Brevet FR2000722A1 — publié le 19690912

La présente invention concerne les commutateurs électriques et notamment un commutateur utilisable comme élément de commande dans un dispositif à organes actifs rotatifs. Elle concerne également un système asservi à ré-équilibrage synchronisé dans lequel est incorporé un tel commutateur. L'invention a pour objet un commutateur électrique comprenant un premier organe qui porte un élément de contact et peut se mouvoir pour déplacer directement cet élément entre une position neutre (arrêt) et l'une ou l'autre de deux positions de contact (marche) possibles, un second organe mobile entre trois positions stables et agencé pour contraindre le premier organe à accompagner son mouvement, ses trois positions stables correspondant aux trois positions de l'élément de contact et étant déterminées par un mécanisme positionneur à action positive qui. gouverne le second organe et un arbre de commande qui peut tourner en sens opposés et est muni d'un prolongement radial agencé de manière à porter contre des faces de butée prévues sur le second organe, l'agencement étant tel que, quand 11 arbre tourne, une interaction entre le prolongement radial et l'une des faces de butée entratne le second organe d'une de ses positions sta bles vers la position stable suivante (dans le sens de rotation de l'arbre) jusqu'à ce que le second organe atteigne un point à partir duquel il poursuit son mouvement sous l'action du mécanisme positionneur à action positive, en précédant l'arbre et sans être entrarné par lui, jusqu'à ladite position stable suivante et assure, ce faisant, un déplacement brusque du premier organe et, ainsi, la mise directe de l'élément de contact dans sa position suivante correspondante. Les premier et second organes sont de préférence montés sur un support de manière à tourillonner autour d'axes parallèles, le premier organe tourillonnant librement en sens opposés son mouvement étant limité par des butées radiales portées par le second organe et ce second organe tourillonnant lui-même autour de l'axe de l'arbre de commande Dans toute la description, l'expression "faces de bu téeQ désignera toutes faces prévues soit sur le second organe, soit sur un ou plusieurs éléments de butée fixés -à ce second or gane, associées au second organe pour être rencontrées par le prolongement radial de l'arbre de commande et est à distinguer de l'expression "butées mécaniques" et du mot butées utilisés dans cette même description. De préférence, les faces de butée sont formées sur le second organe soit par un bossage allongé, soit par deux bossages espacés saillants sur une face de ce second organe normale à l'axe de le arbre de commande. L'invention concerne également un système asservi à ré-équilibrage synchronisé comportant un synchro-récepteur dont la sortie est accouplée à travers un amplificateur à un servomoteur électrique, l'enroulement de rotor du récepteur étant monté sur l'arbre de sortie du servo-moteur, l'arbre de commande d'un commutateur électrique du genre décrit ci-dessus étant rendu solidaire de l'arbre de sortie du servo-moteur, pour tourner avec lui, ce commutateur étant agencé pour être connecté à une source d'alimentation afin d'appliquer - lorsqu'il occupe l'une ou l'autre de ses positions de contact (marche) - à l'entrée de l'amplificateur un signal de grandeur suffisante pour prendre la prépondérance sur tout signal de sortie du synchro-récepteur et de polarité voulue pour faire entrarner par le servo-moteur le prolongement radial de l'arbre de commande vers celle des fces de butée que ce prolongement doit rencontrer pour amorcer le passage du commutateur en position neutre (arrêt), ce qui assure le ré-équilibrage du circuit. On va maintenant décrire à titre d'exemple un mode de réalisation préféré du commutateur suivant l'invention et du circuit suivant l'invention, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : fig. 1 est une vue en plan d'un commutateur unipolaire à deux directions. fig0 2 en est une vue de profil avec arrachement et coupe transversale partielle. fig. 3 représente schématiquement le mécanisme à cliquet dans la