FR2510303A1

FR2510303A1 - Bi-stable relay switch for high voltages and frequencies - has two electromagnets with cores biassed towards rest position and switches between two pairs of contacts

Info

Publication number: FR2510303A1
Application number: FR8114417A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Simondin; Alphonse Roy; Claude Chaillou
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1983-01-28
Also published as: FR2510303B1

Abstract

A pivoting arm (3) has a contact bar (31), a pivoting axle (32) and a spring-loaded restraining mechanism (34). It is positioned between the armatures (10,20) of two electro-magnets (1,2). The contact bar can occupy either of two stable positions in which one of two pars of contacts (11,12 and 21,22) are connected. The armatures of the electro-magnets are of the plunger type and move longitudinally out of the col when the coil is energised. Each plunger has a plate (13,23) attached to it. The plates are connected by a mechanical linkage (4,40) so that movement of one plunger pushes the other one back and vice versa. Energising one of the coils results in the plunger pushing the pivoting arm over to ts other stable positon and switching the contacts.

Description

RELAIS BISTABLE POUR HAUTES TENSIONS
La présente invention se rapporte à un relais bistable comportant un bâti isolant, deux électro-aimants, deux paires de contacts associées respectivement aux deux électro-aimants et une pièce mobile sur laquelle est fixée une lame conductrice, les électro-aimants et les contacts étant fixés au bâti, chaque électro-aimant, quand il est excité, agissant pour que la lame soit en appui sur les contacts de la paire à laquelle il est associé.BISTABLE RELAY FOR HIGH VOLTAGES
The present invention relates to a bistable relay comprising an insulating frame, two electromagnets, two pairs of contacts associated respectively with the two electromagnets and a moving part on which is fixed a conductive blade, the electromagnets and the contacts being fixed to the frame, each electromagnet, when it is excited, acting so that the blade is in contact with the contacts of the pair with which it is associated.

De teins relais sont plus particulièrement destinés aux équipements électroniques dans lesquels il est nécessaire de commuter des tensions élevées, en haute fréquence. Relay colors are more particularly intended for electronic equipment in which it is necessary to switch high voltages, at high frequency.

Des relais de ce genre sont connus qui comportent deux électroaimants dont le rôle est d'attirer tour à tour une même armature; cette armature, qui constitue une partie de la pièce mobile dont il a été question plus haut, est maintenue en position soit par excitation permanente de celui des deux électro-aimants qui a été le dernier à attirer l'armature, soit par l'effet de rémanence dû à ce même électro-aimant. Relays of this kind are known which comprise two electromagnets whose role is to attract in turn the same armature; this armature, which constitutes a part of the moving part which was discussed above, is held in position either by permanent excitation of that of the two electromagnets which was the last to attract the armature, or by the effect remanence due to this same electromagnet.

Dans ces relais la lame conductrice qui réalise une liaison électrique entre contacts d'une même paire de contacts, est reliée rigidement à l'armature et, lorsqu'elle est commandée, constitue, avec la partie mobile de l'électro-aimant qui la commande, un ensemble mobile assez lourd dont la tenue aux chocs et aux vibrations est donc médiocre. De plus les déplacements possibles de l'armature commune aux deux électro-aimants sont de relativement faible amplitude ce qui limite la valeur maximale des tensions qu'il est possible de couper; il est bien entendu possible alors d'augmenter cette valeur maximale en plaçant le relais dans un boîtier hermétique et en faisant le vide dans ce boîtier, mais c'est la' une solution onéreuse.In these relays, the conductive strip which makes an electrical connection between contacts of the same pair of contacts, is rigidly connected to the armature and, when ordered, constitutes, with the movable part of the electromagnet which control, a fairly heavy mobile assembly whose resistance to shocks and vibrations is therefore poor. In addition, the possible displacements of the armature common to the two electromagnets are of relatively small amplitude, which limits the maximum value of the voltages that it is possible to cut; it is of course possible then to increase this maximum value by placing the relay in an airtight housing and by creating a vacuum in this housing, but this is the 'expensive solution.

La présente invention a pour but d'éviter, au moins dans une large
mesure, les inconvénients de ces relais connus.The object of the present invention is to avoid, at least to a large extent
measure, the disadvantages of these known relays.

