EP0174239B1

EP0174239B1 - Electro-aimant polarisé présentant une disposition symétrique

Info

Publication number: EP0174239B1
Application number: EP85401598A
Authority: EP
Inventors: Jean-Pierre Guery; Jacques Olifant
Original assignee: La Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1988-06-01
Also published as: EP0174239A1; BR8503956A; HK13089A; CA1242240A; DE3563140D1; US4644311A

Description

L'invention concerne un électro-aimant polarisé comprenant:

d'une part, une première structure magnétisable constituée par un noyau placé longitudinalement dans l'axe de symétrie d'une bobine apte à recevoir du courant continu, et par deux épanouissements polaires solidaires du noyau qui s'étendent transversalement hors de la bobine;
d'autre part, une seconde structure magnétique permanente constituée par une deuxième pièce magnétisable longitudinale qui possède deux prolongements transversaux dirigés vers l'axe et qui est parallèle à une troisième pièce magnétisable plus proche de l'axe et à laquelle elle est reliée par un aimant permanent d'axe magnétique transversal;

De tels électro-aimants polarisés qui sont en particulier applicables à la commande d'appareils inter- upteurs tels que les relais ou les contacteurs et qui sont connus par les brevets GB-A-2112 212 et FR-A-2 358 006 peuvent bien évidemment faire l'objet d'une construction symétrique autour du seul axe naturel de symétrie que constitue l'axe de la bobine.
Il est clair que le déveoppement symétrique d'une telle structure entraîne l'apparition d'effets bien connus; c'est ainsi qu'une telle construction peut à l'évidence doubler les efforts d'attraction en plaçant leur résultante sur l'axe de symétrie commun et alourdir l'ensemble des pièces qui constituent le circuit magnétique sans que soit changée pour autant la nature des résultats premiers obtenus, à savoir: un déplacement rectiligne relatif de la première et de la seconde structures parallèlement à l'axe, la fermeture totale du flux de l'aimant dans chacune des deux positions stables opposées et la réduction des interférences magnétiques procurée par l'orientation perpendiculaire de l'axe de l'aimant par rapport à celui de la bobine.
Dans un tel électro-aimant, les forces de répulsion et d'attraction qui apparaissent entre les épanouissements et les prolongements d'une part et, entre les épanouissements et les extrémités d'autre part, communiquent aux deux structures des forces de sens opposés dont l'exploitation de la direction utile est, en fait, une simple mesure de choix; de chacun des deux choix possibles ne découlent que des résultats clairement prévisibles dont le contenu peut à tout moment être exploité selon la nature des besoins. L'obtention de ces résultats prévisibles ne modifie, par ailleurs, nullement la présence et l'exploitation des résultats premiers qui sont mentionnés ci-dessus.
Le brevet français No 1 603 300 qui concerne un électro-aimant polarisé où la pièce magnétisable est mobile à travers la bobine, mentionne d'ailleurs une mise en oeuvre possible de telles mesures de symétrie qui ne fait pour autant pas apparaître un changement de la nature des phénomèmes physiques régissant le fonctionnement.
Dans le cadre des réflexions exposées ci-dessus, on peut également mentionner la faculté supplémentaire que peut exploiter un utilisateur en donnant simultanéament à la première et à la seconde structures des libertés de mouvement particulières dont l'amplitude relative est exploitée par un mécanisme commun, ainsi que le principe en est par exemple illustré dans le brevet DE No 1 097 563.
Les dispositions qui peuvent, par contre, être prises pour adapter le comportement d'un électro-aimant connu à une classe particulière d'appareils ou de fonctions, doivent toutefois faire l'objet d'un examen plus approfondi dans la mesure où certaines prescriptions ou précautions spécifiques à ces appareils respectivement à ces fonctions contraignent parfois l'utilisateur soit à adapter le comportement physique de l'électro-aimant, à l'obtention de résultats bien déteminés, soit encore à choisir, dans une région de fonctionnement globale, une région particulièrement bien adaptée à cette obtention.
C'est ainsi que l'on considère avec un grand intérêt, qui est justifié par la constante recherche de sécurité et par celle d'une consommation toujours plus réduite, le retour automatique à la position de repos d'un relais ou contacteur indépendamment de l'état d'usure de ses contacts et son déplacement vers la position de travail avec des ampèretours bobine réduits; la diminution progressive des dimensions de ces contacts, qui réagit sur le bilan des forces auxquelles est soumise l'armature mobile au moment de la désexcitation de la bobine, peut en effet faire craindre les effets d'attraction rémanente que l'on observe fréquemment dans les électro-aimants polarisés.
Une même crainte de voir diminuer l'intensité des forces de rappel élastique de l'armature et donc de laisser subsister à l'état de repos un bilan de force d'attraction défavorable, peut résulter du caractère réducteur de rendement qui peut être introduit par un levier de transmission lorsque, la course de l'armature mobile étant faible, il devient nécessaire de placer un levier multiplicateur de mouvement entre l'armature et les contacts mobiles d'un appareil interrupteur dont la course propre doit être supérieure à la précédente.
L'invention se propose, par suite, d'apporter à un électro-aimant polarisé présentant une disposition symétrique qui met en oeuvre des éléments répondant à la constitution mentionée ci-dessus, des perfectionnements propres à diminuer la puissance nécessaire à l'alimentation de la bobine pour opérer son changement d'état lorsque cet électro-aimant est au repos et à permettre un ajustement de cet élecro-aimant assurant que le départ de l'équipage mobile se fait bien pour la tension de montée.
Selon l'invention, le but visé est atteint grâce au fait que:

en position de repos d'une première structure magnétisable mobile et symétrique par rapport à l'axe de la bobine, les épanouissements ne viennent pas en contact avec la seconde structure magnétique symétrique,
la réluctance partielle établie entre un premier épanouissement et les troisièmes pièces étant supérieure à la réluctance partielle établie entre le second épanouissement et la deuxième pièce de la seconde structure, pour former une réluctance globale au repos,
ces deux réluctances partielles étant ajustées simultanément par un organe de réglage des entrefers qui définit, grâce à un faible déplacement relatif des deux structures, la position de repos effective, pour laquelle s'opère le déplacement de la structure mobile, lorsque la bobine est alimentée par la tension de montée.

