FR2618941A1 - Declencheur electromagnetique a haute sensibilite et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
La surface polaire 10 de l'armature 1 et la surface polaire 14 de la palette 8 d'un déclencheur électromagnétique sont traitées de la même manière. La rugosité de la surface Ra est supérieure ou égale à 0,15 microns et inférieure à 0,5 microns et une couche protectrice d'une épaisseur inférieure à 1 micron couvre la surface.
Description
DECLENCHEUR ELECTROMAGNETIQUE A HAUTE SENSIBILITE ET SON
PROCEDE DE FABRICATION
L'invention est relative à un procédé de fabrication d'un déclencheur électromagnétique à haute sensibilité, notamment pour un interrupteur de protection différentielle, ayant un circuit magnétique, polarisé par un aimant permanent et portant une bobine de commande, ledit circuit magnétique étant en un alliage fer nickel et comprenant une armature fixe et une palette mobile ayant chacune une surface polaire venant en accolement en
position d'attraction de la palette par l'armature.
Les déclencheurs du genre mentionné doivent être fiables et fonctionner à des seuils indépendants des conditions ambiantes, notamment d'une chaleur humide, qui peut être à l'origine d'une corrosion entre le fer et le nickel formant des oxydes et des hydroxydes de fer qui conduisent, soit au déclenchement intempestif, soit au collage de la palette. Les déclencheurs à haute sensibilité sont généralement incorporés à des interrupteurs ou disjoncteurs différentiels de protection des
personnes et tout mauvais fonctionnement est intolérable.
Il a déjà été proposé de revêtir les surfaces polaires d'une couche protectrice, notamment en matière synthétique ou en des métaux nobles, mais ces couches sont, soit trop épaisses et réduisent la sensibilité du déclencheur, soit trop minces et en présence d'humidité, un couple est crée soit entre le substrat et le revêtement, soit entre le fer et le nickel du substrat. On utilise généralement des surfaces polaires polies pour réduire au maximum l'entrefer entre les surfaces parfaitement lisses mais la tenue à la chaleur humide n'est pas améliorée, bien au contraire. Lorsque l'entrefer est faible, les surfaces polaires sont en contact à certains endroits par l'intermédiaire de surfaces ou zones, ces zones sont mal aérées, aussi lorsque la vapeur d'eau se condense, dans ces zones l'eau stagne et favorise la formation de corrosion. Cette corrosion se généralise sur
toute la zone, entraînant le collage du relais.
La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un déclencheur à haute sensibilité et à fonctionnement correct en
chaleur humide.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la surface polaire de l'armature et, la surface polaire de la palette sont soumises à une finition de surface pour obtenir un coefficient de rugosité Ra supérieur ou égal à 0,15 microns, avantageusement supérieur ou égal à 0,20 microns et inférieur ou égal à 0,5
microns, Ra étant la hauteur moyenne du profil au-dessus et au-
dessous de la ligne moyenne, et que lesdites surfaces polaires sont revêtues d'une couche protectrice d'une épaisseur
inférieure à 1 micron.
La surface polaire de l'armature et celle de-la palette recoivent la même finition, en l'occurrence un traitement mécanique, par exemple de polissage avec des outils ou matériaux abrasifs appropriés, faisant apparaître un état de surface d'une rugosité 0,15 Ra <0,5 microns et par la suite un revêtement protecteur d'une épaisseur voisine de 1 micron, qui conserve les pics et le profil à 0,15,Ra 0,5 microns. La bonne tenue des déclencheurs selon l'invention provient d'une part des contacts ponctuels entre les deux surfaces polaires par l'intermédiaire des pics des surfaces (et non pas l'intermédiaire de zones) et, d'autre part par le revêtement protecteur qui empêche toute initiation ou extension de la corrosion locale susceptible de se produire aux points de contacts des deux surfaces polaires. Le faible
entrefer est conservé ainsi que la haute sensibilité.
Le revêtement protecteur peut être en différents matériaux et être obtenu de différentes manières. Dans tous les cas, il doit
être mince, homogène, non poreux, propre et adhérent.
Selon un premier mode de mise en oeuvre, la surface polaire est recouverte d'un composé d'oxyde de nickel qui peut être obtenu par un polissage électrolytique, celui-ci conduisant à un enrichissement en nickel de la surface, laquelle s'oxyde en présence de l'air, ou par un dépôt physique ou chimique sous vide de nickel, d'une épaisseur inférieure ou égale à 1 micron, qui
s'oxyde de la même manière.