Ceci est obtenu, en particulier, en dissociant, en dehors des
périodes où la lame conductrice doit passer d'une paire de contacts à
l'autre, la pièce mobile de la partie mobile des électro-aimants. This is achieved, in particular, by dissociating, apart from
periods when the conductive strip must pass from a pair of contacts to
the other, the moving part of the moving part of the electromagnets.

Selon l'invention un relais du type indiqué du début de cette description et qui permet d'atteindre le but indiqué ci-avant est caractérisé en ce que la pièce mobile est montée en rotation autour d'une droite fixe par rapport au bâti, en ce que les électro-aimants sont du type à noyau plongeur, en ce que, pour chaque électro-airnant, le noyau plongeur est prévu pour pousser la pièce mobile et Id faire basculer, autour de la droite, d'une paire de contacts à l'autre lorsque, la lame étant en appui sur une des paires, Pélectro-aimailt associé à l'autre paire est excité et en ce qu'un dispositif de rappel tend à repousser les noyaux plongeurs vers une position de repos. According to the invention a relay of the type indicated at the beginning of this description and which makes it possible to achieve the aim indicated above is characterized in that the movable part is mounted in rotation around a straight line fixed relative to the frame, in that the electromagnets are of the plunger core type, in that, for each electromagnet, the plunger core is designed to push the moving part and Id to swing, around the right, from a pair of contacts to the other when, the blade being in abutment on one of the pairs, the electromagnet associated with the other pair is excited and in that a return device tends to push the plunger cores towards a rest position.

La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent;
- la figure I une vue en crevé d'un relais selon l'invention,
- la figure 2 une vue en écorché du relais de la figure 1.The present invention will be better understood and other characteristics will appear from the following description and the figures relating thereto which represent;
FIG. I, a side view of a relay according to the invention,
- Figure 2 a cutaway view of the relay of Figure 1.

Les repères, pour une même pièce, sont identiques sur les deux figures Dans ce qui suit une partie de la description se réfère simultanément aux deux figures. The references, for the same part, are identical in the two figures In what follows part of the description refers simultaneously to the two figures.

La figure 1 rnontre deux électro-aimants, 1, 2, tous les deux à noyau plongeur, 10, 20, disposés face à face sur un même axe non représenté. Ces électro-aimants sont vissés sur un bâti isolant 5. Sur le bâti 5 sont aussi vissés un socle isolant 50 en forme de H horizontal et plat, et deux plaques isolantes verticales 55, 56; ces deux plaques isolantes forment, avec la barre du milieu du H du socle isolant, un U vertical. Deux paires de contacts 11, 12 et 21, 22 sont également fixées au bâti; ces contacts sont forrnés d'une lame souple et d'une cosse de raccordement vissées par paires sur des pièces d'assemblage 14, 24 elles mêmes vissées sur le bâti 5. Figure 1 shows two electromagnets, 1, 2, both with plunger, 10, 20, arranged face to face on the same axis not shown. These electromagnets are screwed onto an insulating frame 5. On the frame 5 are also screwed an insulating base 50 in the shape of a horizontal H and flat, and two vertical insulating plates 55, 56; these two insulating plates, with the bar in the middle of the H of the insulating base, form a vertical U. Two pairs of contacts 11, 12 and 21, 22 are also fixed to the frame; these contacts are formed by a flexible blade and a connection terminal screwed in pairs on assembly parts 14, 24 which are themselves screwed onto the frame 5.

Une pièce mobile 3, comporte, dans un rnêrne plan, trois barres parallèles 31, 32, 33 reliées entre elles, en leur milieu, par une barre transversale, isolante, 30. Cette pièce mobile 3 est montée autour d'un axe de pivotement XX (voir figure 2) grâce à deux trous percés respectivement dans les plaques 55, 56 et dans lesquels pénètrent les extrémités de la barre 32. La barre 31 est une lame métallique qui selon la position de la pièce mobile 3 peut assurer un contact électrique entre les deux contacts de l'une ou l'autre des paires de contacts 11, 12 ou 21, 22.Les paires de contacts 11, 12 et 21, 22 sont associées respectivement aux électro-aimants 1, 2 c'est-à-dire que lorsque, la larne métallique 31 étant en contact avec lune des paires (paire 21, 22 sur les figures), I'électroaimant I associé à l'autre paire 11, 12 est excité, son noyau plongeur vient pousser la pièce mobile au niveau de la barre 34 et la fait basculer autour de l'axe XX, entraînant un passage de la lame métallique de la paire 21, 22 à la paire 11, 12. A movable part 3 comprises, in a flat plane, three parallel bars 31, 32, 33 connected together, in their middle, by a transverse, insulating bar, 30. This movable part 3 is mounted around a pivot axis XX (see FIG. 2) thanks to two holes drilled respectively in the plates 55, 56 and into which the ends of the bar 32 penetrate. The bar 31 is a metal blade which, depending on the position of the moving part 3, can provide electrical contact between the two contacts of one or other of the pairs of contacts 11, 12 or 21, 22. The pairs of contacts 11, 12 and 21, 22 are associated respectively with the electromagnets 1, 2 that is to say -to say that when, the metal larne 31 being in contact with one of the pairs (pair 21, 22 in the figures), the electromagnet I associated with the other pair 11, 12 is excited, its plunger core pushes the moving part at the level of the bar 34 and causes it to tilt around the axis XX, causing a passage of the metal blade e from pair 21, 22 to pair 11, 12.

