Brevet FR2001536A1 — publié le 19690926

La présente invention concerne un relais électromagnétique miniature et des matrices de coutatîon utilisant des relais de ce type comme points de croisement. Conformément a l'invention, il est prévu un relais électromagnéti que pour courants faibles comportant une structure en forme de E en matériau magnétisable, la branche centrale du E étant plus longue que les branches extérieures, des bobines d'excitation du relais montées sur cette structure, une plaquette de matériau isolant à travers laquelle passe au moins la bran- che centrale de ladite structure, une seconde plaquette parallèle à la première et qui s'y trouve connectée par l'intermédiaire d'une collerette de manière à former une chambre entre les deux plaquettes, une armature basculante comportant sur une face une cavité dans laquelle ajuste l'extrémité de la branche centrale de ladite structure, cette extrémité constituant ainsi un pivot pour ladite armature, deux jeux de ressorts de contact mobiles montés dans ladite chambre, chacun de ces jeux coopérant avec une extrémité différente de ladite armature, lesdits ressorts étant élastiquement pressés contre ladite armature qui se trouve maintenue en équilibre, et deux jeux de contacts fixes sur ladite deuxième plaquette, un jeu étant en relation avec chacun desdits jeux de ressorts de contact mobiles Si bien que, par excitation correcte desdites bobines, ladite armature peut basculer de sa position d'équilibre dans l'une des deux directions en agissant, pour chaque direction , sur l'un des jeur de ressorts de contact mobiles de manière à ce qu'il établisse des contacts électriques avec le jeu de contacts fixes associé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif en se reportant aux figures annexées qui représentent - les figures I à 42 les étapes successives de la fabrication des jeux de ressorts de contact mobiles du relais conforme à l'invention - la figure 5, une vue en coupe de ce relais, en position de repos ; - la figure 6, une vue identique à celle de la figure 5, le relais étant dans l'une de ses deux positions de travail - la figure 7, une vue éclatée d'un relais tel que celui des figures 5 et 6 ; - les figures 8 et 9 respectivement, une vue en plan et une coupe partielle selon la ligne IX - IX de la figure 8, indiquant comment le relais des figures 5 à 7 peut être assemblé avec deux diodes pour être utilisé dans une matrice de commutation - la figure 10, une vue en coupe partielle indiquant comment les divers éléments du relais sont maintenus ensemble quand le relais est monté sur une plaquette de circuits imprimés - les figures Il et 12, des diagrammes fonctionnels relatifs à l'utilisation du relais dans une matrice de commutation du type utilisé dans les télécommunications. La base du relais conforme à l'invention est une plaquette de circuits imprimés sur laquelle des pistes conductrices forment les contacts fixes. Les contacts mobiles sont montés au-dessus, tout en étant isolés des contacts fixes dont ils sont maintenus écartés par leur propre élasticité. Il y a deux jeux de contacts fines et deux jeux de contacts mobiles, doht les extrémités de contact sont parallèles. Une structure rectangulaire de type bordier est ajustée sur les jeux de contacts et comporte trois trous pour recevoir les branches d'un noyau ferromagnétique en forme de E, la branche centrale du E étant plus longue que les branches exterieures qui portent les bobines d'excitation. La branche centrale du noyau s'ajuste dans un évidemment plat formé sur une face d'une armature de forme générale roo- tangulaire, et sert ainsi de pivot à cette armature. Une fois assemblée, l'armature est maintenue dans le relais par les extrémités des ressorts de contact de deux jeux de ressorts mobiles, un jeu portant sur chaque extrémité de l'armature, et par la branche centrale du E. Quand les bobines sont convenablement excitées, l'armature qui est en équilibre quand aucune bobine n'est excitée, bascule de manière à faire fonctionner l'un ou l'autre des deux jeux de ressorts de contact mobiles. Le dispositif est d'un assemblage très compact et, en plus de son équilibre stable au repos, l'armature est complètement enfermée dans la structure de type bottier mentionnée précédemment. Après la description générale précédente, le relais de l'invention va maintenant être décrit en detail. On va commencer cette description détaillée par la fabrication de l'assemblage de ressorts de contact mobiles, en se reportant aux figures 1 à 4. Les ressorts de contact mobiles sont faits à partir d'une plaquette de bronze au phosphore sur laquelle est déposée dans la partie médiane, une bande de métal précieux, comme l'indique la zone hachurée de la figure 1. Par la suite, cette