LU81053A1 - Commutateur a lame au mercure minature - Google Patents

Description

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La présente invention concerne un commutateur à lame au mercure du type va-et-vient, c’est-à-dire cui interrompt un circuit avant d’en établir un autre. Ce type de commutateur est également appelé commutateur 5 Forme C.

Un commutateur à lame au mercure comprend une armature à lame dont la base se trouve immergée dans une coupelle contenant du mercure et dont l’extrémité libre est susceptible de se mouvoir entre deux contacts fixes.

10 L'effet de capillarité permet au mercure de s’étendre sur la surface de la lame, mouillant ainsi les surfaces coopérantes de l’armature et des contacts fixes. Il s’établit ainsi réellement un contact mercure-mercure ayant une résistance de contact très faible.

’l5 La technique antérieure d’une capsule au mercure, de type va-et-vient,est illustrée par le dessin de la figure 1. A l'intérieur d'une capsule scellée, l'armature est formée par une lame en porte-à-faux 1 fixée à son extrémité inférieure dans la coupelle de mercure 2.

20 L'armature 1 est ajustée en une position neutre entre les contacts 3 et k de telle sorte que l’armature se comporte comme un ressort sans pression initiale. L'état normalement fermé est obtenu à l’aide d’un aimant permanent fixé extérieurement près des contacts. Suivant la position de 25 l'aimant on réalise un commutateur pouvant travailler - 2 - soit en mode monostable normal (l'armature reprenant sa position initiale après suppression de l'excitation), soit en mode bistable (l'armature ne reprenant sa position initiale qu'en réponse à une excitation inverse). Sur la 5 figure 1, le relais P est placé pour créer un mode bistable. Dans les deux cas, la fonction de l'armature es*: de fournir une force de basculement mécanique suffisante autour d'un point de pivotement fixe réel. Le problème avec une telle capsule est que le commutateur ne peut 10 travailler que si la capsule est utilisée en position verticale, ce qui en limite l'usage aux applications où cette condition est respectée. De plus, une capsule au mercure de ce genre peut difficilement être miniaturisée et elle est relativement coûteuse.

L'invention résout ce problème en proposant un commutateur au mercure miniature conçu pour pouvoir être utilisé dans n'importe quelle position.

Le commutateur suivant l'invention comprend, à l'intérieur d'une capsule, une armature em matériau 20 magnétique dont les deux extrémités sont libres et capables de venir coller alternativement chacune contre un contact fixe distinct par basculement de l'armature. Celle-ci est suspendue à l'intérieur d'un ressort hélicoïdal qui se trouve fixé à l'intérieur de la capsule par 25 l'intermédiaire d'une électrode annulaire cylindrique en position médiane.

Une capsule conforme à l'invention peut être utilisée avec avantages dans toutes les applications où l'on exige une longue durée de vie, une fiabilité élevée 30 et/ou la possibilité de travailler dans n'importe quelle position, par exemple: les équipements d'essais, les équipements militaires, les équipements de télécommunications et plus particulièrement les équipements d'abonnés, les équipements de contrôle de procédés industriels.

35 L'invention est exposée plus en détails dans ce qui suit avec référence aux dessins joints sur lesquels: i - 3 - - la figure 1 montre à titre de comparaison , un mode d’exécution illustrant la technique antérieure; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du commutateur suivant l’invention; 5 - la figure 3 est une vue agrandie d’un détail de la figure 2 ; - la figure 4 illustre le fonctionnement du commutateur suivant l'invention; - les figures 5 et 6 représentent deux modes de réalisa-10 tions utilisant le commutateur suivant l'invention; * - les figures 7 et 8 sont deux graphiques illustrant deux profils de polarisation de la lame pivotante du commutateur suivant l’invention; - la figure 9 illustre un exemple de composant miniature 15 original incorporant une capsule au mercure suivant l'invention.

Se référant à la figure 2 qui montre une coupe dans un commutateur suivant l’invention on peut voir que l’armature 1 présente une partie centrale en 20 forme de lame 11 et deux extrémités polaires 12 et 15.

