Brevet FR2030169A1 — publié le 19701030

La présente invention concerne un relais électromagnétique. Les relais électromagnétiques présentent l'inconvénient que, par suite de la sensibilité a la température de la résistance de bobine, ils nécessitent une tension d'excitation d'autant plus élevée que la plage de tempéra-5 tures ambiantes dans laquelle ils doivent fonctionner est plus grande et ils nécessitent en outre un courant d'excitation d'autant plus fort que la force d'établissement de contact ou que le nombre des contacts à actionner sont plus élevés. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et elle concerne un relais dont la température ambiante, le nombre des contacts à actionner ou 10 la force d'établissement de contact n'ont aucune influence sensible sur la puissance d'excitation, ce problème étant résolu suivant l'invention, en ce que l'armature produit une force magnétique d'attraction engendrée par aimant permanent et dont une proportion importante est emmagasinée par un ou plusieurs ressorts de contact, en ce qu'il est prévu au moins un aimant permanent dont 15 le flux magnétique diminue lorsque la température augmente et en ce que ladite force d'attraction emmagasinée par le ou les ressorts de contact détermine la force d'établissement de contact. Ainsi, la force d'établissement de contact réglée au départ est maintenue constante dans une plage de températures ,ambiantes relativement large et éga-20 lement pour une puissance d'excitation différente. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. Sur les dessins : 25 - la figure 1 montre la structure schématique d'un dispositif à aimant permanent produisant des flux magnétiques 1, ' 1 pour la position centrale de l'armature 1, - la figure 2 montre la structure schématique du dispositif de la figure 1, mais dans le cas d'une position de repos unilatérale de l'armature et pour 30 les flux $2, '2. Le flux 1 est relativement négligeable par rapport à $2 et on peut voir que des dispositifs à aimant permanent comportant deux entrefers en correspondance présentent un rendement bien meilleur que des dispositifs à un seul entrefer. Un rendement supérieur du dispositif à aimant permanent est obtenu lorsqu'on emmagasine des forces magnétiques permettant 35 de condenser des influences thermiques, - la figure 3 est une coupe, faite suivant la ligne C-C', d'un relais à pôles symétriques tel que celui de la figure 4, - la figure U est une coupe faite suivant la ligne A-A' de la figure 3, 70 01725 2 2030169 - la figure 5 est une coupe faite suivant la ligne B-B' de la figure 1+, - les figures 6 à 10 représentent les forces intervenant dans le dispositif à aimants permanents à froid et à chaud et avec différents ressorts de condensation placés dans la zone de déplacement de l'armature, 5 - la figure 11 représente un support central particulier de l'armature. Le dispositif magnétique représenté est symétrique par rapport aux axes X et Z de sorte qu'on n'a pas représenté et/ou désigné toutes les parties ou forces symétriques. Sur les figures, on a désigné les composants suivants par les références 10 correspondantes : armature 1 support d'armature 2 tôle-support 3,3' pièce polaire M' 15 aimant permanent 5,5' corps de bobine 6 bobine 7 cales de réglage 8, 8«, cales de réglage 9, 9» 20 barrette 10 ressorts de réglage 11, 11» ressorts de réglage 12, 12» épaulements 13, 13' éléments d'actionnement 11+, lit' 25 plots 15, 15' bloc de réglage 16 butée 17 connexion de bobine • 18 plaque de base 19 30 connexions de contacts O CVJ «* o CVJ contacts 21, 21' ressorts de contact 22, 22' languettes élastiques de contact 23, 23' contacts centraux 2h, 2b 35 fiches de connexion de bobine 25, 25' zone de jonction 26 70 01725 3 2030169 demi-course de contact jeu entre les butées 17 et les ressorts de réglage 12, 12* épaisseur de la tôle séparatrice j. caractéristique d'élasticité des languettes élastiques de contact 23, 23' caractéristique d'élasticité des ressorts de réglage 11, 