La couche protectrice peut être un nitrure, notamment un nitrure de titane, un carbure, un borure ou un métal des groupes IV B, VI B de la classification périodique des éléments, notamment le chrome et le titane. Le dépôt est réalisé par les procédés standard physiques ou chimiques sous vide, qui fournissent des dépôts propres à épaisseur homogène et très mince, par exemple de
0,5 microns. -
L'invention est également relative au déclencheur à haute
sensibilité réalisé selon le procédé décrit ci-dessus.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus
clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en
oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequels: - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques d'un déclencheur selon l'invention représenté respectivement en position d'attraction et en position de déclenchement, - les figures 3 et 4 sont des vues analogues à celles des figures 1 et 2 d'un autre type de déclencheur, - la figure 5 est une vue à échelle agrandie des surfaces polaires
au contact.
- la figure 6 représente le profil d'une surface polaire, L'invention est décrite par la suite comme étant appliquée à un déclencheur faisant l'objet du brevet français n 2261614, mais il est clair qu'elle est applicable à des déclencheurs de structure différente, notamment du genre illustré par les
figures 3 et 4.
Sur les figures 1 et 2 qui correspondent aux figures du brevet précité, on reconnait un déclencheur électromagnétique comprenant une armature magnétique 1 en forme d'U, faite d'un alliage fer-nickel, un aimant permanent 2 en forme de barreau parallélépipèdique, placé le long de la branche 3 de l'armature 1 dont il est séparé par un entrefer 4 constant et, dont l'un des pôles 5 est relié à la partie médiane 6 de l'armature 1. par une culasse magnétique 7, constituée par une plaquette
rectangulaire de même matière que l'armature 1.
Une palette mobile 8, placée en regard'des extrémités polaires 9,10 de l'armature 1 et du pôle 11 de l'aimant 2, est constituée par une plaquette magnétique faite également de fer-nickel, de forme générale rectangulaire et coudée en 12, le coude 12 séparant deux parties plates 13,14, et permettant à la palette 8 de pivoter autour de l'arête 15 de la branche 3 de l'armature 1, la palette 8 étant en contact dans sa région voisine de son coude
12 avec l'arête 15.
La palette 8 peut prendre deux positions d'équilibre stable.
Dans l'une, représentée à la figure 1, elle est collée par la surface polaire 14, avec un entrefer E1 très petit, sur la surface polaire 10 de l'armature 1, la partie 13 étant séparée du pôle 11 de l'aimant 2 par un entrefer E2 relativement grand. Dans l'autre, position représentée à la figure 2, la partie 13 est collée sur la surface polaire 11 de l'aimant 2, la partie 14 étant
écartée des extrémités polaires 9,10 de l'armature 1.
Une bobine 16 est enroulée sur la branche 17 de l'armature 1 pour provoquer le déclenchement lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique. Lorsque la force F1 créée par le flux 1 de l'aimant 2 est annulée par la force que crée le flux de désexcitation, la palette 8 décolle de l'extrémité 10 de la
branche 17 sous l'action de la force F2.
Le fonctionnement d'un tel déclencheur est bien connu et le lecteur se reportera au brevet précité pour de plus amples détails. Les figures 3 et 4 représentent un autre type de déclencheur et les mêmes numéros de référence sont utilisés pour désigner des
éléments analogues ou identiques à ceux des figures 1 et 2.
L'aimant permanent 2 est intercalé entre les branches de l'armature 1 et un ressort de rappel 20 sollicite la palette.8 en position de séparation des surfaces polaires 10,14, représentées à la figure 5. L'excitation de la bobine 16 provoque une commutation du flux magnétique de l'aimant 2 et le pivotement de
la palette 8 sous l'action du ressort'20.
