Brevet FR2007594A1 — publié le 19700109

La présente invention concerne les commutateurs éleotriques et, plus particulièrement, un commutateur dans le vide susceptible d'être miniaturisé. On oonnait les relais sous vide miniaturisés dans lesquels un commutateur dans le vide, unipolaire, à deux directions est mû par un méoanisme de comman-5 de électromagnétique qui constitue un ensemble séparé à l1extérieur du boitier du commutateur. Dans ce type de relais, le "boitier du commutateur comprend normalement une paire de sections tutulaires alignées axialement faites d'un matériau isolant, par exemple en céramique. Ces sections sont fermées à leurs extrémités par des embouts métalliques. L'un des embouts comprend une électro-10 de annulaire tandis qu'une seconde électrode est placée entre les embouts, la périphérie intérieure de chaque électrode annulaire se terminant à l'intérieur du boitier. L'autre embout comprend un diaphragme sur lequel est articulée une tige de commande orientée axialement. L'une des extrémités de la tige se prolonge dans le boitier pour constituer un contact mobile qui permet d'établir 15 ou d'interrompre un circuit par l'intermédiaire de l'une ou l'autre des éleo-trodes et de la tige de commande. L'autre extrémité de la tige de commande se prolonge dans le méoanisme d'entraînement électromagnétique qui détermine la position de cette tige. Dans l'une des formes du commutateur dans le vide mentionné ci-dessus, 20 les électrodes annulaires ont une forme aplatie de manière à ne présenter qu' un bord circulaire intérieur étroit susceptible de se mettre en prise aveo la tige de commande. En conséquenoe, tout métal vaporisé résultant du contact entre la tige de commande et l'électrode se dépose sur les seotions isolantes du boitier, limitant ainsi la durée de vie du commutateur. De plus, du fait que 25 les éleotrodes sont écartées axialement l'une de l'autre dans le boitier en céramique, les portions axialement espaoées de la tige de commande se mettent en prise avec les électrodes respectives quand la tige est aotionnée par le mêca- • nisme de oommande électromagnétique. Ainsi les distances entre ces portions de contact de la tige de commande et le point pivot de celle-ci sont inégales, d1 30 où. il résulte que la distance de déplacement nécessaire à la tige de commande, pour qu'elle passe de sa position axiale à la position où elle se met en prise avec les électrodes fixes,diffère selon l'électrode avec laquelle elle est mise en contact. De ce 'fait, les caractéristiques électriques du commutateur varient légèrement selon l'électrode avec laquelle la tige de oommande se met en 35 contaot. De plus, en raison de l'écartement axial entre les électrodes, l'énergie électromagnétique nécessaire pour actionner le commutateur est plus importante que si les électrodes comportaient des surfaoes de contaot fixes qui ne soient pas axialement espacées. Enfin, du fait que les surfaoes des électrodes avec lesquelles la tige de commande se met en contact sont incurvées, en pré-40 senoe de toute déviation par rapport à la oourse de la tige de commande articu— 69 13792 2007594 lée, la oourse indispensable pour que celle—ci se mette en prise aveo les surfaoes de contact fiies varie, modifiant ainsi les caractéristiques électriques du commutateur. Dans une autre forme de commutateur dans le vide les électrodes oompren— 5 nent des éléments oylindriques alignés axialement qui se prolongent l'un vers l'autre et constituent les contacts fixes du commutateur. Cet arrangement présente sur l'arrangement commutateur mentionné en dernier lieu l'avantage que leB portions de contact fixe cylindriques des éleotrodes constituent des écrans protecteurs qui interoeptent le métal qui est vaporisé quand la tige de 10 commande se met en prise aveo les surfaoes de contaot. Cependant les surfaoes de oontaot sont enoore circulaires et sont axialement écartées l'une do l'autre et, de oe fait, ne permettent pas d'éviter les inconvénients mentionnés oi-dessus en relation aveo les commutateurs dans le vide comportant des éleotrodes annulaires plates. 15 Ainsi, oe qui est souhaitable et oonstitue l'un des objets de la présente invention est de prévoir une forme perfectionnée de commutateurs dans le vide qui élimine l'.