Les contacts fixes 2 et 3 sont situés aux extrémités opposées de l'armature 1 de manière que chacun des pôles 12, 13 de l’armature soit capable de coller contre un des contacts 2,3 par basculement de l'armature. Celle-ci 25 est constituée d'un matériau magnétique, par exemple le

Permalloy ou le Crovar (produit de la firme Vacuumschmelze GmbH Hanau).

L’armature 1 est suspendue aux extrémités d'un ressort hélicoïdal 5 s'étendant longitudinalement 30 autour de la partie centrale 11 de l'armature. Les points de suspension 51 et 52 de l'armature 1 sont disposés symétriquement par rapport au milieu de la longueur de l’armature. Le ressort 5 est réalisé pour travailler à la flexion.

35 Le ressort 5 est fixé à sa partie centrale à l’intérieur d'un anneau cylindrique métallique 6 - b - maintenu fixe à l’intérieur de la capsule scellée 10.

L’anneau 6 sert d’électrode centrale. La capsule est munie de connexions extérieures pour les contacts 2 et 3 et pour l’électrode centrale o. Dans le mode d'exécution 5 illustré à la figure 2, la capsule 10 est formée de deux tubes en verre 10A, 103 cispcsés en alignement avec un écartement entre eux, l'éleczrode annulaire 6 étant symmétri-que par rapport au point de pivotement de l'armature 1.

A l'intérieur des tubes de verre 10A et 10B les contacts - 10 fixes 2 et 3 sont entourés ce tubes métalliques 20 et 30 ' servant de shunts magnétiques. La paroi intérieure des tubes 20 et 30, la surface ce l'armature 1, le ressort 5, la surface intérieure de l'électrode annulaire 6 et la surface des contacts 2 et 3 sont mouillés par une pellicule 15 de mercure.

Les surfaces coopérantes des pôles 12 et 13 et des contacts fixes 2 et 3 sont garnies de pastilles en une matière qui ne peut êcre mouillée par le mercure, par exemple l’oxyde de chrome. Ces pastilles sont notées 7 20 sur la vue de la figure 3* Elles doivent avoir une surface suffisamment petite pour que, lorsque l'armature 1 bascule, le mercure qui jaillit de la zone de contact soit rapidement remplacé car sinon la commutation à fréquence élevée se trouverait rendue plus difficile.

25 Les pôles 12 et 13 de l'armature doivent avoir une surface suffisamment grande pour qu'une goutte de mercure trop grosse qui se trouverait projetée contre la paroi de la capsule puisse se trouver aspirée par lesdits pôles.

30 Pour être opérationnelle, la capsule telle que décrite plus haut doit être complétée d'une bobine d’excitation ainsi qu'il est bien connu dans le domaine de l'art.

Le fonctionnement du commutaoeur suivant l'invention est illustré aux figures b A/D sur lesquelles n'a pas été 35 représentée la bobine d'excicstion. A la figure 4A on a représenté l'armature 1 dans sa position dans laquelle I- ί ί * - 5 - ison pôle 12 colle contre lé contact 2, laissant son pôle 13 décollé du contact 3. L'état de déséquilibre initial est créé par un des moyens qui seront décrits ultérieurement. Lorsque la bobine d'excitation n'est pas excitée, les 5 parties marginales gauche et droite du ressort 5 sont soumises à un certain moment de flexion en raison de l'état de déséquilibre initial et ces parties marginales emmagasinent dès lors une certaine énergie mécanique.

Lorsque la bobine d'excitation se trouve 10 parcourue par un courant, le champ magnétique qu'elle * engendre produit une force magnétique qui tend à faire pivoter l'armature 1 (Figure 4B) : le pôle 12 de l'armature se décolle du contact 2 en créant un pont de mercure 21. Ce pont se rompt avant que le pôle 13 de l'armature 15 n'atteigne le contact 3 (Figure AC). Enfin, achevant son basculement, l'armature 1 amène son pôle 13 en contact avec le contact 3 (Figure AD) et alors les parties marginales du ressort 3 emmagasinent de nouveau une certaine énergie mécanique. On voit ainsi que l'armature 1 bascule 20 autour d'un point de pivotement fictif.