position où intervient l'auto-actionnement. fig. 4 est un schéma d'un système asservi à ré-équilibrage comportant un commutateur suivant l'invention, par exemple tel que représenté sur les figures 1 et 3, et fig. 5 est un diagramme circulaire de relation de phase. Sur le commutateur représenté sur les figures 1,2 et 3, on voit que deux contacts fixes espacés A' et C' sont montés sur un secteur 60 constitué par un isolant électrique, fixé sur l'embase d'un support 62. Un premier organe formé par une plaque 64 porte sur sa face inférieure un frotteur 28 électriquement conducteur. La plaque 64 est articulée autour d'un axe 66,fixé dans l'embase du support 62. La plaque 64 peut porter contre l'une ou l'autre de deux butées 68 et 70, montées sur des parties radiales opposées d'un organe d'actionnement 72. Quand le commutateur occupe la position neutre comme représenté sur la figure 1 les butées 68 et 70 empêchent la plaque 64 de tourner de manière à ce que le frotteur 28 ne puisse toucher ni l'un ni l'autre des contacts A' et C', L'organe 72 est articulé autour de l'axe d'un arbre de commande 74 et peut pivoter par rapport à cet arbre. Un bras radial 76, fixé à l'arbre 74, s'étend perpendiculairement à l'ante de cet arbre. Le bras 76 peut pivoter dans un plan parallèle à la face supérieure plane de l'organe de commande 72 et; tel que représenté sur la figure 1, il porte contre un goujon 78 monté sur la face supérieure de l'organe 72. Le goujon 78 est perpendiculaire à cette face et un goujon correspondant 80 est aussi monté perpendiculairement sur la face supérieure de la plaque 72, à une certaine distance du goujon 78, les goujons 78 et 80 étant équidistants de l'axe de l'arbre 74. Quand le bras 76 est entraSné dans le sens anti-horaire vers le goujon 80, ou dans le sens horaire vers le goujon 78, il rencontre le goujon intéressé et fait tourner l'organe 72, dans le sens anti-horaire ou horaire suivant le cas, autour de l'axe de l'arbre 74, l'une des butées 68 et 70 prévues sur les tranches radiales de l'organe 72 rencontrant la tranche de la plaque 64. Le bras 76 poursuivant son mouvement angulaire dans l'un ou l'autre sens, un mécanisme positionneur à action positive incorporé au commutateur entre en action. L'organe de commande 72 est mobile angulairement entre trois positions stables déterminées par-ledit mécanisme Ce mécanisme comprend une bille 82 partiellement insérée dans un évidement ménagé dans le pourtour de l'organe de commande et sollicitée, par un mécanisme à ressort 84 incorporé à l'organe 72, de manière à s'engager dans l'une quelconque de trois encoches C", N et A" pratiquées dans une plaque-cliquet 86, fixée à une paroi latérale du support 62. Sur la figure 1, la bille 82 est engagée dans une encoche N correspondant à la position neutre ou de repos du commutateur. Quand l'arbre de commande tourne dans le sens anti horaire (sur les figures 1 et 3), le bras radial 76 finit pal en trer en contact avec le goujon 80 et la bille 82 est chassée de l'encoche N et se déplace vers l'encoche A" de la plaque-cli- quet 86 jusqu'à pénétrer partiellement dans cette encoche A" comme représenté en trait plein sur la figure 3. A ce stade du mouvement de la bille 82, le mécanisme à ressort 84, représente sur la figure 2, entraîne la bille dans l'encoche A", de sorte que l'organe 72 est entraîné brusquement vers une position angu laire stable différente, précédant l'arbre 74 indépendamment de lui et sans aucune coopération entre le bras 76 et le goujon 80 Pendant que l'organe 72 est déplacé uniquement par le mécanisme à cliquet, sa butée 70, ayant pris ou prenant contact avec la tranche en regard de la plaque 64, déplace cette plaque pour m tre le trotteur 28 en contact électrique avec le contact fixe u~ On conçoit que le mode de fonctionnement du mécanisme est le mm pour chaque encoche, Ainsi, on assure un effet de commutation positif. On va maintenant décrire en détail le montage préfére suivant l'invention, comportant le commutateur décrit ci-dessus ainsi que le fonctionnement de ce commutateur. La figure 4 est un schéma de montage d'un système asservi à ré-équilibrage synchronisé. Le