11 * caractéristique d'élasticité des ressorts de réglage 12, 12' 1Q direction transversale dans laquelle l'armature 1 peut pivoter et dans laquelle les plots 15, 15' sont déplaçables longueur des ressorts de contact 22, 22' de la connexion jusqu'aux contacts 21, 21' longueur des ressorts de contact 22, 22' de la connexion jusqu'à la zone de liaison 26 courbes donnant la relation force-course de l'armature 1 à froid courbes donnant la relation force-course de l'armature 1 à chaud position centrale 2q forces d'actionnement de l'armature 1 par rapport aux pièces polaires U, U' à froid forces d'actionnement de l'armature 1 par rapport aux pièces polaires U, 1+ ' à chaud force finale d'application des languettes élastiques de contact 23, 23' contre les plots 15, 15' et par conséquent en opposition 25 à la direction d'attraction de l'armature 1 en négligeant le frottement et la faible course élastique de la zone de jonction 26, P est égale à la force d'établissement de contact force finale qui est exercée par les ressorts 2Q de réglage 11, 11' en opposition à la di rection d'attraction de l'armature 1 force de rappel avec laquelle l'armature 1 est écartée des pièces polaires U, U' après excitation et à froid force de rappel avec laquelle l'armature 1 est écartée des pièces polaires H, après 35 excitation et à chaud a b d *1 *2 H 11 Mj, M2, M3, M^, M5 M'x, M'2, M' 3, M\, M's, 0 Pl> P3> P11 P'i» P'3» P'll P2 70 01725 2030169 force avec laquelle l'armature 1 est bloquée à froid et dans la position centrale par la précontrainte des ressorts de réglage 12, 12* P„, P. O 9 force avec laquelle l'armature 1 est bloquée à chaud et dans la position centrale par la précontrainte des ressorts de réglage 12, 12' p1g> p,9 force finale avec laquelle les ressorts de réglage 12, 12' agissent dans la direction opposée au sens d'attraction de l'armature 1 P7» P10 demi-course d'armature S 10 direction longitudinale de déplacement des plots 15, 15' V axes X, Z flux permanents et partiels 1, $'1, ((,2, '2 L'armature 1 est montée à l'intérieur de la bobine 1 dans les tôles-supports diamagnétiques 3,3' et elle peut tourner autour du support 2 entre les pièces polaires ferro-magnétiques H, k'. Cette structure permet d'augmenter le rendement car il n'existe au milieu de la bobine aucun flux parasite et le flux électromagnétique produit agit à 100$. Les tôles-supports 3, 3' sont positionnées contre les épaulements 13, 13' et sont soudées par points sur les pièces polaires 1+, V. Sur les extrémités de 20 l'armature 1 sont fixés par rivetage ou soudage par points les éléments d'actionnement 1H, 1V et les ressorts de réglage 11, 11' qui s'appliquent sur les flancs de l'armature et qui servent simultanément de tôles magnétiques séparatrices. Entre les pièces polaires H, H', il est prévu des aimants permanents 5, 5', présentant de préférence des coefficients de tèm-25 pérat tire différents, de façon à assurer une compensation dans une plage de températures aussi large que possible, cette compensation correspondant de la manière la plus exacte possible au coefficient de température de la bobine. Dans ce but, l'aimant permanent 5 ou 5' peut être formé de plusieurs 2o aimants élémentaires présentant des coefficients thermiques différents et disposés en parallèle ou en série. Des plots 15, 15' sont formés sur les éléments d'actionnement 1U, 14' à l'aide d'un tuyau souple isolant. Les collerettes du corps de bobine portent des connexions 18 qui entrent en contact avec les fiches 25, 25' aussitôt que le système magnétique est relié 25 à la plaque de base 19 d'une manière connue. La plaque de base 19 est munie des connexions de contacts 20, 20', 20" et des fiches de connexion de bobine 25, 25'. Les contacts 21, 21', 21" sont soudés par brasage dur ou par points sur les connexions de contact 20, 20', 20". Les ressorts de contact 22, 22' 70 01725 5 2030169 sont plies et également fixes sur une fiche de contact par brasâge dur ou par soudage par points. Les contacts centraux 