Un but annexe que se propose l'invention dans le cadre de mesures complémentaires, est de réduire les effets de maintien rémanent qui peuvent apparaître en position de travail de la structure mobile, notamment lorsque cette structure est associée à des contacts électriques dont l'usure modifie le bilan des forces élastiques de rappel.
L'invention, ainsi que des mesures propres à conserver ou respectivement, à faciliter l'obtention des résultats visés seront mieux comprises à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des figures annexées qui l'accompagnent et parmi lesquelles:

La figure 1 représente, dans une vue extérieure en élévation, un électro-aimant selon l'invention;
La figure 2 représente une coupe axiale en élévation de l'électro-aimant selon la figure 1;
La figure 3 montre, dans une coupe axiale en élévation, une seconde forme de réalisation d'un électro-aimant selon l'invention;
Les figures 4, 5 et 9 illustrent deux modes de réalia- tion d'un ressort de rappel à flexibilité variable qui est efficace en position de travail de l'électro-aimant;
Les figures 6, 7, 8 représentent comment on peut mettre en oeuvre un ressort de compensation facilitant le départ de l'équipage mobile de l'électro-aimant vers la position de travail;
Les figures 10 et 11 montrent de façon schématique les trajets suivis par différents flux pour des positions opposées de l'armature;
La figure 12 illustre une forme possible de surfaces polaires voisines de la bobine;
La figure 13 représente une multiplicité de courbes indiquant des forces exercées par différentes organes de l'électro-aimant entre la position de repos et la position de travail;
Les figures 14 et 15 représentent les évolutions des efforts résistants communiqués à l'armature par deux ressorts à flexibilité variable;
La figure 16 représente, dans une coupe axiale simplifiée, un appareil contacteur équipé de moyens de réglage de la position de repos; et
Les figures 17 et 18 illustrent, dans des vues en perspective, un premier et un second modes de réalisation d'un appareil contacteur mettant respectivement en oeuvre deux variantes d'un électro-aimant selon l'invention.