Dans ses deux positions stables, correspondant aux positions de contact entre la lame métallique 31 et chacune des paires de contacts 11, 12 et 21, 22, la pièce mobile 3 est retenue grâce à un ressort de maintien 34 du type corde à piano; ce ressort passe, à rnoitié de sa longueur, dans une gorge 57 solidaire du socle isolant 50 de rnanière à pouvoir pivoter autour de la gorge et assurer son rôle de maintien aussi bien pour l'une que pour l'autre des positions stables, grâce à la fixation de ses extrémités autour de la barre 33. In its two stable positions, corresponding to the contact positions between the metal blade 31 and each of the pairs of contacts 11, 12 and 21, 22, the moving part 3 is retained by means of a holding spring 34 of the piano string type; this spring passes, at half of its length, in a groove 57 integral with the insulating base 50 of rnanière to be able to pivot around the groove and ensure its holding role both for one and for the other stable positions, thanks fixing its ends around the bar 33.

En plus des éléments qui viennent d'être décrits le relais comporte un dispositif de rappel des noyaux plongeurs pour ramener ces noyaux dans une position de repos après qu'ils aient été excités. Ce dispositif de rappel comporte deux embouts isolants 13, 23, fixés respectivement aux noyaux 10, 20, une barre d'accouplement 4 et un ressort de rappel 40. Les embouts 13, 23 sont constitués d'une plaque sensiblement triangulaire, perpendiculaire à la direction du déplacement des noyaux plongeurs 10, 20 et d'une plaque rectangulaire, horizontale munie, à son extrémité opposée à la plaque triangulaire d'un ergot dans lequel passe la barre d'accouplement 4. La barre d'accouplement 4 relie ainsi les deux embouts 13 et 23. In addition to the elements which have just been described, the relay includes a device for returning the plunger cores to bring these cores back into a rest position after they have been excited. This return device comprises two insulating end pieces 13, 23, fixed respectively to the cores 10, 20, a coupling bar 4 and a return spring 40. The end pieces 13, 23 consist of a substantially triangular plate, perpendicular to the direction of movement of the plunger cores 10, 20 and of a rectangular, horizontal plate provided, at its end opposite to the triangular plate with a lug through which the coupling bar 4. The coupling bar 4 thus connects the two end caps 13 and 23.

Cette barre d'accouplement, qui est plus visible sur la figure 2, est percée d'un trou au milieu de sa longueur; dans ce trou passe un pivot 41, d'axe vertical YY, solidaire du socle 50 et placé sous ce dernier; ainsi la barre d'accouplement 4 est montée en pivotement, dans un plan horizontal, autour de l'axe de pivoternent YY du pivot 41.This tie rod, which is more visible in Figure 2, is pierced with a hole in the middle of its length; through this hole passes a pivot 41, of vertical axis YY, secured to the base 50 and placed under the latter; thus the coupling rod 4 is pivotally mounted, in a horizontal plane, around the pivot axis YY of the pivot 41.