2k, 2k' sont reliés par brasage dur ou par soudage par points, dans la zone de jonction 26, au ressort de contact 22, ils ont une forme fourchue et ils sont disposés le 5 long des languettes élastiques de contact 23, 23', également de forme fourchue, de façon que, lors de l'actionnement du relais, la course des contacts 2a (figure 6) soit supérieure, à peu près dans le rapport lj/^, à la course du point de jonction 26. Entre les languettes élastiques de contact 23, 23', il est prévu m plot 15 ou 15' qui, lors d'un déplacement 10 de l'armature, actionne le ressort de contact dans la direction H. La courbe Mj (figure 6) représente la relation force-course pour 1' armature 1 des figures 1 et 2 avec des aimants permanents 5, 5' froids tandis que la courbe M'^ représente la même relation mais avec des aimants permanents 5, 5' chauds et des coefficients thermiques correspondants. En 15 conséquence, la force d'actionnement P' j est inférieure à Pj. Le point 0 de la figure 6 correspond à la position centrale de l'armature des figures 1, 3 et 5 et par conséquent"s" est égal à la demi-course d'armature. Pendant le mouvement de l'armature 1 depuis sa position centrale 0 et dans la direction H, le plot 15 entraîne les languettes élastiques de contact 23 ou 20 23' pratiquement sans résistance jusqu'à ce que le contact central 2k ou 2k' touche le contact 21 ou 21'. Le diagramme de la figure 6 donne l'écartement entre contacts 2a et il montre en outre que l'annulation de cet écartement entre contacts est obtenue avec une force insignifiante. Au cours de la poursuite du mouvement de l'armature, les courbes force-course Mj, M'i croissent 25 progressivement jusqu'à une valeur correspondant à la force d'actionnement Pj P'j et suivant la formule s , liFd dans laquelle =flux d'aimant permanent agissant dans l'entrefer, s=course d'armature mesurée à partir de la position centrale, 20 y= perméabilité, P=surface polaire, d=épaisseur de tôle séparatrice ou entrefer subsistant. Pour amener l'armature 1 dans la position opposée avec la force d'action nement Pj, le flux d'excitation 4»E doit être supérieur à sa • d Cependant, si la force d'établissement de contact P2 est emmagasinée à partir de la force P^ avec la caractéristique d'élasticité f19 le flux d'exci tation est réduit du pourcentage utilisé pour la génération de la force d' établissement de cçntact sans affaiblissement du flux magnétique. 35 70 01725 6 2030169 10 30 35 Lorsque P^ est inférieure à , on a la relation suivante : plus la force d'établissement de contact ou le nombre des contacts à actionner sont élevés, plus la puissance d'excitation est faible. Cette relation correspond aux moyens précités pour augmenter le rendement magnétique permanent et électromagnétique parce que, dans la condition d'excitation, les deux facteurs sont liés entre eux sous forme d'un produit et parce que la force d'attraction, déterminée par la formule : Pg = a ( 2 + peut être évidemment d'autant mieux emmagasinée qu'elle est plus élevée. Lorsque la température ambiante augmente et lorsque la tension d'excitation est constante, le flux d'excitation E s'affaiblit en fonction de la variation de résistance de la bobine, à savoir d'environ 0,39% par degré C. En correspondance, le flux magnétique permanent devrait s'affaiblir du facteur 0,39? ^ par degré d'augmentation de température lorsque la tension d'excitation doit rester à peu près constante. Ceci n'est cependant pas souhaitable parce que des aimants permaments présentant un coefficient de température de plus de 0,25% par degré C, ne sont utilisables que dans une plage réduite de températures et parce qu'une perte trop élevée en flux magnétique permanent a une 2q influence perturbatrice sur le fonctionnement du système magnétique. Cependant si, suivant l'invention, une fraction importante de la force d'actionnement Px, produite de préférence par les languettes élastiques 23, 23' de caractéristique d'élasticité f pour la force de contact P2, est emmagasinée, la