Un électro-aimant polarisé 1 comprend une première structure magnétisable ou armature 2, qui est constituée d'une part, par un noyau magnétisable 3 placé longitudinalement de façon coulissante dans l'axe de symétrie XX' de l'alésage intérieur 4 d'une bobine 5 apte à recevoir ou non sur ses bornes 6, 7 du courant continu ou redressé et, d'autre part, par deux épanouissements polaires magnétisables 8, 9 qui sont solidaries du noyau 3 et s'étendent transversalement par rapport à l'axe XX'. L'alésage 4 fait parti d'une carcasse 10 dont les détails de réalisation sont précisés ultérieurement.
Cette structure magnétisable, qui jouera ici le rôle de l'armature ou équipage mobile de l'électro-aimant, présente deux prolongements 1 1, 12 opposés, qui traversent deux paliers 13, 14 en matière amagnétique, dont la fonction est soit d'assurer la totalité du guidage des déplacements axiaux ou longitudinaux du noyau 3, soit d'assurer ce guidage en combinaison avec celui qui peut être procuré par un contact à frottement doux de ce noyau avec l'alésage 4; dans un mode de réalisation préféré le noyau se déplace sans toucher la surface de l'alésage 4, grâce à un alignement rigoureux de l'axe de l'alésage 4 (plus grand que le diamètre du noyau), et de l'axe de deux alésages 71, 72 de la pièce maintenant ces paliers 13, 14, voir figure 2.
Une seconde structure 15 qui est, elle, magnétisée de façon permanente, comprend d'abord une deuxième pièce magnétisable 16 ayant dans l'exemple de réalisation deux portions longitudinales 17, 18 parallèles à l'axe XX' et deux prolongements transversaux opposés 19, 20 respectivement 21, 22; dans le mode de réalisation illustré, ces portions et prolongements font partie d'une même pièce métallique plate, découpée et repliée pour former un cadre sensiblement rectangulaire, dont la ligne de jonction est située de préférence sur l'axe XX', par exemple au point 23.
Ce cadre, qui peut avantageusement supporter les paliers 13, 14, présente un axe de symétrie qui est confondu avec l'axe XX' de la bobine 5 qu'il entoure, voir figure 2. Dans un mode de réalisation préfére la fonction du palier 13 sera remplie par une pièce cylindrique en matière plastique 13' qui est emmanchée sur l'extrémité 11 et qui coulisse dans un alésage 13" de la pièce 16 d'axe XX', tandis que le palier 14 est porté par une pièce 14' en matière plastique qui porte l'alésage 14" et qui présente deux gorges opposées et parallèles 70, 71 venant s'encastrer sur les bords opposés d'une rainure ouverte, 72, 73 placée de part et d'autre de la jonction 23.
Cette seconde structure 15 comprend en outre, deux troisième pièces magnétisables 24, 25 parallèles à l'axe XX', qui sont plus proches de celui-ci que ne l'est la pièce 16 et qui sont reliées chacune à une portion parallèle 17, 18 par deux aimants permanents 26, 27 dont les axes magnétiques NS, N'S' sont transversaux.
Dans la position de repos R de l'armature 2 qui est visible aux figures 1, 2, une collerette 30 du palier 13 sert d'appui à l'épanouissement 8 en ménageant entre celui-ci et la pièce 16 un entrefer e, tandis que l'épanouissement 9 est alors séparé des extrémités 31, 32 des pièces 24, 25 par un entrefer E plus important. Cette position de repos est une position stable en raison de la fermeture du flux 0_R des aimants permanents qui est établie à travers le noyau, les entrefers et la pièce 16 en l'absence de courant dans la bobine, voir figure 10.
Dans cette position de repos, la force de maintien magnétique due aux flux permanents, dépend des inductions dans les entrefers -E- et -e- dont les surfaces propres en regard sont -S-, respectivement -s-. L'induction de l'entrefer -E- est supérieure à celle présente dans l'autre entrefer, en raison de la faible valeur que prend ici -S-, puisque cette valeur résulte de la mise en regard de deux surfaces dont l'une (celle de la pièce 25) est une surface en bout. La réluctance R₂ de l'entrefer -E- est donc supérieure à celle R, de l'entrefer -e-.
Il résulte de ces différences qu'un faible déplacement axial de l'armature, qui sera opéré au voisinage de la position de repos théorique pour des raisons précisées ultérieurement, provoque une variation relativement importante de la force de maintien magnétique permettant l'ajustement de celle-ci; la nécessité d'un tel ajustement se justifie notamment lorsque l'on souhaite que l'électro-aimant change d'état pour une tension d'alimentation donnée.
Si des épanouissements polaires tels que 25a, 25b étaient placés aux extrémités de la pièce 25', voir figure 12, la surface -S'- serait plus importante, et la sensibilité du réglage de la force de maintien serait diminuée.
Lorsq'un courant de sens convenable alimente la bobine, un flux ∅_B de sens opposé à 0_R dans le noyau, va faire apparaître des pôles magnétiques de même signe dans les entrefers E et e; si la pièce 16 est fixe, et que l'armature soit mobile, celle-ci va donc se déplacer vers la droite en raison des forces de répulsion créées par les signes de ces pôles; si l'armature 2 est fixe, et que la pièce 16 soit mobile, celle-ci va se déplacer vers la gauche; si deux pièces 16 et 2 sont mobiles, un déplacement relatif va naturellement être établi entre elles.
L'apparition de pôles magnétiques de même signe qui à été mentionée ci-dessus est accompagnée de l'apparition de pôles magnétiques de signes opposés d'une part sur l'épanouissement 8 et les extrémités 33, 34 des pièces 24, 25, d'autre part sur l'épanouissement 9 et les prolongements 20, 22; il en résulte un développement de forces d'attraction qui va concourir au déplacement vers la droite de l'armature à partir de la position de la figure 10 si celle-ci est mobile.
Le mouvement de l'armature vers la droite se prolonge jusqu'au moment où l'épanouissement 9 va venir s'appuyer en position de travail T, visible à la figure 11, contre une collerette 35 du palier 14.
Pour cette position T, un premier entrefer d, matérialisé par l'épaisseur de la collerette 35 et un second entrefer d₂, voir aussi la figure 2, vont être placés dans le trajet du flux 0_r qui est alors établi: cette position de travail T qui peut être stable en l'absence de courant comme la précédente et pour la même raison, peut également être instable lorsque le courant disparaît si des forces Q de grandeur suffisante et de sens convenable sont exercées sur l'armature.
Les réluctances partielles dues aux entrefers d_i et d₂ peuvent, de surfaces respectives J_i, J₂, être égales ou différentes, ainsi qu'on le verra ultérieurement; du choix du rapport des réluctances globales R, au repos et R_t au travail dépend par ailleurs le comportement bistable ou monostable de l'électro-aimant.
L'évolution des forces communiquées globalement à l'armature (c'est-à-dire la somme des forces d'attraction et de répulsion) est visible en particulier aux diagrammes illustrés à la figure 13 où la courbe 1 représente l'évolution des forces subies par l'armature lorsque celle-ci est mécaniquement déplacée sans excitation de la bobine; les courbes Il et III représentent les forces d'attraction qui sont appliquées sur l'armature lorsque la bobine est alimentée par sa tension nominale et respectivement par la tension de montée.
Grâce aux mesures mentionnées ci-dessus, et illustrées aux figures 10 et 11, cette tension de montée peut être ajustée avec une bonne sensibilité par de faibles déplacements axiaux de l'armature mobile, qui ne diminuent pas de façon sensible la course utile de celle-ci.
La portion de courbe III' de la figure 13 montre comment évoluerait la courbe III si la réluctance globale R_r établie par les entrefers e et E et les surfaces S et s, pour une position donnée, était égale à celle Rt des entrefers di et d₂ pour une position axialement symétrique de la précédente par rapport à une position centrale 0; on voit que la courbe III présente par rapport au point moyen 0' une dissymétrie plus prononcée que celle de la portion III', en vue de conférer à cet électro-aimant une propriété monostable.