montage comporte un synchro-récepteur 10 comportent des enroulements de stator 12 et de rotor 14. L'enroulement de rotor 14 est relié par une extrémité à une première borne d'en- trée 18 d'un amplificateur 22, à travers un condensateur de co' plage en série 16. L'autre extrémité de l'enroulement 14 est re liée à une seconde borne d'entrée 20 de l'amplificateur 22. Be sortie de l'amplificateur 22 entraîne un servo-moteur 24.L'arbre de sortie du servo-moteur 2t est accouplé à l'enroulement de trois tor 14. Cet accouplement est figuré par le trait interrompu 260 L'arbre de sortie du moteur 24 est aussi accouplé à l'arbre de commande du commutateur unipolaire à deux directions 30 suivar- l'invention. L'accouplement entre l'arbre de sortie du moteur 2 et l'arbre de commande 74 est figuré par le trait interrompu 32, Le commutateur 30 comporte aussi des contacts fixes C' et A1, le contact C' étant relié à une extrémité du secondaire 34 d'un transformateur 36 et le contact A' relié à l'autre extrémité de ce secondaire. Le secondaire 34 présente une prise médiane reliée à la borne d'entrée 20 de l'amplificateur 22. Le primaire 38 du transformateur 36 est relié à une source de courant alternatifO Le frotteur 28 du commutateur 90 est relié à une borne d'entrée 18 de l'amplificateur 22 par un condensateur en série 40. Ainsi, quand le frotteur 281 rencontre l'un ou l'autre des contacts Al et C', un signal de tension, de grandeur suffisante pour prendre la prépondérance sur tout signal de sortie du synchro-récepteur, s'applique à l'entrée de l'amplificateur 22, ce qui fait entraSner le moteur 24 dans un sens ou dans l'autre, selon que c'est le contact At ou le contact C' qui est rencontré. Quand la bille 82 a franchi la position d'auto-déplacement représentée sur la figure 3, le frotteur 28 rencontre le contact At, ce gui établit le circuit entre ce contact et le frotteur 28. On voit d'après la figure 4 que, de ce fait, la moitié inférieure du secondaire 34 du transformateur 36 est montée aux bornes d'entrée de l'amplificateur 22. Ainsi, un signal s'applique au moteur 24 pour inverser son sens de rotation. Quand ce sens de rotation s'inverse, le contact établi entre le goujon 80 et le bras 76 s'interrompt et le bras 76 commence à tourner dans le sens horaire. Comme précédemment indiqué, l'organe de commande 72 décrit encore un léger mouvement angulaire dans le sens anti-horaire, sous l'action positive du mécanisme à cliquet. Ainsi, le frotteur 28 est positivement amené contre le contact At et l'effet de commutation est position. Dans un système asservi à ré-équilibrage du genre représenté sur la figure 4, il peut se produire que le circuit ne parvienne pas à l'état équilibré ou de zéro si le mécanisme ne comporte que des butées mécaniques. On va exposer ce qui s'oppose à l'équilibrage en se référant à la figure 5, qui est un diagramme circulaire de relation de phase. Les points A et C portés sur le cercle 49 représentent des butées mécaniques incorporées à ltagencement. La position active de l'enroulement de rotor 14 du système asservi 10 est représentée par le point 50 sur le cercle 49. Dans le sens horaire, ce point 50 est peu distant du point A et plus éloigné du point C.. Le signal d'entrée appliqué au stator 12 du système asservi est représenté sur le cercle 49 par le point 52, faiblement espacé dans le sens antihoraire du point C. Le cas illustré par la figure 5 apparat souvènt -lors de la mise en marche initiale du système. asservi. La distance séparant les points 50 et 52 représente un signal d'écart. Ce signal d'écart est engendré par ltenroulement de rotor 14. Sous l'action de ce signal d'écart, le moteur 24 entraîne le rotor 14 du système asservi 10 vers la butée mécanique A. Ainsi le point 50 se déplace vers le point A. La distance de A à C représente la butée mécanique du système. Le synchro-récepteur 10 ne peut pas franchir le point A pour atteindre la position de zéro correspondant au point 52. En l'absence d'un montage spécial, le synchro-récepteur 10 demeure au point A jusqu'à ce que le signal d'entrée présent au point 52 soit parvenu dans le sens anti-horaire, à moins de 