A la barre d'accouplement 4 est associé le ressort de rappel 40 et deux butées 42, 43 dont Turne, 42, est disposée sur ld barre d'accouplement 4, au voisinage de l'une de ses extrémités et dont l'autre, 43, est fixée
sous le socle 50, au voisinage de l'autre extrémité de la barre d'accou plement 4. Le ressort de rappel 40 est du type corde à piano; il entoure le pivot 41 et s'appuie, à ses extrémités, sur les butées 42, 43.With the coupling bar 4 is associated the return spring 40 and two stops 42, 43 including Turne, 42, is disposed on the coupling bar 4, in the vicinity of one of its ends and the other of which, 43, is fixed
under the base 50, in the vicinity of the other end of the tie rod 4. The return spring 40 is of the piano string type; it surrounds the pivot 41 and is supported, at its ends, on the stops 42, 43.

Si, le relais étant dans la position représentée sur les figures 1 et 2, rélectroalmant I est excité, du fait du dispositif de rappel il entraîne le noyau, 20, de l'électro-aimant 2 en direction de la pièce mobile 3. Mais le jeu mécanique entre les pièces 13, 4 et 23 fait que le noyau, 10, de l'électroalmant excité effectue une translation de plus grande amplitude que l'autre noyau, 20; il en résulte un bjsculement de la pièce mobile de telle sorte que sa lame métallique vienne en contact avec la paire de contacts 11, 12. If, the relay being in the position shown in FIGS. 1 and 2, the electroalmant I is excited, due to the return device it drives the core, 20, of the electromagnet 2 in the direction of the moving part 3. But the mechanical play between the parts 13, 4 and 23 means that the core, 10, of the excited electro-calming agent carries out a translation of greater amplitude than the other core, 20; this results in a tilting of the movable part so that its metal blade comes into contact with the pair of contacts 11, 12.

Il est à remarquer que le relais qui vient d'être décrit présente une très bonne tenue aux accélérations. En effet une secousse brutale entraînant, par exemple, une forte accélération appliquée au noyau plongeur 10 en direction de Pélectroalmant 2, entraînera l'application de la même accélération au noyau plongeur 20; or, du fait du dispositif d'accouplement 13, 4, 40, 23 les deux forces résultantes s'annulent. It should be noted that the relay which has just been described has very good resistance to acceleration. In fact, a sudden jolt causing, for example, a strong acceleration applied to the plunger core 10 in the direction of the electro-thermalant 2, will cause the application of the same acceleration to the plunger core 20; however, due to the coupling device 13, 4, 40, 23 the two resulting forces cancel each other out.

La bonne tenue aux accélérations du relais selon les figurés 1 et 2 est renforcée par la conception de la pièce mobile 3 dont la masse est sensiblement répartie de part et d'autre de l'axe de basculement XX et par la conception du ressort de maintien 34. The good resistance to acceleration of the relay according to FIGS. 1 and 2 is reinforced by the design of the moving part 3, the mass of which is substantially distributed on either side of the tilt axis XX and by the design of the retaining spring. 34.

I1 faut également remarquer que, lorsque les deux électro-aimants 1, 2 sont au repos la pièce mobile 3, qui assure le contact par sa lame métallique 31, n'est plus en contact ni avec les noyaux plongeurs 10, 20 ni avec le dispositif de rappel 13, 4, 40, 23; cette particularité contribue elle aussi à la bonne tenue aux vibrations du relais. I1 should also be noted that, when the two electromagnets 1, 2 are at rest, the moving part 3, which ensures contact by its metal blade 31, is no longer in contact with either the plunger cores 10, 20 or with the return device 13, 4, 40, 23; this characteristic also contributes to the good resistance to vibrations of the relay.