bande fournit la surface de contact en métal précieux des ressorts de contact mobiles. Les ressorts sont obtenus par une opération de découpe qui conduit à former deux jeux de lames de ressort dirigées vers l'intérieur, comte la lame 2 de la figure I. Chacune de ces lames est fendue à son extrémité libre pour donner les contacts jumelés habituellement requis. L'assemblage de ressorts de contact est taillé, pendant l'opération de découpe ou de façon séparée, pour former une pièce rectangulaire dont le contour est indique par le rectangle 3. Pour obtenir la forme requise des extrémités de contact, les extrémités libres des ressorts sont incurvées de manière à leur donner appron simativement une forme de C. Cette forme peut etre observée sur les figures 3 et 4. De plus, les parties de contact sont précontraintes de manière à être poussées vers le haut par leur propre élasticité, comme on peut le voir sur la figure 5. Les ressorts de contact mobiles, tels qu'ils viennent d'être decrits, sont isolés de la plaquette de base qui porte les contacts fixes, ces derniers étant des conducteurs imprimés comme on l'a mentionné précédemment. Pour fournir cet isolement, l'assemblage de ressorts de contact est monté sur un élément isolant en forme de cadre représenté par la figure 2. Dans un type de réalisation, cet élément isolant est découpé dansune feuille de papier imprégné d'une résine synthétique et comporte une grande ouverture centrale 4 et quatre trous 5, plus petits, nécessaires au montage du relais. Pour fixer les ressorts de contact, les zones hachurées 6 et 7 sont trattées avec un adhésif capable de lier les lames de bronze au phosphore au papier imprégné d'une résine synthétique. L'assemblage de ressorts de contact est placé sur l'isolateur (figure 3) et les lames de ressort sont liees à l'isolateur. Les extrémites des ressorts sont alors découpées et le cadre qui les entoure supprimé de manib re à fournir un ensemble de ressorts de contact mobiles tel que le représente la figure 4, c'est-e-dire un cadre isolant rectangulaire portant deux jeux de-ressorts de contact dirigés vers l'intérieur. On va maintenant décrire le relais assemblé en se reportant à la figure 5 qui le représente en position de repos. Le relais comporte deux plaquettes de circuits imprimés 10 et 11, la plaquette inférieure 10 supportant des conducteurs imprimés qui constituent les contacts fixes du relais et la plaquette supérieure il d'autres conducteurs imprimés servant a la connexion des ressorts de contact mobiles. Quand un certain nombre de relais de ce type sont assemblés dans une matrice de commutation, les conducteurs imprimés des deux plaquettes sont tracés suivant deux coordonnées comme le nécessite la géométrie d'une telle matrice. L'ensemble isolateur et ressorts de contact mobiles obtenu par le procédé décrit précédemment est monté sur la plaquette supérieure 11. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'isolateur 12 est connecté à la plaquette supérieure 11 et les queues de connexion des ressorts de contact sont pliées vers le bas ainsi que l'indique la référence 13. Ces queues de connexion peuvent être soldes aux conducteurs imprimés correspondants de la plaquette supérieure 11, ou, dans certains cas, peuvent établir un contact par pression seulement si cela s'avère adéquat. Cette dernière plaquette comporte une ouverture rectangulaire 14 dont la largeur est suffisante pour permettre un fonctionnement correct des contacts. Sur l'ensemble précédent vient s'ajuster une pièce 15 en forme de boîtier rectangulaire, faite d'un matériau isolant adéquat tel que du nylon chargé ou un polycarbonate, ce boîtier comportant trois trons dans lesquels s'ajustent de façon raisonnablement serrée les trois branches du noyau en forme de E, 16. Ce noyau est en permalloy B, et sa branche centrale est plus longue que les deux branches extérieures qui portent respectivement les bobines d'excitation 17 et 18. Le relais possède une armature 19 de forme genérale plate et ree- tangulaire, faite d'un matériau ferromagnétique et comportant sur une face un évidement peu profond qui reçoit l'extrémité de la branche centrale du E, l'autre face étant formée d'une pièce de manoeuvre 20 en copolymère da~ cétal. Il est à noter qu'une pièce de manoeuvre en matériau isolant est essentielle. La branche centrale du noyau 16 en forme de E et l'évidement pra tiqué dans la face superieure crue de l'armature 19 fournissent ensemble un pivot à l'armature qui, lorsque le relais est assemble, est maintenue par la branche centrale et les ressorts de contact dans la chambre formée par le bortier 15. Le relais possède ainsi une position d'équilibre stable. Pour faire fonctionner le relais, il suffit d'exciter l'une ou l'autre des deux