1800 du point A, c'est-à-dire ait franchi le point D. Ainsi, le synchro-récepteur 10 demeure au point A jusqu'à ce que le signal d'entrée présent au point 52 ait atteint, dans le sens anti-horaire, un point intermédiaire entre les points D et A. Le montage comportant le commutateur 30 assure la synchronisation dans le cas illustré par la figure 5. Le commutateur 30 est normalement en position neutre (d'arrêt), telle qu'illus- trée par les figures 1 et 4, le frotteur 28 occupant une position correspondante, à mi-chemin entre les contacts fixes C' et A'. Peu avant que le synchro-récepteur 10 puisse atteindre la butée mécanique A, le frotteur 20 rencontre le contact Ct, ce qui établit un circuit et applique à l'amplificateur 22 un signal de polarité voulue pour que le sens du mouvement du servo-moteur 24 s'inverse. Quand le frotteur 28 rencontre le contact At, une tension de polarité opposée apparaît aux bornes de la moitié inféra rieure du secondaire 34 du transformateur 36 et s'applique aux bornes d'entrée de l'amplificateur 22. Ce signal inverseur s'applique au moteur 24 jusqu1à ce que le synchro-récepteur 10 atteigne au moins le point B, Le signal inverseur peut disparattre en tout point entre les points B et C mais, dans l'exemple choisi, il disparaît peu avant que le signal de récepteur n'atteigne le point C. mans le système asservi représenté sur la figure 4,il apparait une certaine course excédentaire due surtout à l'inertie du moteur. On ne saurait prévoir l'importance de cette course excédentaire, qui varie en général avec le temps et la température ambiante. Suivant l'invention, une forte course excédentaire n' affecte pas le mécanisme de commutation si la course excédentaire n'est pas supérieure à la course résultant de l'auto-déplacement par le mécanisme à cliquet. On va se référer aux figures 1 et 3 pour exposer cet aspect de l'invention. Quand le frotteur 28 a rencontré le contact At, le moteur 24, le rotor 14 du synchro-récepteur 10, l'arbre 74 et le bras 76 tournent dans le sens horaire. Ce mouvement angulaire se poursuit jusqu'à ce que le bras 76 rencontre le gou jon 78, la bille 82 étant alors dans l'encoche A" et le frotteur 28 étant positivement appliqué contre le contact 8'. Le mouvement de sens horaire d bras 76 se poursuivant, il s'applique au goujon 78 une force qui commence à faire tourner l'organe 72 dans le sens horaire, Du fait de ce mouvement horaire de l'organe 72, la bille 82 est chassée de l'encoche A" et finit par atteindre une position d'auto-déplacement par rapport à l'encoche N. Pendant la rotation dans le sens horaire du bras radial 76, le frotteur 28 ne se déplace pas car, bien que la butée 70 se soit écartée de la tranche de la plaque 64, la butée 68 n'a pas encore rencontré cette plaque. La butée 68 atteint la plaque 64 peu avant ou peu après que la bille 82 ait atteint sa position d'auto-déplacement par rapport à l'encoche N. Toutefois, le frotteur 28 ne quitte pas le contact A' tant que la bille 82 n'a pas atteint sa position d'auto-déplacement par rapport à l'encoche N. Le mouvement brusque décrit par la bille 82 pour pénétrer dans l'encoche N sépare positivement le frotteur 28 du contact A'. Après cette séparation, le frotteur 28 est en position neutre et le système asservi revient en régime de fonctionnement normal. Autrement dit si l'on se réfère à la figure 5, le signal appliqué au synchro-récepteur au point 52 imprime à ce dernier, à partir d'un point correspondant à la butée mécanique C, un faible déplacement de sens antihoraire jusqu'au point 52. Le système est alors en état d'équilibre ou d'écart nul. REVENiIC AT IONS lo Commutateur électrique caractérisé en ce qu'il comprend un premier organe qui porte un élément de contact et peut se mouvoir pour déplacer directement cet élément entre une position neutre (arrêt) et l'une ou l'autre de deux positions de contact (marche) possibles, un second organe mobile entre trois positions stables et agencé pour contraindre le premier organe à accompagner son mouvement, ses trois positions stables correspondant aux trois positions de l'élément de contact et étant déterminées par un mécanisme