L'état de déséquilibre initial est créé par des moyens magnétiques que l'on va décrire dans ce qui suit en se référant aux figures 5 à 8. Sur les figures 5 et 6 sont illustrés deux exemples de mode d'exécution 25 utilisant des aimants permanents extérieurs pour créer l'état initial. Dans l'exemple de la figure A, deux aimants permanents 21 et 22 se trouvent fixés extérieurement sur la capsule 10. La force et la position des aimants par rapport au point de pivotement de l'armature 30 sont choisies et adaptées en fonction du mode de fonctionnement désiré. Pour un mode monostable qui exige une dissymétrie magnétique dans le système, on choisira deux aimants de forces inégales disposés symétriquement par rapport au point de pivotement de l'armature ou deux 35 aimants égaux situés à des distances différentes du point de pivotement . Un aimant permanent annulaire pourrait é - 6 - également être prévu en une position décentrée par rapport à l'axe transversal de la capsule.

Pour un mode de fonctionnement bistable qui exige une symétrie magnétique dans le système, on disposera 5 deux aimants en sorte de créer deux forces magnétiques égales. On pourra obtenir le même résultat en disposant un aimant permanent annulaire unique en une position centrée par rapport à l'axe transversal de la capsule. La figure 6 illustre un tel mode d'exécution: l'aimant permanent 10 annulaire est désigné par 23. La connexion extérieure avec l'électrode annulaire 6 est assurée au moyen d'une feuille de matériau conducteur de l'électricité 24 placée sur la surface extérieure des tubes de verre 10A et 10B.

L'état magnétique initial peut également être 15 créé sans adjonction d'aimants permanents extérieurs, en polarisant l'armature en sorte qu'elle constitue elle-même un aimant permanent. Les figures 7 et 8 illustrent graphiquement les profils de polarisation de l'armature pour réaliser les modes de fonctionnement monostable et 20 bistable, respectivement. Pour le mode monostable, l'armature 1 est polarisée en sens contraires de part et d'autre d'ure section décentrée par rapport à la section médiane. Pour le mode bistable, l'armature est polarisée en sens contraires de part et d'autre de la section médiane.

25 Les faibles dimensions que l'on peut donner à la capsule au mercure suivant l'invention permettent de * loger une ou plusieurs capsules au mercure et la bobine d'excitation dans un boîtier de protection muni des broches pour les connexions extérieures, offrant ainsi 30 un composant au mercure miniature tel que l'illustre à titre d'exemple la figure 9. Sur ce dessin, on peut voir ime capsule 10 et la bobine d'excitation 40 qui l'entoure, logées à l'intérieur du boîtier 50 renté sur une embase 60 d'où émergent les broches 70. La référence 80 désigne 35 une matière de remplissage.

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Claims (5)

1. Commutateur à lame au mercure du type va-et-vient comprenant une paire de contacts et une 5 armature mobile logées avec du mercure à l’intérieur d'une capsule, caractérisé en ce que l’armature mobile consiste en une lame em matériau magnétique présentant deux extrémités polaires disposées en sorte de pouvoir alternativement 10 coller chacune contre un contact distinct par basculement de l’armature, et en ce que le commutateur comprend en outre, à l’intérieur de la capsule: un ressort hélicoïdal s’étendant axialenent autour de la I 15 lame de l’armature, ce ressort ayant ses extrémités fixées à ladite lame en des points situés symétriquement par rapport à l’axe transversal de l’armature, j; un électrode annulaire cylindrique s'étendant axialement I autour de et attaché à la partie centrale dudit ressort, 20 l’électrode annulaire étant placée de façon fixe à l’intérieur de la capsule, et des connexions extérieures reliées aux deux contacts et à l’électrode annulaire.

2. Commutateur selon la revendication 1, dans lequel la capsule porte extérieurement un aimant » permanent annulaire coaxial à la capsule et placé en position centrée par rapport à l’électrode annulaire* 50

3* Commutateur selon la revendication 1, dans lequel la capsule porte extérieurement deux aimants permanents orientés avec leurs pôles magnétiques en sens contraires. 8 35

4. Commutateur selon la revendication 1, il dans lequel l’armature est polarisée en sens contraires îfj t M m 5«· - 8 - » de part et d'autre d'une section transversale déterminée de ladite armature.

5. Commutateur selon la revendication A, dans lequel l'armature est constituée d'un matériau magnétique dur. f- « %