bobines, ce qui fait basculer l'armature. La figure 6 montre que lorsque l'armature du relais bascule ainsi dans un sens, sa pièce de manoeuvre déplace les ressorts de contact d'un des deux jeux et les pousse contre les contacts fines correspondants. La suppression de l'excita, tion de la bobine est suivie par le resour de l'armature à sa position d'é- quilibre initiale représentée par la figure 5. La commande du relais peut s'effectuer avec maintien magnétique en remplaçant la branche centrale en permalloy par un aimant permanent. Une vue éclatée du relais est représentée figure 7. L'ensemble du noyau, des bobines et du bottier 15 forme l'unité de commande et le bottier 15 présente quatre pattes de fixation 21. Ces pattes s'engagent dans les trous 5 de l'ensemble 22 des ressorts de contact mobiles et les trous correspondants des plaquettes de circuits imprimés 10 et 11. L'armature n'est pas représentée sur la figure 7 et les pattes de fixation ne sont pas représentées sur les figures 5 et 6. Dans une réalisation d'un relais du type décrit, les dimensions prises autour de l'ensemble 22 étaient de 3,5 x 3 cm. et la profondeur du relais d'environ 2 cm. L'assemblage d'un relais sur les plaquettes est représenté par les figures 8 à 10, dans le cas où ce relais fait partie d'une matrice de commutation. Chaque point de croisement de la matrice est associé à deux diodes 30 et 31 montées dans des trous de la plaquette supérieure 11. Chaque patte de fixation comporte une rainure 32 (figure 10) dans laquelle s'engage une agrafe élastique 33 qui maintient le relais sur les plaquettes. Les cosses 34 des bobines sont connectees à des conducteurs imprimés de la plaquette supérieure 11. il est évident que le relais peut être utilisé de manière isole, auquel cas le montage est simplifié. Le relais décrit possède deux jeux de huit contacts, Si bien que son utilisation dans une matrice de commutation à coordonnées permet de cern muter des circuits à huit fils, ou encore à quatre fils en utilisant des relais inverseurs dans un montage que l'on décrira ultérieurement en se reportant à la figure 12. Un seul point de croisement d'une matrice de commutation est representé sur la figure 11, ce point de croisement assurant la commutation de rustre fils. Pour faire fonctionner le relais, des potentiels de marquage adéquats sont appliqués aux fils de marquage de rangée et de colonne, MR et MC, ce qui excite l'une des bobines du relais par la diode D et provoque le basculement de l'armature dans un sens. La fermeture du contact Xl établit un circuit de maintien pour le relais, le courant dans ce circuit bloquant la diode D, et la fermeture des contacts X2, X3 et X4 établit la connexion des fils pu B et A, respectivement. Avec le relais décrit en se reportant aux figures 1 à 10, l'excitation d'une bobine ferme deux groupes de contacts, ce qui pourrait établir deux connexions. Ainsi, dans la figure 12, où les connexions sont représentées a un seul fil pour des raisons de clarté, le rectangle 40 entoure les contacts commandés par un seul relais. Si la bobine de gauche du relais est excitée, l'entrée 3 est connectée à la verticale 42 et l'entrée 4 à la verticale 41. Si la bobine de droit est excitée, l'entrée 1 est connectée à la verticale 42 et l'entrée 2 a la verticale 41. Le choix entre deux entrées connectées, comme on vient de le voir,s1effectue par le fonctionnement d'un relais supplémentaire dont le contact inverseur connecte la colonne 42 ou la colonne 41 a la sortie représentée. Ces relais supplémentaires peuvent être du type décrit en comportant un moins grand nombre de contacts, et peuvent aussi être à maintien magnétique Comme ils sont appelés à fonctionner plus fréquemment que les relais de points de croisement, leurs contacts doivent être du type à service continu. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Relais électromagnétique pour la commutation de courants faibles, comportant une structure en forme de E en matériau magnétisable, la branche centrale du E étant plus longue que les branches extérieures, des bobines d'excitation du relais montées sur cette structure, une plaquette de mstériau isolant à travers laquelle Passe au moins la branche centrale de ladite structure, une seconde plaquette parallèle à la première et qui s'y trouve connectée par l'intermédiaire d'une collerette de manière à former une chambre entre les deux plaquettes, une armature basculante comportant sur une face une cavité dans laquelle s'ajuste l'extrémité de la branche centrale de ladite structure, cette extrémité constituant ainsi un pivot pour ladite armature, deux jeux de ressorts de contact mobiles montés dans ladite chas- bre, chacun de ces jeux coopérant avec une extrémité différente de ladite armature, lesdits ressorts étant élastiquement pressés contre ladite arma- ture qui se trouve maintenue en equilibre, et deux jeux de contacts fixes sur ladite deuxième plaquette, un jeu étant en relation avec chacun desdits jeux de ressorts de contact mobiles si bien que, par excitation correete desdites bobines, ladite armature peut basculer de sa position d'équilibre dans l'une des deux directions en agissant, pour chaque direction, sur l'un des jeux de ressorts de contact mobiles de manière à ce qu'il établisse des contacts électriques avec le jeu de contacts fixes associé. 