terminant par les poteaux 10 et 9. Une lame mobile 6 au contact de mercure 7 peut basculer du contact 24 au contact 25 et vice vers. L'embase 2 est reliée à une électrode de contact 11. Sur le capot 3 de l'interrupteur 1 est disposé un aimant permanent 14 sur lequel est placée une bobine 15 alimentée en courant par 17 et 18 et dans laquelle est disposé un circuit magnétique 16 de forme linéaire bien connu de l'homme de l'art.
Le fonctionnement de ce dispositif est aisé à comprendre:

L'aimant permanent 14 positionné ici de façon sensiblement symétrique par rapport aux contacts 4 et 5, place la lame mobile sur l'un ou l'autre des contacts 4 ou 5 (sur le contact 4 sur la fig. 1). Sous l'action d'un champ magnétique créé par la bobine alimentée par une impulsion via 17 et 18, on crée un champ magnétique qui polarise la lame mobile 6 dans un sens identique à celui du contact sur lequel elle repose et opposé à celui de l'autre contact. Sous l'action de ce champ extérieur, la lame mobile 6 vient alors s'appuyer sur le contact fixe 25. Compte tenu de la disposition symétrique de l'aimant permanent 14, ladite lame 6 reste au contact de 25. Ainsi que cela a été expliqué ci-dessus, une disposition asymétrique de l'aimant 14 par rapport aux contacts 24 et 25 provoquerait un fonctionnement monostable de ce relais (et donc un retour de la lame 6 sur le contact 24 lors de la suppression du champ de la bobine).

Sur la fig. 2 est représenté un relais utilisant le dispositif décrit sur la fig. 1. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux de la figure précédente portent les mêmes références. Le relais 100 comporte une embase 102 et un capot 101 ainsi que des pattes de contact dont seules certaines ont été représentées, telles que 103 et 104, le dispositif de la fig. 1 est placé dans le sens horizontal ainsi que cela est représenté sur cette figure. Le fonctionnement de ce relais est identique à ce qui a été expliqué à l'aide de la fig. 1.
Sur la fig. est représenté un dispositif semblable à la fig. 1, mais muni d'un circuit magnétique selon l'invention. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Le circuit magnétique 16 se prolonge par un circuit magnétique 106 ayant la forme d'un U, dont la branche 107 est reliée à 16 et se prolonge par la branche verticale 108 puis la branche horizontale 109 qui vient se fixer sous l'embase 2 de l'interrupteur 1. Le fonctionnement de ce dispositif est rigoureusement identique à celui du dispositif de la fig. 1. Toutefois, on constate qu'une telle structure permet un gain en puissance d'un facteur 2.
Dans ce but, l'exemple ci-dessous montre clairement ce gain en puissance: On prend un relais tel que représenté sur la fig. 1 avec une bobine, capable de faire commuter l'interrupteur sous 140 A x tours, de 12 mm de hauteur et comportant un noyau magnétique 16 de 1,5 mm de diamètre. Toutes choses égales par ailleurs, en utilisant un circuit magnétique en forme de U comportant une branche 106 de 25 mm de long et deux branches 107 et 109 de 5 mm de long et de même section que le noyau magnétique 16 précédent, la commande s'effectue dans les mêmes conditions sous 100 A x tours, soit un gain de puissance de l'ordre de 2.
Sur la fig. 4, a été représenté le dispositif de la fig. 3 monté dans un boîtier de relais identique à celui décrit sur la fig.2. Sur cette fig.4, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent donc les mêmes références. Il est à noter simplement que le circuit magnétique en forme de U 106 vient s'appuyer par son bras 108 sur l'embase 102 du relais, tandis que son bras vertical 107 vient au contact du rebord 111 que fait l'embase au voisinage du contact de sortie 104. Ceci permet une meilleure fixation mécanique du dispositif de la fig. 3 dans le boîtier de relais.
Sur la fig. 5, on a représenté schématiquement les contacts de l'interrupteur 1 muni de plaquettes amagnétique permettant un fonctionnement répétitif du relais selon l'invention. Les contacts électriques 24 et 25 sont respectivement revêtus d'une plaquette amagnétique conductrice électriquement 113 et 112, ayant un léger débordement par rapport auxdits contacts. Sur la figure, les plaquettes 112 et 113 ont un débordement identique égal à e. Dans la pratique, on a constaté que cette distance e était de préférence comprise entre et 0,05 mm et 1 mm et de préférence 0,1 mm à 0,5 mm. Le fonctionnement de l'interrupteur muni de ses plaquettes est le suivant: la lame mobile 6 a son extrémité qui est par exemple un pôle nord, le contact 25 étant également un pôle nord. Si les deux contacts 25 et 6 étaient en contact intime l'un de l'autre, on sait qu'il se produirait une attraction de ces deux lames malgré la présence du champ magnétique extérieur H. Dans le but d'améliorer le fonctionnement du relais, on dispose donc des lames amagnétique 112 et 113 qui maintiennent une certaine distance entre respectivement les contacts 24 et 25 et la lame 6.
La fig. 6 représente un relais selon l'invention avec deux interrupteurs et un circuit magnétique en forme de U. Les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Les deux boîtiers 1 et 121 sont disposés tête-bêche face au noyau magnétique 16. Le boîtier 121 est isolé électriquement du noyau 16 (généralement conducteur) par l'isolant 123 qui sépare également l'aimant 120 dudit noyau 16. Chaque boîtier est bien entendu, comme dans les exemples précédents un boîtier électriquement conducteur du type de ceux utilisés pour l'encap- sulation des transistors, en particulier les boîtiers de type TO 5, dont les dimensions permettent bien de mettre en oeuvre l'invention. Le cirucit magnétique 106 s'appuie par ses branches 107 et 109 respectivement sur l'embase des boîtiers 1 et 129. Un isolant électrique 122 est disposé entre la branche 109 et l'embase de 121 pour éviter les court-circuits. Les capots des boîtiers 1 et 121 sont en matériau non magnétique, les embases étant en matériau magnétique. Comme précédemment, on obtient un gain en puissance de l'ordre de 2.