La courbe IV représente les forces utiles d'attraction qui présentent une allure non rectiligne don la valeur terminale en position T est environ une fois et demi celle développée en position R. Cette courbe résulte de la différence des attractions représentées par les courbes 1 et III.
Les courbes IV et V montrent l'évolution des efforts résistants pouvant être appliqués à l'armature par un ressort à double pente depuis une position sensiblement centrale jusqu'à la position de travail T.
Enfin, la position de la droite verticale repérée R' montre l'effet produit par un déplacement mécanique de position de l'armature effectué pour opérer le réglage de la position de repos; les moyens de mise en oeuvre de ce réglage seront précisés ultérieurement.
Dans chacune des deux positions R ou T, voirfigu- res 2 et 10, 11 il est clair que la présence systématique d'entrefers résiduels e, E et d_1, d₂ concourt à la réduction des effets de rémanence qui seraient à craindre avec des fermetures de flux s'opérant par contact direct des épanouissements 8, 9 contre les pièces 16 respectivement 24, 25.
La force résistante Q qui est dévéloppée en position de travail T de sens correspondant peut également résulter de la présence de ressorts de rappel tels que 36 et de ressorts de pression de contacts tels que 37 si l'armature est mécaniquement reliée à un ou plusieurs contacts mobiles 38 coopérant avec des contacts fixes 40 d'interrupteurs tels que 39, comme le cas se présente lorsque l'électro-aimant est utilisé dans un relais ou un contacteur, voir figure 16.
Il est clair que l'on peut également conférer une propriété de monostabilité à un électro-aimant dont la structure autorise une propriété de bistabilité, en conjugant l'existence de réluctances dissymétriques au repos et au travail et la présence de moyens élastiques de rappel qui sont efficaces en position de travail.
Dans un mode de réalisation intéressant d'électro-aimant monostable, le ressort de rappel 36', voir figure 4, respectivement 36", voir figure 5, présentera une caractéristique non linéaire pour s'adapter au mieux à l'allure non linéaire des forces magnétiques qui s'exercent sur l'armature lorsque celle-ci se déplace de la position R vers la position T.
L'évolution des forces magnétiques exercées sur l'armature, qui est visible au diagramme de la figure 13, présente au voisinage de la position de travail T une allure parobolique, qui se raccorde progressivement à une portion rectiligne aboutissant à une position moyenne 0 où les forces exercées sur l'armature sont nulles.
On peut, par suite, donner à la caractéristique du ressort 36', respectivement 36", une allure croissante rectiligne ou polygonale -F'- ou -F"- telle que représentée sur les figures 15 et 14.
La caractéristique F' peut être obtenue par exemple grâce à la mise en oeuvre d'une lame élastique amagnétique 42, voir figure 4, qui est placée extérieurement à la pièce 16' et dont deux extrémités 43, 44 traversent des ouvertures ou dégagements 45, 46 de celle-ci, tandis qu'une région centrale 47 se trouve éloignée d'une certaine distance -t-, éventuellement réglable du boîtier 73 à l'aide d'une butée fixe, cale 48 s'appuyant sur celui-ci.
Uépanouissement polaire 9 qui est séparé des extrémités 43, 44 par une distance -c- devra donc effectuer une course préalable -c-, où aucun effort n'est rencontré avant que s'opère le début d'une réaction élastique de la lame 42, et que s'exerce une force F' progressivement croissante; la pente des efforts élastiques sera ici sensiblement celle que présente la courbe 1 de la figure 13 au point c', voir aussi figure 15; l'effet du réglage de course c (ou de l'épaisseur t) est visible en pointillés à la même figure.
La caractéristique F" peut être obtenue par exemple grâce à la mise en oeuvre d'une lame élastique amagnétique 50, voir figure 5, qui est placée extérieurement à la pièce 16", et dont deux extrémités 51, 52 traversent des ouvertures ou degagements 45, 46 tandis qu'une région excentrée 53 de cette lame se trouve fixée (par exemple par une vis 54 sur la pièce 16") pour définir des longueurs élastiques déformables L_i, L₂, différentes.
Si des distances a et b séparent l'épanouissment 9 des extrémités 51, respectivement 52, l'apparition de forces résistantes F", présentant successivement deux pentes de croissance, permettra de s'adapter de façon encore plus précise à la croissance des forces magnétiques. Un réglage relatif des pentes peut être opéré par une translation transversale de la lame 50 qui est rendu possible grâce à la présence d'une ouverture oblongue 54' pour modifier le rapport L₁/L₂ = K; les pentes des efforts élastiques successivement recontrés et visibles à la figure 14 seront sensiblement égales aux pentes de deux tangentes à la courbe 1 de la figure 13, passant par les points a' et b'; l'effet du réglage est visible sur la courbe pointillée de la figure 14 pour deux valeurs L₂= K₁ et ^L ₂= K₂. L₁ Li
Dans un autre mode de réalisation d'un ressort à pente variable ayant la même fonction et visible à la figure 9, où les organes ayant les mêmes fonctions portent les mêmes repères, on utilise un ressort de compression hélicoïdal à spires de diamètres variables 36"', dont les spires les plus larges s'appuyent progressivement au cours de leur déformation contre une surface d'appui étagée qui est par exemple portée par une pièce moulée auxiliaire 62a.
Un électro-aimant conforme à l'invention peut, dans le cadre d'une application à un contacteur, faire l'objet de réglages propres à assurer avec sûreté d'une part, son passage de l'état de repos R à l'état de travail T, avec une excitation minimale donnée de sa bobine, et d'autre part, un passage inverse sans à- coups lors de la désexcitation de la bobine en tenant compte d'une usure possible des contacts.
On sait, en effet, que l'usure des contacts après un nombre important de manoeuvres, provoque une légère décompression des ressorts de pression de contacts entraînant une diminution des forces de rappel de sens H en position de travail auxquelles se trouve soumise l'armature en position de travail; les forces totales ne peuvent naturellement pas échapper aux variations résultant d'une telle usure; ces variations restent toutefois faibles grâce à la présence d'un ressort 36' ou 36" pour remplacer le ressort de rappel classique 36 dont la caractéristique élastique G est visible à la figure 14.
Pour que le premier réglage puisse être conduit convenablement, il est prévu de donner par construction à l'armature une course C_M légèrement supérieure à celle Cp qui est prévue pour l'actionnement des contacts des interrupteurs, voir la figure 13.
La bobine étant alimentée avec le courant minimal prescrit par les normes, il faut alors donner artificiellement à l'armature une nouvelle position de repos R' (à partir de la position R pour laquelle l'épanouissement 8 s'appuierait sur la collerette 33 si celle-ci était présente) en déplaçant par exemple une butée mécanique réglable 60, installée dans le boîtier 67 et sur laquelle s'appuie au repos le porte-contact 61 ou une pièce qui en serait solidaire, jusqu'à la nouvelle position R' pour laquelle s'opère le changement d'état, voir figure 16.
Il est clair que, dans ce type de réglage, on pourrait également faire déplacer en sens inverse l'ensemble de la structure magnétique permanente 15 par rapport au boîtier 67 du contacteur, à l'aide d'une butée réglable 60' agissant contre l'effet de rappel d'un ressort 70.