2. Relais électromagnétique conforme à la première revendication, dans lequel lesdits ressorts de contact mobiles sont obtenus par une opFr- tion de découpe sur une plaquette plate de matériau élastique, ladite découpe constituant un cadre rectangulaire supportant lesdits ressorts et de laquelle, après montage sur la structure du relais, on élimine le cadre de fa çon à ne laisser que les ressorts de contact mobiles électriquement isolés les uns des autres. 3. Relais électromagnétique conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits jeux de ressorts de contact mobiles sont montés sur un cadre rectangulaire en matériau isolant, lui-même monté sur ladite deuxième plaquettè. 4. Relais électromagnétique conforme aux revendications 1, 2 ou 3, dans lequel les extrémités des trois branches de la structure en forme de E, débouchent dans ladite chambre, et dans lequel les deux branches ex terieures portent les bobines d'excitation du relais qui se trouvent situées hors de la chambre. 5. Relais électromagnétique conforme aux revendications 1, 2, 3 ou 4, dans lequel l'armature est une pièce plate de forme générale rectangulaire comportant une plaque de matériau isolant fixée sur la face opposée à celle qui comporte ladite caviste, les extrémités de ladite plaque de materiau isolant agissant sur lesdits ressorts de contact mobiles pour les déplacer. 6. Relais électromaonetique pour la commutation de courants faible comprenant une plaquette de circuits imprimés comme support, sur laquelle deux jeux de conducteurs imprimés constituent les éléments de contact fixes du relais, chacun desdits jeux étant constitué par plusieurs conducteurs imprimés rectilignes et parallèles et les deux jeux étant alignés mais es pacés l'un de l'autre j deux jeux de ressorts de contact mobiles montés chacun sur l'un des jeux de conducteurs imprimés de façon que chaque ressort de contact mobile soit situé au-dessus de l'un des conducteurs imprimés et en soit isolé électriquement, ltassemblage étant tel que les extrémités de contact desdits ressorts de contact mobiles forment deux droites parallèles, lesdits ressorts de contact mobiles étant maintenus éloignés desdits éléments de contact fixes par leur propre élasticité 3 une structure en forme de boi- tier rectangulaire en matériau isolant, ajustée sur ledit assemblage de ma nibre à entourer la majeure partie desdits ressorts de contact mobiles, et comportant dans la surface parallèle à la plaquette de support trois trous alignés dans une direction perpendiculaire auxdites droites parallèles 3 un noyau en forme de E en matériau ferromagnétique, la branche centrale de la structure en E étant plus longue que les branches exterieures et les trois branches s'ajustant dans les trois trous de ladite structure en forme de boîtier, si bien que l'extrémité de ladite branche centrale se trouve plus éloignée de la surface intérieure de ladite structure que les deux autres branches ; des bobines d'excittion montée sur lesdites branches extérieures du noyau, a l'extérieur de ladite structure en forme de bottier ; une armature en matériau ferromagnétique, de forme générale plate et symétrique, comportant sur une de ses faces un évidement dans lequel s'ajuste 1 'extrémi- té de la branche centrale dudit noyau en forme de E, les extrémités de ladite armature faisant alors chacune face à l'une des extrémités dudit noyau 5 et des surfaces isolantes sur la face opposée de ladite armature contre lesquelles portent les deux jeux desdits ressorts de contact mobiles, chacun desdits jeux portant sur l'une des extrémités de ladite armature de façon que cette dernière soit en équilibre ; l'assemblage complet étant tel qu'à l'excitation desdites bobines ladite armature bascule dans l'un ou l'autre sens en fonction de la nature de ladite excitation et entraîne l'un desdits jeux de ressorts de contact mobiles contre le jeu correspondant d'éléments de contact fixes pour établir des contacts électriques. 7. Relais electromagnetique conforme à chacune des revendications 1 à 6, dans lequel la branche centrale dudit noyau en forme de E est constituée par un aimant permanent, de façon que le relais soit à maintien magnétique.