Le relais qui a servi à faire la description ci-avant a une longueur hors-tout de 14S mm, une largeur de 43 mm et une hauteur hors-tout, de 60 mm. La pièce mobile 3 est, pour sa partie isolante réalisée en polyphénylsulfone tandis que la lame métallique mobile 31 ainsi que les lames souples des contacts 11, 12, 21, 22, sont réalisées en laiton ébavuré chimiquement, cuivré et doré. Quant à la force avec laquelle la lame mobile appuie sur chaque contact grâce au ressort de maintien 34, elle est d'environ 0,5 newton.Ce relais qui est un relais bistable à commande par impulsions, présente, entre autres caractéristiques, une tension de claquage supérieure à 12 kV crête à 2 MHz, une possibilité de passer un courant permanent de IOA efficaces de 2 à 30 MHz, un ternps de réponse inférieur à 100 ms, une tenue aux accélérations de 2 g (soit environ 20 m/s2) jusqu'à 150 Hz et une tenue aux secousses de 25 g pendant Il ms avec une variation de l'accélération en forme de demi sinusoïde de 25 g d'amplitude maximum. The relay used to make the description above has an overall length of 14 mm, a width of 43 mm and an overall height of 60 mm. The movable part 3 is, for its insulating part made of polyphenylsulfone while the movable metal blade 31 as well as the flexible blades of the contacts 11, 12, 21, 22, are made of chemically deburred brass, copper-plated and gilded. As for the force with which the movable blade presses on each contact thanks to the retaining spring 34, it is approximately 0.5 newton. This relay which is a bistable relay with impulse control, presents, among other characteristics, a tension breakdown power greater than 12 kV peak at 2 MHz, a possibility of passing a permanent current of effective IOA from 2 to 30 MHz, a response ternps less than 100 ms, an acceleration withstand of 2 g (i.e. around 20 m / s2 ) up to 150 Hz and a resistance to shaking of 25 g during Il ms with a variation of the acceleration in the form of a half sinusoid of 25 g of maximum amplitude.

Différentes variantes du relais selon les figures 1 et 2 peuvent être conçues sans sortie du cadre de l'invention. C'est ainsi que la lame métallique 31 peut être remplacée par une barrette de connexion corde portant plusieurs laines métalliques isolées les unes des autres et permettant d'établir pour chacune des deux positions du relais, non plus une liaison entre deux contacts d'une paire mais différentes liaisons entre différents contacts. De même le dispositif de rappel, 13, 4, 40, 23, des noyaux plongeurs 10, 20 des électro-aimants peut être remplacé par deux ressorts respectivement destinés à ramener les deux noyaux plongeurs à leur position de repos. Quant aux noyaux plongeurs, au lieu d'être simplement alignés, ils peuvent d'une manière plus générale, être disposés selon deux lignes parallèles, les endroits où ils viennent en contact avec la pièce mobile pour la déplacer étant alors différents. Different variants of the relay according to Figures 1 and 2 can be designed without departing from the scope of the invention. Thus the metal strip 31 can be replaced by a rope connection strip carrying several metallic wools isolated from each other and making it possible to establish for each of the two positions of the relay, no longer a connection between two contacts of a pair but different connections between different contacts. Similarly, the return device, 13, 4, 40, 23, of the plunger cores 10, 20 of the electromagnets can be replaced by two springs respectively intended to return the two plunger cores to their rest position. As for the plunger cores, instead of being simply aligned, they can more generally be arranged in two parallel lines, the places where they come into contact with the moving part to move it then being different.

Claims

CLAIMS I. Bistable relay comprising an insulating frame, two electromagnets, two pairs of contacts associated respectively with the two electromagnets and a moving part on which is fixed a conductive blade, the electromagnets and the contacts being fixed to the frame, each electro -magnet, when it is excited, acting so that the blade is in contact with the contacts of the pair with which it is associated, characterized in that the moving part (3) is rotatably mounted around a straight line (XX) fixed with respect to the frame (5), in that the electromagnets (1, 2) are of the plunger core type, in that, for each electromagnet, the plunger core (10, 20) is provided to push the moving part and tilt it, around the right, with a pair of contacts (11-12,

21-22) to the other when the blade (31) being in abutment on one of the pairs, the electromagnet associated with the other pair is excited and in that it comprises a return device (13, 4> 40 > 23) to tend to push the plunger cores towards a rest position.

2. Relay according to claim 1, characterized in that, the plunger cores (10, 20) being arranged in two parallel lines, the return device comprises: a coupling bar (4) mounted in rotation about an axis pivot (YY) perpendicular to the parallel lines and fixed relative to the frame; a return spring (40) for tending to push the tie rod back to a rest position; and two end pieces (13, 23) respectively linked to the two plunger cores and respectively coupled to the two ends of the coupling bar.

3. Relay according to claim 1, characterized in that the moving part comprises, in the same plant three parallel bars (31> 32> 33) and a transverse bar (30) connecting together the midpoints of the parallel bars, in that that of the parallel bars (32) which is located between the two other parallel bars is arranged along the straight line (XX) and serves as a tilting axis, in that one (31) of the two other parallel bars comprises the conductive strip and in that, between the other (33) of the two other parallel bars and the frame (5), is disposed a spring

holding (34) to keep the blade in contact with that of the contact pairs where it is located when the electromagnets are not energized.