positionneur à action positive qui gouverne le second organe, et un arbre de commande qui peut tourner en sens opposés et est muni d'un prolongement radial situé de manière à porter contre des faces de butée prévues sur le second organe, l'agencement étant tel que, quand l'arbre tourne, une interaction entre le prolongement radial et l'une des faces de butée entraîne le second organe d'une de ses positions stables s la position stable suivante (dans le sens de rotation de l'arbre) jusqu'à ce que le second organe atteigne un point à partir duquel il paursuit son mouvement sous l'action du mécanisme positionneur à action positive, en précédant l'arbre et sans être entraîné par lui, jusqu'à ladite position stable suivante et assure, ce faisant, un déplacement brusque du premier organe et, ainsi, la mise directe de l'élé- ment de contact dans sa position suivante correspondante. 2. Commutateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second organes sont de préférence montés sur un support de manière à tourillonner autour d'axes parallèles, le premier organe tourillonnant librement en sens opposés , son mouvement étant limité par des butées radiales que porte le second organe et ce second organe tourillonnant lui-même autour de l'axe de l'arbre de commande. 3. Commutateur électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les faces de butée sont formées s'r le second organe soit par un bossage allongé, soit par deux bossages espacés saillants sur une face de ce second organe normale à l'axe de l'arbre de commande0 4. Commutateur électrique selon l'une des revendications préeédentes, caractérisé en ce que ledit mécanisme positionneur comprend une bille sollicitée par ressort montée dans le second organe et qui coopère avec une plaque à encoches fixe, présentant trois encoches qui correspondent aux trois positions stables du second organe et, ainsi, aux trois positions correspondantes de l'élément de contact. 5. Système asservi à ré-équilibrage synchronisé comportant un synchro-récepteur dont la sortie est accouplée à travers un amplificateur à un servo-moteur électrique, l'enroule- ment de rotor du récepteur étant monté sur l'arbre de sortie du servo-moteur, l'arbre de commande d'un commutateur électrique selon l'une des revendications précédentes étant solidarisé ou solidaire de l'arbre de sortie du servo-moteur pour tourner avec lui, ce commutateur étant connecté à une source d'alimentation afin d'appliquer - lorsqu'il occupe l'une ou l'autre de ses positions de contact (marche) - à l'entrée de l'amplificateur un signal moteur de grandeur suffisante pour prendre la prépondérance sur tout signal de sortie du synchro-récepteur et de polarité voulue pour faire entraîner par le servo-moteur le prolongement radial de l'arbre de commande vers celle des faces de butée que ce prolongement doit rencontrer pour amorcer le passage du commutateur en position neutre (arrê), ce qui assure le ré-équilibrage du système. 6. Système asservi selon la revendication 5, caractérisé en ce que le secondaire d'un transformateur présente des extrémités reliées chacune à l'un de deux contacts électriques fixes du commutateur, ainsi qu'une prise médiane qui le relie à une première borne d'entrée de l'amplificateur, l'élément de contact du commutateur étant relié à une seconde borne d'entrée de l'amplificateur. 7. Système asservi selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'arbre de sortie du servo-moteur peut tourner en sens opposés entre deux butées mécaniques incorporées au dispositif, le commutateur l'empêchant d'atteindre ou l'une ou l'autre de ces butées, les faces de butée dudit second organe étant placées chacune de manière à être rencontrée par le bossage radial de l'arbre de commande avant que ce dernier atteigne l'une des butées mécaniques. 8. Système asservi selon l'une des revendications 5 à 7,.caractérisé en ce que le mécanisme positionneur à action positive incorporé au commutateur permet, en imprimant un dé placement brusque à l'élément de contact en amont dudit bossage radial, une course excédentaire de l'arbre de commande, résultant de l'inertie du servo-moteur0