Selon la présente invention, la surface polaire 14 de la palette 8 et, la surface polaire 10 de l'armature-1, représentée à la figure 6, subissent le même traitement pour obtenir une surface ayant des pics 18 et des vallées 19, le contact entre les deux surfaces 8,10 s'effectuant par les pics 18 de la manière schématiquement représenté à la figure 5. Le coefficient de rugosité Ra, qui est la hauteur moyenne du profil audessus et au-dessous de la ligne moyenne, selon la norme NF E05-015, est supérieur ou égal à 0,15 microns et de préférence supérieur ou égal à 0, 20 microns et inférieur à 0,5 microns. Cette rugosité est obtenue lors du polissage mécanique des surfaces polaires ,14 et elle est parfaitement définie et reproductible. Les surfaces polies 10,14 reçoivent ensuite un revêtement protecteur de faible épaisseur tel qu'une couche d'oxyde de nickel, d'un nitrure, d'un carbure, d'un borure ou d'un métal des groupes IV B. ou VI B de la classification périodique des éléments. La couche d'oxyde de nickel peut résulter d'un enrichissement superficiel en nickel de la surface polaire, par exemple par un dépôt de faible épaisseur, inférieure à 1 micron de nickel. Ce nickel s'oxyde pour former un oxyde de nickel chimiquement stable. L'enrichissement en nickel peut être obtenu par un polissage électrolytique qui dissout préférentiellement le fer et laisse subsister une surface à teneur de nickel accru sur quelques couches atomiques, qui
s'oxyde à l'air.
Le dépôt du nickel ou des autres matériaux protecteurs est effectué par des procédés physiques ou chimiques sous vide (Physical Vapor Déposition ou Chemical Vapor Déposition) bien connus des spécialistes et qu'il est inutile de décrire. La couche protectrice d'une épaisseur inférieure à 1 micron est homogène et elle forme une barrière contre la corrosion. De bons résultats ont été obtenus avec une couche de nitrure de titane mais les autres matériaux précités conviennent également. Il est important que les deux surfaces polaires 10,14 soient traitées
de la même manière.
L'invention est nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus
particulièrement décrit.
Claims (10)
1. Procédé de fabrication d'un déclencheur électromagnétique à haute sensibilité, notamment pour un interrupteur de protection différentielle, ayant un circuit magnétique, polarisé par un aimant permanent (2) et portant une bobine de commande (16), ledit circuit magnétique étant en un alliage fer-nickel et comprenant une armature fixe (1) et une palette mobile (8), ayant chacune une surface polaire (10,14) venant en accolement en position d'attraction de la palette par l'armature, caractérisé en ce que la surface polaire (10) de l'armature (1) et la surface polaire (14) de la palette (8) sont soumises à une finition de surface pour obtenir un coefficient de rugosité Ra supérieur ou égal à 0, 15 microns, avantageusement supérieur ou égal à 0,20 microns et inférieur à 0,5 microns, Ra étant la hauteur moyenne du profil au-dessus et au- dessous de la ligne moyenne, et que lesdites surfaces polaires (10,14) sont revêtues d'une couche
protectrice d'une épaisseur inférieure à 1 micron.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite finition de surface est un polissage mécanique des surfaces
polaires (10,14).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement par couche protectrice est obtenu par polissage électrolytique des surfaces polaires conduisant à un enrichissement en nickel des surfaces, ledit nickel s'oxydant
pour former une couche protectrice d'oxyde de nickel.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche protectrice d'oxyde de nickel est obtenue par un dépôt
sous vide de nickel.
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche protectrice est constituée par un nitrure, un carbure, un borure ou un métal des groupes IV B et VI B de la classification périodique des éléments, et est déposée par voie physique ou
chimique sous vide.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la
couche protectrice est du nitrure de titane.
7. Déclencheur électromagnétique à haute sensibilité, notamment pour un interrupteur de protection différentielle, ayant un circuit magnétique, polarisé par un aimant permanent (2) et portant une bobine de commande (16), ledit circuit magnétique étant en un alliage fer-nickel et comprenant une armature fixe (1) et une palette mobile (8), ayant chacune une surface polaire (10,14) venant en accolement en position d'attraction de la palette par l'armature, caractérisé en ce que les surfaces polaires (10,14) de l'armature (1) et de la palette (8) présentent un coefficient de rugosité Ra supérieur ou égal à 0,15 microns et inférieur à 0,5 microns et comportent un revêtement
protecteur d'une épaisseur inférieure à 1 micron.
8. Déclencheur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le
revêtement protecteur est une couche d'oxyde de nickel.
9. Déclencheur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le revêtement protecteur est un nitrure, carbure, borure ou métal des groupes IV B et VI B.
10. Déclencheur selon la revendication 9, caractérisé en ce que
le revêtement protecteur est du nitrure de titane.
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