éoartement axial entre les contacts fixes du commutateur et comporte également des éorans protecteurs empêchant au métal vaporisé de se déposer sur la surfaoe intérieure du boitier en oéramique du commutateur. Un autre 20 objet de l'invention est de prévoir un arrangement de montage perfectionné pour la tige de commande et le diaphragme, pour un oommutateur de la catégorie décrite. Suivant la caractéristique principale de 1'invent ion,il est prévu un oommutateur dans le vide se présentant dans son ensemble sous la forme du type 25 décrit oi-dessus et dans lequel les électrodes axialement espacées, plaoéea dans le boitier isolant, comportent des parties qui se prolongent axialement l'une vers l'autre, l'extrémité de l'une d'entre elles se prolongeant au-delà de l'extrémité de l'autre dont elle est espacée, de manière à constituer des surfaoes de oontaot fixes opposées,latéralement espacées. Du fait que des sur-30 faces de contaot sont espacées latéralement l'une de l'autre, plutôt qu'axiale-ment comme dans les commutateurs classiques déorits précédemment, la distanoe do déplacement de la tige de commande pour qu'elle se mette en contaot aveo 1' une ou l'autre des surfaoes est égale et une quantité minimale et identique d1 énergie électromagnétique suffit pour établir ou interrompre un circuit par 1' 35 intermédiaire de l'une ou l'autre des électrodes comprenant ces surfaoes de contact fixes. De plus, du fait qu'une partie de ces éleotrodes se prolonge, au delà de l'autre en se superposant, tout en étant espaoée , les por tions superposées de oes parties d'électrode constituent des écrans pour inter-oepter et condenser le métal qui peut être vaporisé quand la tige de -oommande 40 se met en oontaot avec l'un ou l'autre des contacts fixes. De plus, il est pré— 69 13792 2007594 férable que les prolongements axiaux des éleotrodes comportent des parois opposées plates, généralement parallèles, de manière à ménager un éoartement uniforme entre les surfaoes de oontaot avec lesquelles la tige de commande se met en contact. Grâce à cet arrangement, les caractéristiques électriques du 5 commutateur ne varient pas5 même si la tige de commande dévie de sa course normale de mouvement oscillant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les paramètres électriques d'un commutateur dans le vide comprenant une tige de commande articulée sur un diaphragme sont affectés par la surface du diaphragme à l'intérieur du boitier. Plus précisément, le mouvement pivotant de la 10 tige de commande est affecté par cette surface du diaphragme qui, à son tour, est déterminée par les dimensions du diamètre intérieur du boitier en céramique. Les seotions de boitier tubulaires en céramique sont obtenues par le procédé classique en utilisant des teohniques de moulage qui ne permettent pas de maintenir des toléranoes d'une grande précision. Il en résulte que les diamè-15 très intérieurs des éléments de céramique obtenus par moulage varient d'un élément à l'autre de sorte que lorsqu'on assemble des commutateurs utilisant des éléments de dimensions différentes, les surfaces des diaphragmes qui y sont Boudés varient et, par voie de conséquenoe, les caractéristiques électriques de ces commutateurs varient également. Selon la présente invention, cet incon-20 vénient est supprimé en soudant au diaphragme une bague métallique rigide qui est coaxiale au boitier tubulaire du commutateur. Cette bague est formée de manière à présenter un diamètre intérieur fixe ^inférieur à celui du boitier en céramique de manière que la surface opérante du diaphragme soit constante et déterminée par les dimensions de la bague plutôt que par le diamètre intérieur 25 du boitier en céramique. Du fait qu'il est possible de fabriquer tin élément en métal présentant des tolérances précises en utilisant des procédés d'estampage ou de découpage à l'emporte-pièce, on peut fabriquer d'une façon peu coûteuse un grand nombre de bagues présentant des diamètres intérieurs uniformes, de sorte que lorsqu'on utilise ces bagues pour l'assemblage d'une série de com-30 imitateurs suivant le prooédé décrit ci-dessus, les commutateurs présentent des caractéristiques électriques uniformes pour autant que celles-ci sont déterminées par le diaphragme qui supporte la tige de oommande. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la leoture de la description suivante d'exemples de réalisation, 35 ladite description étant faite on relation avec, les dessins ci-annexos dans lesquels t La figure 1 représente une vue on coupe transversale longidudinale d'un relais mettant en oeuvre les caractéristiques de la.présente invention. La figure 2 montre une vue en plan du relais de la figure 1 dont le culot 40 supérieur a été retiré. 13792 2007594 4 Si l'on se réfère aux figures, celles-ci représentent un relais désigné dans son ensemble par la référenoe numérique 10, qui se compose d'un ccn?""-1.*Dateur dans le vide unipolaire à deux directions 12 et de son mécanisme de commande 14. L© mécanisme de commande comprend un flasque de fixation 15. Le com-5 mutateur comprend un "boitier fait de deux éléments isolants tubulairos de forme allongée alignés axialement '16 et t8, de préférenoe en oéramique. Un troisième élément tubulaire en céramique 20 est prévu pour assembler le boitier du commutateur au mécanisme de commande 14. Les éléments de boitier tubulaire 16 et 18 sont obturés par des embouts — -v 10 22 et 24 respectivement. L'embout 22 comprend une électrode terminale métalli— - Clique circulaire 26 qui est hermétiquement brasée par sa portion périphérique ..sr extérieure à un bord métallisé supérieur de l'élément on céramique 16, L3él'ac^p^Ç. trode 26 comporte une cosse 28 peroée d'une ouverture et se prolongeant radla^à^. lement. à laquelle peut être connecté un conduoteur aboutissant à une source da ;j\ 15 courant électrique. L'embout 22 comporte également un culot hémisphérique 30 qui est hermétiquement brasé à l'électrode 26. Une seconde électrode circulaire 32 est interoalée entre les éléments en . :r~ céramique 16 et 18 et elle est hermétiquement brasée par sa portion périphérie que extérieure aux extrémités adjacentes métallisées des éléments tubulairoa, ..." 20 L'électrode 32 comporte également une oosse 34 percée d'une ouverture formant cosse de oonnexion. .-.ï-rsi.. L'embout inférieur 24 comprend un diaphragme métallique relativement min— oe 36 qui est hermétiquement brasé au bord métallisé supérieur de 1 ' ■i." - ... X--" céramique 20. Une troisième éleotrode 38 qui se présente sous la forme d'unir 25 bague métallique rigide, coaxiale au boitier de céramique, est interpesé© en-tre le diaphragme 36 et l'extrémité métallisée inférieure de l'élément en cêra~ miquo 18 et elle est hermétiquement soudée à ces deux éléments. Cette éleotro—•; de comporte une oosse 39 percée d'une ouverture qui constitue une borne poux- la tige de commande 40 du commutateur. 30 Le diaphragme 36 est suffisamment flexible pour permettre un mouvement pi votant transversal de la tige de commande 40 orientée longitudinalement. La tige comporte une oxfc rémité de contact inférieure 42 en céramique q.ui se prolonge dans le mécanisme de commande 14, tandis que son extrémité supérieure se prolonge à travers une ouverture percée dans le diaphragme flexible 36 auquel 35 elle est hermétiquement brasée. L'extrémité supérieure de la tige de commande 40 se prolonge à travers un© ouverture 44 dans l'électrode 32 et se termine par une paire de pastilles ds contact 46 et 48 qui constituent le contact mobile du commutateur et qui sont conçus pour entrer en contaot avec les contacts fixes 50 et 52 quand la tige 'v-;.:' 40 de commande 40 oscille dans le sens des flèches de la figure 1, sous l'action 69 13792 2007594 5 du mécanisme électromagnétique (non représenté) placé dans le "boitier de commande 14. Les électrodes 26, 32 et 38 sont de préférenoe en cuivre de manière h posséder une conductibilité élevée de courant tandis que la tige de commande 5 40 est de préférenoe en molybdène recouvert d'une mince couche de ouivre. Les pastilles de contact 46 et 48 sont en tungstène et sont "brasées à la tigo 40. La tige en molybdène présente"la rigidité voulue pour éviter les inconvénients qu'entraine l'utilisation d'une tige flexible, par exemple une tige en cuivre, tandis que la couche de cuivre qui la recouvre lui confère une caractéristi— 10 que de conductibilité élevée. Suivant une caractéristique importante de l'invention, .les contacts fixes 50 et 52 sont solidaires des éleotrodes 26 et 32, respectivement, ot se prolongent axialement l'un vers l'autre, en position espacée, l'extrémité