Brevet FR2067107A1 — publié le 19710820

Dispositif utilisant les propriétés magnétiQues.des aimants permanents pour obtiir le déclenchement brusque d'un mouvement rapide servant à ltouverture ouZet à la fermeture de contacts électriques. Suivant le nombre et la disposition des contacts, le dispositif constitue un interrupteur, contacteur, commutateur ou inverseur électrique à rupture brusque. La plupart ces appareils de commande de circuits électriques à rupture brusque comportent essentiellement un levier articulé qui, sous l'action d'un ressort fortenent comprimé ou bandé, ne peut occuper que deux positions stables. Le basculement rapide et brusque du levier de l'une à l'autre des positions stables est utilisé pour ouvrir ou fermer des contacts électriques. Dans de nombreux cas, et notamment dans des appareils de dimensions réduites, le levier basculant est constitué par le ressort même. la pression de contact obtenue dans ces dispositifs est souvent faible, notamment lorsque sous l'action d'un mouvement de commande l'organe basculant se trouve sur le point de quitter une des positions stables. Une augmentation de la pression de contact ne peut être obtenue que par une augmentation disproportionnée de la contrainte du ressort qui travaille alors dans des conditions si sévères que sa tenue n' est pas assurée d'une ma- nitre certaine. D'autres systemes qui utilisent en variantes plus-ou moins proches le principe précité, ou bien qui utilisent l'attraction des aimants pernanents, assurent souvent une pression de contact et une tenue mécanique satisfaisantes, mais exigent parfois une course de commande tro longue, et n'offrent pas la précision et la fidélité requises dans les applicaticns ou le fonctionnement doit intervenir à un point précis d'un mouvement de conlmande relativement lent. L'acpareil, objet de l'invention permet d'obtenir au moyen d'un mouvement de commande d'une vitesse quelconque - voire très lent - et relativement court, le déclenchement brusque d'un mou ventent d'asservissennent rapide, utilisé pour ouvrir ou fermer des contacts électriques. L' élément mobile entrainé par le mouvement d'asservissement, et qui assure la connexion ou la séparation électrique des contacts, est appliqué sur celles-ci avec une force qui augmente avec l'approche du point de déclenchement. La pression de contact atteint son maximum au moment du déclenchement du mouvement d'asserviFsement. Cette propriété assure une rupture brusque et sans rebondissements. Aucun des éléments constitutifs ou des ressorts employés n'est souris à des contraintes excessives. Le dispositif, objet de l'invention utilise essentiellement un aimant permanent 1 (fig. 1) de forme cylindrique, muni d'un trou central, aimanté dans le sens de son axe, et fixé dans une fourrure 2 qui lui conifère une portée cylindrique plus grande et lui permet ainsi de coulisser aisément dansun logement cylin dorique du boitier 3. Les épaulements C et D du- boltier limitent le mouvement possible de l'aimant à la course A. Un ressort 4 maintient normalement l'ensemble aimant-fourrure en appui sur l'épaulement C. Ie poussoir de commande 5 permet par l'intermédiaire du ressort 6 d'engendrer la course A. Le ressort 6 étant choisi nettement moins élastique que le ressort 4, une action sur le poussoir 5 comprime le ressort 4 davantage que le ressort 6, et l'ensemble aimant-fourrure se déplace vers l'épaulement D. Tout au long de la course A, l'aimant-reste par l'action conjugée des deux ressorts 4 et 6 dans un état de suspension élastique, ce qui est une condition essentielle de fonctionnement du dispositif. A l'intérieur de la fourrure 2 et devant les faces de 1' ai- niant 1 est disposé un équipage mobile constitué par deux armatures circulaires 8 et 9 en fer doux, fixées sur l'axe 7 qui traverse l'aimant. La distance invariable entre les deux armatures est choisie de sorte que si 1' une d'elle est attirée par l'aimant et plaquée sur une des faces de celui-ci, l'autre srmature reste écartée de l'autre face à la distance B qui constitue la course possible B de l'équipage mobile. Une autre condition essentielle de fonctionnement du dispositif exige que la course h soit inférieure à la course ( (A est environ la moitié à trois quarts de B). L'axe 7 se prolonge au delà de l'armature 8, et porte à son extrémité trois épaulements (., H et I qui emprisonnent deux rondelles shunt mobiles 12 et 13 en métal très conductif (argent ou autre). Deux ressorts 11 et 10 tendent à- pousser ces rondelles vers les épaulements extérieurs G et F. Le bottier 3 comporte a l'arrière un fond 16- en matière isolante, traversé i,ar deux paires de contacts 14 (contacts repos) et 15 (contacts travail) fixes. La distance entre les contacts 14 et 15 dans le séns longitudinal de l'appareil est choisie légèrement plus grande que la distance entre les faces des épaulements a et H servant d'appui aux rondelles 12 et 13. De cette sorte, les deux rondelles shunt 1-2 et 13 ne peuvent relier a la la fois les deux paires de contacts. la figure 1 montre le dispositif en état ae repos, c'est-àdire en l'absence- de toute action sur le- poussoir 5. ans cet état, l'ensemble aimant-fourrure, se trouve -en appui sur l' épaule- ment C, l'armature 9 est p-laquée sur la face E de l'aimant, et, par la compression du ressort 1G, la rondelle shunt 13 sé trouve en appui sur les contacts 14 qui sont reliés électriquement. La pression exercée par la rondelle 93- surales contacts 14 détermine la qualité du contact électrique obtenue, et est fonction du taux de compression du ressort 10, qui doit être choisi inféri- eur à la force au collage de de aimant pour éviter le décollage de l'armature 9. En exerçant une pression sur le poussoir 5, le ressort 6 tend à déplacer l'ensemble aimant-fourrure vers l'épaulement D en comprimant le ressort 4 et -en augmentant la compression du ressort 1C par l'ir:termédiaire de l'armature 9 qui reste collée sur la face B. Lorsqu' au cours du mouvement du poussoir 5 la somme des forces des ressorts 6 et 10 devient supérieure à la force au collage de l'aimant et à la résistance du ressort 4, l'armature 9 se décolle brusquement cie la face E en libérant l'ensemble aimant fourrure qui se déplace rapidement vers l'épaulement s. par suite de la diminution de la distance entre la face et-l'armature 8, la force attractive exercée par l'aimant sur cette armature devient préponderante, et cette dernière fil-il. par coller sur la face de de aimant. Au cours cie ce déplacement -rapide -de -l'équi- page mobile dans le sens inverse du mouvement de commande, l-a rondelle shunt 1 3 vient. en butée sur 1' épaulement H et finit par quitter les contacts 14 qui sont séparés électriquement. Après le déplacement de l'équipage mobile, l'ensemble aimantfourrure se trouve presque ou entièrement en butée sur l' épaule- ment D, et, par la compression du ressort 11, la rondelle shunt 12 se trouve en appui sur les contact? 15 qui sont reliés électriquement. Dans cet état qui est représenté par la figure 2, la pression exercée sur les contacts 15 est déterminée par la compress.ion du ressort il laquelle doit être inférieure à la force au collage de l'aimant. Cet état de travail du dispositif n'est évidemment possible que pendant le maintien de la pression sur le poussoir 5 lequel comprime le ressort 4, permettant ainsi à l'ensemble aimant-fourrure de resterwen butée sur D. Lorsque la pression sur le poussoir 5 diminue ou cesse entièrement, le ressort 4 commence à déplacer 1' ensemble aimant-fourrure vers l'épaulement C. Au début d.e ce mouvement, l'armature 8 reste toujours collée sur la face F, en provoquant une augmentation de la compression du ressort 11. La pression sur. les contacts 15 augmente. Dans une certaine position de recul de ltensemble aimant-fourrure, la somme des forces des ressorts 11 et 4 revient supérieure à la force au collage de l'aimant et à la force résiduelle du ressort 6, et l'armature 8 se décolle brusqueL.ent de la face F. Le dispositif revient à 1' état de repos représenté par la figure 1; les contacts 14 étant reliés, et les contact-s 15 sépa rés. Les figures 1 et 2 montrent le dispositif dans la fonction d' interrupteur-contacteur. Le principe reste entièrement valable pour la fonction en simple interrupteur représentée par les figures 3 et 4. Dans cette version, les organes de commande restent identiques à ceux des figures 1 et 2. L'-axe de l'équipage mobile ne comporte que deux épaulements H et I qui n'emprisonnent qu'une rondelle shunt 13 chargée par le ressort 10. la figure 3 montre l'inter- rupteur en état de repos: les contacts 14 étant reliés. la position de l'équipage mobile après l'opération d'interruption est représentée par la figure 4. Dans cette position de travail, 1' épaulement I se trouve en butée sur un épaulement du boîtier. La fonction en simple contacteur est