Une autre méthode, voir figure 5, consiste à placer entre une surface fixe 62 du boîtier 63 et le porte-contact mobile 64 tié à l'armature 65 une cale amovible 66 ayant une épaisseur appropriée pour définir la position effective de repos R'.
La faculté de réglage mécanique des forces de rappel en position de travail à l'aide du ressort 36' ou 36" mentionné ci-dessus, a été préférée à celle d'un réglage magnétique qui nécessiterait de modifier en position de travail soit la taille de l'entrefer -d,-, soit la surface des pièces qui le limitent, soit encore le flux utile de l'aimant.
En effet, le premier de ces modes de réglage diminuerait la course utile de façon trop importante, tandis que le second se heurterait à une mise en oeuvre peu économique, et que le troisième mode de réglage modifierait la valeur des ampère-tours nécessaires à l'appel de l'armature ou nécessiterait la mise en place d'aimants permanents développant un flux plus ou moins intense. Naturellement, une modification à distance des propriétés magnétiques des aimants peuttoujours être mise en oeuvre si la disposition des deux structures se prête bien à ce procédé.
Il est également possible de diposer entre la pièce 16 et l'une des pièces 24, 25 (ou les deux) soit des moyens de réglage de réluctance, soit des aimants permanents convenablement orientés pour diminuer0T.
La forme de l'évolution de la force d'attraction que subit l'armature au voisinage de la position de travail T résulte du rapport des réluctances établies par les entrefers résiduels d_i et d₂ et les surfaces magnétiques placées en regard.
Lorsqu'un électro-aimant doit être prévu pour l'actionnement d'interrupteurs de contracteurs pouvant être composé d'interrupteurs à ouverture et d'interrupteurs à fermeture, il est nécessaire de tenir compte de l'effet des forces motrices de sens positif que communiquent à l'armature sur une partie de sa course les ressorts de pression de contact des interrupteurs à ouverture.
Il en résulte que, lorsqu'un contacteur présente le nombre maximum d'interrupteurs à fermeture, il peut être nécessaire de compenser l'absence desdites forces motrices.
Cette compensation peut être faite dans un contacteur 222 utilisant un électro-aimant polarisé 221 tel que décrit précédemment par la mise en place d'un ressort 215, voir figure 6, qui est par exemple avantageusement placé à l'extérieur du cadre magnétisable 16, qui exerce sur l'armature 2 mobile une force élastique Pc dirigée dans le sens de la flèche, et qui n'agit que le long d'une fraction -p- de la course totale de cette armature mesurée à partir de la position de repos R. L'effet d'un tel ressort est par ailleurs utile pour assurer un déplacement franc de l'armature à partir de la position de repos et pour une tension d'alimentation de la bobine légèrement inférieure à la tension nominale.
Le ressort 215 qui est illustré à la figure 6 est, de préférence, un ressort hélicoïdal dont la pente est variable, par exemple en raison de la disposition de spires à pas variables qui viennent progressivement en contact les unes avec les autres pour que la raideur du ressort soit plus élevée lorsque celui-ci est comprimé.
A la figure 7, on a représenté un ressort hélicoïdal 216 ayant les mêmes propriétés, mais ici la diminution de la longeur utile résulte de l'enroulement des spires autour d'une surface conique, de sorte que les spires de plus grand diamètre s'appuient progressivement sur la surface 217 éventuellement étagée de la pièce magnétisable 16.
A la figure 8, on a représenté un ressort à lame 218, dont la longueur utile diminue lorsque la compression augmente grâce à une application progressive de sa surface contre une rampe transversale 219 solidaire d'un prolongement 220 du noyau 2.
Dans tous ces modes de réalisation, le ressort à flexibilité variable est associé à un prolongement 220 du noyau 2 qui dépasse hors de la pièce magnétisable 16 du côté concerné par la position de travail T. Le reste des organes est comparable à ceux de la figure 5.
Un appareil contacteur 100 qui met en oeuvre un électro-aimant polarisé conforme à l'invention dérivé de celui de la figure 5, et qui est visible à la figure 17, comprend une enveloppe 101 formée par l'association de deux demi-boîtiers 101 a et 101 b sensiblement symétriques par rapport à un plan de joint P.
Chacun de ces demi-boîtiers présente dans une région inférieure externe des moyens d'accrochage 102a, 102b, 102c permettant sa fixation sur un profilé normalisé, et une base d'appui 103a, 103b permettant sa fixation sur une platine à l'aide de trous de fixation 104.
Des régions externes supérieures 105a, 105b de demi-boîtiers présentent des cloisons d'isolement telles que 106a 106b entre lesquelles s'engagent des supports de contacts fixes tels que 107b, ainsi que des vis de borne à étriers telles que 108b qui traversent ces supports et coopèrent avec des écrous tels que 109b placés derrière eux.
Des régions internes supérieures de ces demi-boîtiers présentent des cloisons telles que 11 Ob qui prolongent les précédentes pour séparer des contacts fixes 111 b voisine qui pénètrent entre elles par des fentes 185b.
Un porte-contact mobile 112 qui se déplace le long d'un axe XX' passant par le plan P perpendiculairement à la base 103, comporte une multiplicité de fenêtres isolées 113, 114, 115, 116 à l'intérieurdes- quelles sont disposés des ponts de contact tels que 117 et leurs ressorts de pression tels que 118. Ces ponts de contact ont des pastilles de contact 11 qui coopèrent avec les contacts fixes 111b.
Le porte-contact présente, dans l'axe XX', un prolongement cylindrique 120 dirigé vers la base et ayant un alésage 121, et du côté opposé, un téton 122 pouvant recevoir une rondelle de réglage 123 ayant une épaisseur choisie pour déterminer la position de repos R'. Cette rondelle est pincée en position de repos entre la surface plane supérieure 124 du porte-contact 112 et une surface d'appui 125 du demi-boîtier 101 qui peut être traversée par le téton 122 grâce à l'ouverture 186.
Le porte-contact présente également sur sa surface inférieure 126 une traverse 127 dont une extrémité porte un ou deux tétons d'accouplement tels que 128a, 128b qui sont aptes à traverser des ouvertures oblongues telles que 129 du demi-boîtier 101 a, pour communiquer des mouvements à des appareils auxiliaires placés à l'extérieur du boîtier.
Des plaquettes telles que 130 qui sont engagées sur ces tétons glissent contre la face interne des parois 131 du boîtier pour recouvrir les ouvertures 129 et assurer l'étanchéité.
Les fenêtres 113... 116 sont séparées par des rainures telles que 113 dans lesquelles s'engagent les cloisons 110 pour compléter l'isolement d'interrupteurs voisins utilisant chacun des organes 107, 117.
L'électro-aimant 135 conforme à l'invention, comporte une carcasse de bobine 136 ayant des joues 137, 138 munies d'ergots de centrage 139, 140, un alésage 141 et deux colonnes longitudinales telles que 142 pour guider les fils de sortie 143, 144 de l'enroulement 145 vers la partie supérieure du boîtier; ces fils comportent à leurs extrémités des pièces de borne à vis 146a, 146b, qui viendront se placer dans deux logements des demi-boîtiers tels que 147a.
Le noyau cylindrique 148 qui traverse l'alésage 141 est associé par serrage à son extrémité inférieure 149 avec un trou 191 d'une première palette 150 et à son extrémité supérieure 151 avec un trou 192 d'une seconde palette 152; cette extrémité 151 vient également s'associer par serrage dans l'alésage 121 du porte-contact. Les pièces 148, 150, 152 constituent la structure magnétisable mobile 153. Les palettes 150, 152 présentent des largeurs -m- et -m'- et des diagonales -g-.
La structure magnétique permanente fixe 154 comprend:

une pièce métallique magnétisable 155 repliée en forme de cadre rectangulaire de largeur interne D supérieure à g, qui comporte un palier annulaire 156 d'axe XX' et une encoche ouverte 157 perpendiculairement au plan P,
deux pièces métalliques 158, 159 plates et parallèles magnétisables,
et deux aimants permanents 188, 189 qui relient magnétiquement et mécaniquement par exemple par collage les pièces 158, 159, 155, la distance entre les pièces 158, 159 ayant une valuer -n- supérieure au diamètre de la bobine et inférieure à m ou m'.

Une pièce en matière plastique 160 ayant un alésage de palier 161 et deux rainures opposées 162, 163 qui s'engagent dans l'encoche 157 est associée à la piece 155 pour que l'alésage 161 se présente dans l'axe XX'.
Lorsque la structure magnétisable ou l'armature mobile 153 est montée dans la structure magnétique 154, l'extrémité inférieure 149 coulisse dans l'alésage 161 tandis que le prolongement 120 en matière plastique coulisse dans le palier 156.
La pièce 155 présente une face inférieure 164 ayant un trou fileté 165 pour recevoir la vis 166 qui mantient le ressort à flexibilité variable 167 dont les extrémités 168, 169 coopèrent avec la palette 150; cette pièce 1 55 comporte également des encoches de centrage axial telles que 170a, 170b qui viennent s'engager dans des ergots de centrage du demi-boîtier 101 b tels que 171; les parois 172, 173 du demi-boîtier servent à placer latéralement la pièce 155, tandis que la paroi 174 présente des ouvertures telles que 175 pour recevoir les ergots 139 140 et orienter la carcasse de bobine 136.
L'étanchéité de l'électro-aimant est assurée par des cloisons transversales des demi-boîtiers 101a, 101 b telles que 178, 179; ces cloisons laissent des passages 180, 181 pour la circulation du prolongement 120 et l'introduction des colonnes telles que 142.
Le maintien de l'électro-aimant 135 est complété par la mise en place du demi-boîtier 101 a qui s'accroche sur l'autre demi-boîtier à l'aide de crochets et d'ouvertures tels que 176 et 177.
Lorsque les demi-boîtiers 101a, 101 b sont assemblés, un capot de protection 182 est accroché sur leurs parties supérieures pour compléter l'isolement des vis de borne de bobine 183 et des vis de borne d'interrupteur 108, et pour maintenir celles-ci; une ouverture 190 traversée par le téton 122 du capot permet un actionnement manuel externe du porte-contact 124.
Le montage de l'électro-aimant est rendu possible grâce au fait que d'une part la distance -D- est supérieure aux diagonales -g- (éventuellement pourvues de chanfreins 196, 197, 198, 199), et que la distance -m- de palettes rectangulaires est inférieure à la distance -n-.
Le choix de ces rapports de dimensions associé à un diamètre approprié de l'alésage 156 permet en effet une mise en place de l'armature 153 et de la bobine 136, par un déplacement rectiligne de ces dernières suivi par une rotation de 90° de l'armature; il est clair que -m'- est supérieur à -n-.
Une fois montées les deux structures 153,154, la bobine 136, 146 et le dispositif élastique 167 constituent un sous-ensemble indissociable 135 qui peut être contrôlé sur un banc d'essai ou être monté ou remplacé dans une enveloppe, telle que celle qui vient d'être décrite; un réglage final est opéré par la mise en place de la cale d'épaisseur 123.
Enfin, les enseignements de l'art antérieur permettent, si l'encombrement de l'électro-aimant n'entre pas en ligne de compte, de donner aux extrémités des pièces 24, 25 des surfaces polaires plus importantes en munissant celles-ci de prolongements coudés dans le sens transversal.
Dans un autre mode de réalisation de l'électro-aimant 200 qui est visible à la figure 18, la pièce magnétisable en forme de cadre 201 comprend deux parties assemblées, dont l'une 202 prend la forme d'une pièce repliée en forme de U ayant des branches parallèles 203, 204 qui portent des tenons 205, 206 à leurs extrémités, tandis que l'autre prend la forme d'une plaquette 207 perpendiculaire aux branches, présentant des mortaises 208, 209 aptes à coopérer avec ces tenons.
La plaquette présente ici un alésage 210 qui est aligné avec l'alésage 211 de la pièce en U, et qui reçoit un palier 212 en matière antifriction; une collerette de ce palier sert à définir le cas échéant l'entrefer d, mentionné ci-dessus. Le montage de la bobine 214 et de l'armature 213 de cet électro-aimant comprenant le noyau 216 et les palettes 215, 217 peut être effectué d'une manière comparable à la précédente, ou par un assemblage préalable des pièces 202 et 213 suivi d'un rivetage de la plaquette 207.