force d'action nement est réduite en correspondance à la courbe de la figure T jusqu'à la 25 valeur P3 = P1~P2 ou bien, dans le cas d'une augmentation de température, jusqu'à une valeur P'3 correspondant à la courbe M'2 et égale à P'j-F 2, de sorte que le pourcentage de réduction de la force d'actionnement est bien supérieur au pourcentage de réduction du flux magnétique permanent provoqué par une augmentation de la température. En outre, on peut faire varier, dans le domaine où P'j est inférieure à et en déplaçant le plot 15 dans la direction V, la force de contact P2 et par conséquent la force d'actionnement P3 ou P'3 dans de larges limites de sorte qu'on peut utiliser un aimant présentant un coefficient de température relativement petit ou bien on peut obtenir à des températures plus élevées une tension d'excitation plus faible qu'aux basses températures. Une flexion de la languette de réglage 8 ou 8' en direction des ressorts de réglage 11, 11' produit une force P^ correspondant à la caractéristique d' élasticité f^. En conséquence, la courbe force-course diminue à la valeur M3=M^-f2 pour la moitié de dépècement correspondante de l'armature 1. En 70 01725 7 2030169 correspondance, on obtient pour une température supérieure M,3=M,2-^. Dans cette moitié de déplacement, la courbe force-course M3 ou M'3 revient dans la zone des orientations négatives de forces de sorte que l'armature s'écarte de la pièce polaire associée après une excitation avec la force P5=P3-Pit ou 5 P'g^P'g-P^. Les rapports des forces sont maintenus invariants dans la position de repos de l'armature, en correspondance à la position de repos bilatérale de l'armature de la figure 7« Ceci est d'une importance particulière car on sait que des relais polarisés présentant une position de repos unilatérale de l'armature peuvent remplacer dans presque toutes les applications des relais 10 non polarisés et que par conséquent les avantages de l'invention sont également utilisables dans des applications qui étaient réservées jusqu'à maintenant aux relais non polarisés. Dans 1'exemple de la figure 11, des ressorts de réglage 12, 12' sont fixés par rivetage ou soudage par points sur les languettes de réglage 9, 9' de la 15 barrette 10 et sont soumis à une précontrainte Pg par application contre le bloc de réglage 16. La grandeur de la précontrainte est réglable par flexion des languettes 9, 9'• On obtient ainsi une position centrale stable de l'armature. L'écartement b de la figure 9 correspond au jeu nécessaire entre un ressort 12, 12' et la butée 17 qui est reliée rigidement à l'armature ou qui fait 20 partie de celle-ci. Suivant un autre aspect de l'invention, il est possible de décaler dans une direction ou dans l'autre la position centrale stable de l'armature par réglage du bloc 16. La figure 9 montre le diagramme des forces pour une position centrale de repos. On a M1+=M2-f3 ou MÎt=M'2-f3. 25 Du fait qu'aucune force d'aimant permanent n'agit dans la zone de la po sition centrale de l'armature, celle-ci est maintenue en position par la force Pg ou P'g. La force bilatérale de rappel est égale à P8=P3~P7 à froid et à P'8=P'3-P7 à chaud. La figure 10 représente le diagramme des forces dans trois positions sta-30 bles de repos de l'armature, auquel cas les ressorts de réglage 12, 12' présentent une caractéristique d'élasticité f 4 plus aplatie que f3 pour la position centrale de repos et l'armature 1 est maintenue en position centrale par la force P agissant par l'intermédiaire de la butée 17» La courbe force-course g M5=M2~f^ ou M' ^=M'2~f^ modifie au cours du mouvement de l'armature la direction 35 des forces de manière que l'armature soit appliquée contre les pièces polaires 1+ ou 4' par la force d'actionnement P11~P3 PI0 à froid et par la force P'jj=P'3~Pj0 à chaud. Dans ce cas également, la puissance d'excitation doit vaincre à chaud une force d'actionnement P1^ plus faible que la force P;q à froid. Toutes ces fonctions ne pourraient pas être remplies de