do chaque oontaot s'étendant au delà de l'extrémité de l'autre contact de maniè-15 re à Être superposées. Comme le montre la figure 2, les contacts 50 et 52 ont une section transversale en forme de UY Chaque contact comprend une paroi aplatie généralement vertioale 54 parallèle à la paroi correspondante de l'autre contaot et des flasques latérr.ux généraloment parallèles 56 et 58 qui se prolongent en direction de l'autre contact. L'ouverture 44 ménagée dans l'é-20 lectrode 32 est d'une forme générale rectangulaire dont le oentro est décalé par rapport à l'axe longitudinal du boitier tubulaire en céramique du commutateur. Une ouverture 60 de forme semblable est ménagée dans l'électrode 26, son centre étant décalé par rapport à l'axe du boitier dans la direction opposée "*v à colle du centre de l'ouverture 34« La configuration des contacts fixes 50 et 25 52 est complémentaire des ouvertures 60 ot 44, respectivement, de Borte que le extrémités distantes des contacts peuvent Stre placées en contact étroit av=ïc les ouvertures respectives et fixées aux électrodes correspondantes par soudage ou brasage. Du fait que les ouvertures 44 et 60,et par conséquent les contacts 52 et 50,sont décalées par rapport à l'axe du boitier tubulaire du com-30 imitateur dans des directions opposées, les flasques latéraux 56 des deux contacts sont placés à l'extérieur des flasques 58 ainsi que le montre mieux la figure 2. Ces flasques latéraux se prolongent dans le sens latéral sur une distanoe suffisante pour qu'ils soient superposés. En conséquence, les portions des contacts en forme de U superposées à la fois dans le sens axial et 35 dans le sens latéral constituent un écran qui environne les contacts mobiles 46 et 48 ot qui interceptent et condensent la vapeur métallique qui peut se dé gager durant le fonctionnement du commutateur. On constatera que les parois parallèles plates 54 des contacts fixes 50 et 52 constituent des surfaces de contact uniformément espacées de sorte que 40 s'il se produit une déviation quelconque de la course normale de la tige de 13792 2007594 6 commande 40s la distanoe do course nécessaire pour que la tige vienne en contaot aveo ces surfaoes ne varie pas, assurant ainsi au commutateur des caractéristiques électriques constantes même si la course de la tige se modifie. De même une distance de course égale est nécessaire pour que la tige vienne 5 en contact avec l'une ou l'autre des parois 54 des deux contacts fixes, par rapport à la position axiale normale de la tige, assurant ainsi des caractéristiques électriques uniformes quelle que soit celle des électrodes 26 ou 32 qui est en contact éleotrique aveo la tige. De plus, étant donné que les parois 54 sont opposées latéralement plutôt qu'espacées axialement comme dans 10 le cas des commutateurs de la technique .antérieure, une seule portion axiale de la tige de commande vient en contaot aveo les deux contacts fixes, entrai-nant ainai une plus grande uniformité et fiabilité dans le fonctionnement du commutateur et réduisant au minimum l'énergie électromagnétique nécessaire pour actionner la tige de commande. 15 Suivant une autre caractéristique de l'invention, la "bague 38 qui est in- teroalée entre le diaphragme 36 et l'extrémité inférieure de la section tubulaire 18 présente un diamètre intérieur inférieur à celui du boitier tubulaire en céramique. L'ouverture ménagée dans cette "bague est de préférence réalisée par une opération d'estampage ou de découpage à 1'emporte-pièoe qui permet de 20 maintenir dans des toléranoes très élevées les dimensions de l'ouverture. Du fait que cette bague est scellée hermétiquement au diaphragme 36, la surfaoe opérante de celui-ci est déterminée par les dimensions de l'ouverture de la bague 38 et non par le diamètre intérieur de la section en céramique 18, qui peut varier de façon appréciable entre différentes sections en céramique, ooo-25 me exposé précédemment, du fait que ces sections sont obtenues par moulage plu-têt que par usinage. Ainsi, grâce à oet arrangement, les surfaces opérantes des diaphragmes de commutateurs dans le vide fabriqués en grande série peuvent être maintenues dans les limites de toléranoes très striotes de manière que les caractéristi-30 ques de fonctionnement des commutateurs, qui sont déterminées par le déplacement pivotant de la tige 40 demeure uniforme. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisations, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne 35 limite pas la portée de l'invention. 13792 2007594 7 - RB7MÎDICATI01TS 1°) Une structure de commutateur comprenant s un "boitier isolant tubulaire soellé, une paire d'éleotrodes métalliques circulaires espacées axialement dans ce "boitier, l'une de ces éleotrodes étant percée d'une ouverture j ces 5 éleotrodes comprenant des portions orientées axialement l'une vers l'autre, l'extrémité de l'une s'étendant au delà de 1'extrémité de l'autre dont elle est espacée de manière à constituer des surfaoes de contact fixes opposées latéralement espacées, une tige conductrioe de commande de forme allongée, mobile dans oe "boitier et dont une extrémité se prolonge à travers ladite ouvertu-10 re et est disposée entre lesdites surfaces de contact pour constituer un contaot mobile destiné à établir ou à interrompre un circuit par l'intermédiaire de ladite tige de contaot et de l'une ou l'autre desdites électrodes. 2°) Une structure de commutateur comme il est dit en 1°) dans laquelle lesdites surfaces de oontaot sont de forme générale aplatie"et sont parallè-15 les l'une à l'autre. 3°) Une structure de commutateur comme il est dit en 1°), dans laquelle chacune des parties d'électrode s'étendant axialement comporte au moins un flasque latéral se prolongeant vers l'autre partie d'électrode de part et d' autre dudit contaot mobile. 20 4°) Une structure de commutateur comme il est dit en 1°), dans laquelle chacune des parties d'électrode se prolongeant axialementprésente une seo-tion transversale en forme de U, de manière à constituer des parois intermédiaires généralement parallèles, définissant lesdites surfaoes de contact fixe et les flasques latéraux gênéraleuont parallèles, lesdits flasques latéraux des-25 dites parties se prolongeant latéralement"l'un vers l'autre de manière à Stre superposés et espacés de part et d'autre du contact mobile. 5°) Une structure de commutateur comme il est dit en 1°), dans laquelle lesdites parties d'électrode se prolongeant axialement ont une section transversale en forme de U et sont décalées par rapport au centre des électrodes 30 respectives dans des directions opposées de manière que les flasques latéraux définis par lesdites parties en forme de U sont espacées l'une de l'autre. 6°) Une structure de commutateur comme il est dit en 1°) dans laquelle le boitier se compose d'une paire de seotions isolantes tubùlaires alignées axialement, fermées à leurs extrémités distantes par des embouts métalliques 35 qui y sont hermétiquement soudés | l'un des embouts comporte l'autre électrode j l'une desdites éleotrodes est soudée hermétiquement par sa portion périphérique extérieure aux extrémités adjacentes des sections de boitier j l'autre embout comprend un diaphragme métallique flexible et la tige de commande est artioulée sur oe diaphragme. 40 7°) Une structure de commutateur comme il est dit en 6°), dans laquelle *3792 2007594 11 autre'embout comprend une électrode métallique annulaire interposée entre ledit diaphragme et l1extrémité adjacente dudit boitier et dont la portion périphérique extérieure est hermétiquement soudée au dit boitier et au dit diaphragme, le diamètre intérieur de cette électrode annulaire étant inférieur à 5 celui dudit boitier. 8°) Une structure de commutateur comprenant î un boitier isolant tubulaire scellé, un contact fixe placé à l'intérieur de ce boitier, un diaphragme métallique flexible fermant une extrémité de ce boitier, une bague rigide coa-xiale audit boitier et dont la portion périphérique extérieure est hermétique-10 ment soudée audit diaphragme , le diamètre intérieur de oette bague étant inférieur à oelui dudit boitier $ enfin, une tige de commande articulée sur ledit diaphragme et dont une extrémité se prolonge à l'intérieur du boitier pour constituer un contact mobile conçu pour établir ou interrompre un circuit par l'intermédiaire de ladite électrode et des contacts fixes. 15 9°) Une struoture de commutateur comme il est dit en 8°) dans laquelle ladite bague est une éleotrode métallique interposée entre ladite extrémité du boitier et ledit diaphragme auxquels elle est hermétiquement soudée.