Claims

1. Electro-aimant polarisé (1) comprenant:

d'une part, une première structure magnétisable (2) constituée par un noyau (3) placé longitudinalement dans l'axe de symétrie -XX'- d'une bobine (5) apte à recevoir du courant continu et par deux épanouissements polaires (8,9) solidaires qui s'étendent transversalement hors de la bobine (5);

d'autre part, une seconde structure (15) magnétique permanente constituée par une deuxième pièce magnétisable (16) longitudinale qui possède deux prolongements transversaux (19, 20) respectivement (21, 22) dirigés vers l'axe et qui est parallèle à une troisième pièce magnétisable (24, 25) plus proche de l'axe et à laquelle elle est reliée par un aimant permanent (26, 27) d'axe magnétique transversal;

des extrémités opposées de cette troisième pièce (24, 25) et des régions de ces prolongements qui en sont voisines étant séparées par deux entrefers -e, E-placés sensiblement le long d'une direction longitudinale de façon telle que des forces d'attraction, respectivement de répulsion de même sens longitudinal, soient développées entre chacun des épanouissements (8, 9) respectivement placés dans chacun des entrefers -e, E- et la seconde structure (15), soit dans un sens lorsque la bobine (5) est dans un premier état, soit en sens inverse lorsque la bobine (5) prend un secont état;

caractérisé en ce que:

en position de repos R d'une première structure magnétisable (2) mobile et symétrique par rapport à l'axe de la bobine (5), les épanouissements (8, 9) ne viennent pas en contact avec la seconde structure magnétique (15) symétrique,

la réluctance partielle E/S établie entre un premier épanouissement (9) et les troisièmes pièces (24, 25) étant supérieure à la réluctance partielle e/s établie entre le second épanouissement et la deuxième pièce (16) de la seconde structure pour former une réluctance globale au repos R_r,

ces deux réluctances partielles étant ajustées simultanément par un organe de réglage (60, 123) des entrefers -E, e- qui définit, grâce à un faible déplacement relatif des deux structures, la position de repos effective R' pour laquelle s'opère le déplacement de la structure mobile, lorsque la bobine est alimentée par la tension de montée Um.

2. Electro-aimant polarisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de réglage (60) s'appuie sur le boîtier (67) contennant la structure fixe (15) de l'électro-aimant et opère un léger déplacement de la structure mobile (2).

3. Electro-aimant polarisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de réglage (60') s'appuie sur le boîtier (67) contenant une structure fixe coulissante (15) et opère un léger déplacement de celle-ci qui s'effectue contre l'action de moyens élastiques (70).

4. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de réglage est constitué par une cale d'épaisseur (66) amovible, qui s'appuie sur le boîtier (63) et sur l'une des structures (2) respectivement (15) respectivement (65).

5. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de réglage est constitué par une butée (60) qui est progressivement mobile par rapport au boîtier (67) dans lequel elle est engagée.

6. Electro-aimant polarisé monostable selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dispositif à pente variable (36'), respectivement (36") développe directement ou non entre les deux structures (2, 15) et au voisinage de la position de travail T, une force axiale antagoniste à celle qui est établie entre ces structures par l'attraction magnétique permanente de façon à compenser celle-ci lorsque la bobine (5) n'est pas alimentée.

7. Electro-aimant polarisé monostable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif à pente variable est un ressort hélicoïdal (215) respectivement (216) dont la déformation modifie la longueur utile par appui de ses spires sur une surface de forme étagée.

8. Electro-aimant polarisé monostable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif à pente variable présente une caractéristique comprenant une portion de pente nulle qui résulte de la présence d'une course libre (a) et au moins une portion de pente positive (F') respectivement (F").