façon satisfai- 70 01725 8 2030169 santé sans emmagasinage d'un pourcentage important de la force d'attraction pour produire la force d'actionnement P2. En particulier, la position centrale stable de l'armature, en correspondance au diagramme de la figure 9» et les trois positions stables de l'armature, en correspondance au diagramme de 5 la figure 10, ne pourraient pas être atteintes sans emmagasinage d'une fraction importante de la force d'attraction des aimants permanents pour produire la force d'actionnement P2 car, en n'utilisant classiquement qu'un ressort de condensation, on ne peut emmagasiner qu'une force déterminée sur une course déterminée et on ne peut par conséquent pas éliminer les influences complexes 10 et perturbatrices précitées qui se manifestent dans un relais électromagnétique. L'invention élimine non seulement ces inconvénients mais elle permet d' obtenir un relais présentant soit une position centrale stable, soit trois positions de repos stable pour l'armature, avec ou sans compensation de l'influence de la température. 15 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variations accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. 70 01725 9 2030169 REVENDICATIONS 1) Relais électromagnétique caractérisé en ce que l'armature produit une force d'attraction engendrée par aimant permanent et dont un pourcentage important est emmagasiné par un ou plusieurs ressorts de contact, en 5 ce qu'il est prévu au moins un aimant permanent dont le flux magnétique diminue lorsque la température croît et en ce que ladite force d'attraction emmagasinée par le ou les ressorts de contact détermine la force d'établissement de contact. 2) Relais électromagnétique suivant la revendication 1, caractérisé en 10 ce qu'il est prévu au moins deux aimants permanents dont l'un a un coefficient de température inférieur à 0,05 et l'autre un coefficient de température supérieur à 0,2. 3) Relais électromagnétique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 1'armature comporte seulement'une position de repos 15 réglable à l'aide d'un ressort. k) Relais électromagnétique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un plot prévu pour l'actionnement des contacts est placé entre deux languettes élastiques d'un ressort de contact de profil fourchu et est déplaçable dans le sens longitudinal ou dans le sens transversal. 20 5) Relais électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à U, caractérisé en ce que les contacts centraux de forme fourchue et reliés aux ressorts de contact sont disposés le long des languettes élastiques de contact et en ce que leur course d'établissement de contact est supérieure à la course de la zone de jonction. 25 6) Relais électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, U ou 5» caractérisé en ce qu'il est prévu des languettes de réglage sur lesquelles sont fixés des ressorts de réglage qui dépassent d'une butée de manière à s'appliquer avec précontrainte contre une cale de réglage et à maintenir par conséquent l'armature dans une position centrale stable. 30 7) Relais électromagnétique suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la cale de réglage est réglable par flexion. 8) Relais électromagnétique suivant l'une des revendications 6 ou 7» carac térisé en ce qu'il se produit toujours un contact seulement entre un ressort de réglage et la butée. 35 9) Relais électromagnétique suivant 1'une quelconque des revendications 1, 2 ou 1+ à 8, caractérisé en ce que l'armature comporte une position centrale et deux positions de repos unilatérales. 70 01725 10 2030169 10) Relais électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9j caractérisé en ce que l'ensemble d'aimants est relié rigidement aux tôles-supports. 11) Relais électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 5 1 à 10, caractérisé en ce que l'armature est montée au centre et à l'intérieur de la bobine et est située par ses deux extrémités entre deux surfaces polaires d'aimant permanent.