Claims

1. Relais électro-magnétique comportant un boîtier de relais (100) constitué d'une embase de relais (102) et d'un capot de relais (101), dans lequel est placé au moins un interrupteur (1) muni de deux contacts électriques (24, 25) disposés respectivement sur un support (4, 5) et d'une lame mobile (6) reliée à un troisième contact (7), chaque interrupteur (1) étant disposé dans un boîtier d'un interrupteur constitué d'une embase d'interrupteur (2) et d'un capot d'interrupteur (3) en matériau non magnétique, ladite lame (6)) pouvant basculer du premier au deuxième contact ou vice-versa sous l'action d'un champ magnétique extérieur créé par un aimant permanent (14) et une bobine de commande (15), disposés au-dessus du capot d'interrupteur (3), chaque boîtier d'interrupteur étant associé à un aimant (14), ladite bobine (15) étant muni d'un circuit magnétique ayant une première partie (16) traversant la bobine caractérisé en ce que ledit circuit magnétique comprend une seconde partie en forme de U comportant trois branches, une première branche (107) reliée à une extrémité de la première partie (16), une seconde branche (108) prolongeant la première (107) et une troisième branche (109) prolongeant la seconde (108) et que vient se fixer sous ladite embase d'interrupteur (2) qui est en matériau conduisant le champ magnétique pour assurer la fermeture du champ magnétique extérieur, cette seconde partie en forme de U rendant d'une part solidaires chaque boîtier d'interrupteur (1), l'aimant permanent 14) qui lui est associé et la bobine (15) et assurant d'autre part la fermeture du champ magnétique extérieur de manière à réduire la puissance de commande de l'interrupteur (1), la seconde partie enforme de U du circuit magnétique venant s'appuyer par sa seconde branche (108) sur l'embase de relais (102), tandis que sa première branche (107) vient au contact d'un rebord (111) que fait l'embase de relais (102) au voisinage d'un contact de sortie (104) traversant ladite embase de relais (102).

2. Relais électro-magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque contact électrique (24, 25) de l'interrupteur (1), en matériau magnétique, est revêtu d'une pièce de contact (112,113) en matériau amagnétique.

3. Relais électro-magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce de contact (112, 113) en matériau amagnétique assure un espacement entre les contacts fixes et la lame mobile d'au moins 0,05 mm.

4. Relais électro-magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux interrupteurs (1, 121) commandés par la même bobine (15), la seconde partie du circuit magnétique (106) en forme de U s'appuyant par ses deux branches latérales (107, 109) sur le boîtier de chaque interrupteur (1, 121), des pièces isolantes électriquement (122, 123) étant disposées entre le circuit magnétique (16, 106) et les boîtiers pour éviter les courts-circuits électriques.