9. Electro-aimant polarisé monostable selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif à pente variable utilise une lame élastique (42) qui est placée entre le boîtier (73) et la structure magnétique permanente (15) du côté concerné par la position de travail T du premier épanouissement (9).

10. Electro-aimant polarisé monostable selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif à pente variable utilise une lame élastique (50) fixée extérieurement sur la structure magnétique permanente (15') du côté concerné par la position de travail T.

11. Electro-aimant polarisé monostable selon la revendication 10, caractérisé en ce que cette lame élastique amagnétique (50) possède deux bras flexibles (75, 76) d'élasticités différentes et deux extrémités (51, 52) dirigées vers le premier épanouissement (9), un point de fixation commun (54, 54') permettant de modifier le rapport de longueur de ces bras dans le sens transversal.

12. Electro-aimant polarisé monostable selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en position de travail T de la structure mobile magnétisable (2) les épanouissements (8, 9) sont séparés de la structure magnétique fixe (15) par des entrefers (d_1, d₂), dont les dimensions sont simultanément assurées par une pièce intermédiaire amagnétique d'un palier de guidage amagnétique (14) placé dans la structure fixe pour effectuer le guidage des mouvements axiaux de la structure mobile, la réluctance globale au travail R_t résultant de ces entrefers et des surfaces (J" J₂) qui les limitent étant choisie par rapport à la réluctance globale R_r au repos de façon telle que la propriété de monostabilité résulte uniquement du rapport de ces deux réluctances.

13. Electro-aimant polarisé monostable selon des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'en position de travail T de la structure mobile magnétisable (2) les épanouissements (8, 9) sont séparés de la structure magnétique fixe (15) par des entrefers (d_i, d₂) dont les dimensions sont simultanément assurées par une pièce intermédiaire amagnétique d'un palier (14) placé dans la structure fixe pour effectuer le guidage des mouvements axiaux de la structure mobile, la réluctance globale R_t au travail, qui résulte de la taille de ces entrefers (d_i, d₂) et des valeurs (J_i, J₂) des surfaces, qui les limitent, étant choisie par rapport à la réluctance globale R_r au repos de façon telle que la propriété de monostabilité résulte, d'une part, du rapport de ces deux réluctances globales et, d'autre part, de la présence d'un dispositif élastique de rappel (36', 36") qui est efficace dans cette position de travail T.

14. Electro-aimant polarisé monostable selon la revendication 13, caractérisé en ce que les dimensions des entrefers (d_i, d₂) sont simultanéament déterminées par une collerette (35) d'un palier de guidage (14) qui est placé du côté de la position de travail T dans la structure fixe (5) et entre celle-ci et la structure mobile (2) pour assurer au moins partiellement le guidage axial des mouvements de cette structure mobile.

15. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'en position de repos R de la structure mobile magnétisable (2), un dispositif élastique (215) développe entre les structures une force P_c antagoniste aux forces de maintien magnétique, ce dispositif n'étant efficace que sur une faible portion -p- de course voisine de cette position et étant disposé extérieurement à la structure fixe (15).

16. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la deuxième pièce magnétisable (16) de la seconde structure magnétique (15) est constituée par un cadre métallique rectangulaire replié, présentant deux alésages opposés et coaxiaux (71, 72) aptes à maintenir chacun un palier de guidage (13, 14) pour les mouvements axiaux de la structure mobile (2), l'un de ces paliers étant maintenu dans une ouverture de cette deuxième pièce débouchant latéralement.

17. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la deuxième pièce magnétisable (201) de la seconde structure magnétique est formée par l'association d'une pièce plate principale repliée en U (202), dont les extrémités des branches parallèles (203, 204) sont emboîtées dans une autre pièce plate de fermeture de flux (207) transversale, ces pièces principale et de fermeture comportant chacune une ouverture (211) respectivement (210) apte à former, respectivement maintenir, un palier de guidage (211, 212) des mouvements de la structure mobile (213).

18. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que des épanouissements polaires ou palettes (150, 152) de forme rectangulaire ont, d'une part, des côtés m et m', où l'un de ces côtés est inférieur à la distance minimale interne -n- de la structure permanente (154) et, d'autre part, une diagonale -g-inférieure à la distance maximale interne D de cette structure.

19. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la structure mobile (153) comprend un noyau cylindrique (148) placé dans la carcasse (136) de la bobine (145) et un épanouissement polaire (152) venant se placer entre deux colonnes longitudinales (142) de cette carcasse pour donner à cette structure une orientation angulaire déterminée.

20. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les structures fixes et mobiles et la bobine forment, une fois associées, un sous-ensemble d'actionnement électromagnétique indissociable (135) pouvant être ensuite manipulé à des fins de contrôle ou de montage direct dans une enveloppe.

21. Electro-aimant polarisé selon la revendication 20, caractérisé en ce que le sous-ensemble d'actionnement (135) est placé dans une enveloppe (101a, 101 b) de contacteur (100), présentant des premiers moyens de maintien (171, 175) qui coopèrent avec des seconds moyens de maintien (170a, 170b), respectivement (139, 140), placés respectivement sur la structure fixe (154) et respectivement, sur la carcasse (138, 134) de la bobine (145).

22. Electro-aimant polarisé selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ce contacteur (100) possède un porte-contact mobile (112) dont une portion cylindrique (120) opposée aux contacts (117) est emmanchée sur un prolongement (1 51) de la structure mobile (153), cette portion assurant partiellement la fonction de guidage axial de cette structure grâce à son coulissement dans une ouverture axiale (156) de la structure fixe (154).