représentée par le dispositif suivant figures 5 et 6. La figure 5 montre le contacteur en état de repos: les contacts 15 sont séparés, et l'épaulement H se trouve en butée sur le fond du boîtier. La position de travail du contacteur est représentéepar la figure 6 où les contacts 15 sont reliés. Les caractéristiques de l'invention trouvent ensuite une application dans une variante où l'équipage mobile supporte plus de deux rondelles shunt chargées chacune vagir sur une paire de contacts en fonction d'interrupteur ou de contacteur. La figure 7 montre une telle variante qui comporte quatre paires--de contacts et autant de rondelles shunt. Cet exemple n'est pas limitatif. Le principe de l'invention admet diverses dispositions et combinaisons des contacts et rondelles shunt. D'autres variantes sont réalisées par une disposition différente des contacts et rondelles shunt par rapport à l'aimant et aux armatures. La figure 8 montre une variante qui utilise deux-aimants permanents 17 et 18, aimantés axialement et montés dans une fourrure 19 susceptible d'assurer les mêmes fonctions de déplacement que l'ensemble aimant-fourrure représenté par la figure 1. Un axe 20 ne porte qu'une seule armature 21 qui se plaque soit sur l'un soit sur l'autre aimant suivant la position de travail. le fonctionnement de cette variante est identique à celui du dispositif suivant figures 1 et 2. Celle permet toutes les combinaisons avec les autres variantes. Une autre application du principe de l'invention est constitué par l'utilisation d'une seule rondelle shunt agissant alternative ment sur deux paires due contacts (contacts repos et contacts travail). Dans cette variante (non représentée par une figure), la rondelle shunt est disposée sur l'-axe de l'équipage mobile et maintenue en équilibre entre deux ressorts ou autres éléments élastiques placés de part et d'autre de la rondelle en s'appuyant sur deux butées solidaires de l'axe. Cette disposition permet à la rondelle de se déplacer élastiquement dans les deux directions contre les forces opposées des ressorts.Cette variante d'une réalisation plus délicate exige un certain guidage de la rondelle shunt sur l'axe pour obtenir un déplacement parallèle. le fonctionnement est identique a celui de la version utilisant deux rondelles shunt. Il est évident que la rondelle shunt ne constitue qu'un exemple d'un élément de contact mobile destiné à relier ou à séparer des contacts-fixes. le principe de l'invention est également valable avec un shunt d'une forme différente (barrette, plaque, ressort plat, etc.) porté par l'axe de l'équipage mobile et pouvant se déplacer ou céder élastiquement de la même manière que la rondelle shunt décrite. A ce meme titre, la forme des ressorts agissant sur l'aimant ou sur les rondelles shunt ne constitue qu'un détail de construction. A la place des ressorts hélicoidaux, il parait dans certains cas préférable d'employer d'autres éléments élastiques. Enfin, et toujours sans sortir du cadre de l'invention-, il est possible de supprimer le ressort 4 (fig! 1) qui assure le retour automatique de 1' ensemble aimant-fourrure dans sa position initiale lorsque la pression sur le poussoir 5 cesse d'agir. apyres un mouvement de commande, 1' ensemble aimant-fourrure reste en butée en D. L'adjonction d'un deuxième organe de commande (poussoir ou tirette, ressort) remplaçant le ressort 4 et disposé con- venablement après modification de certaines parties -du dispositif permet de ramener l'aimant dans sa position initiale. La variante obtenue possède deux positions stables. le disposition et ses variantes, objet de l'invention, trouvent une utilisation comme contacteur ou interrupteur de filf de course et dans tous les cas où il s'agit de fermer ou d' ouvrir es circuits électriques à l'aide de mouvements de commande lents et de faible amplitude tels qu'ils sont fournis, par exemple, par les organes en déplacement de machines-outils et de systèmes Xle régu- lation surveillant pressions ou températures. Ils peuvent également être utilisés comme interrupteurs ou commutateurs à commande manuelle pour tableaux et pupitres de commande où ils offrent l'avantage de leur pouvoir de coupure élevé. R t b" 4 P I C T I O N 8 1. dispositif permettant d'obtenir le déclenchement brusque d'un mouvement rapide servant à l'ouverture oui et à la fermeture de contacts électriques, caractérisé par l'emploi d'un aimant permanent de forme cylindrique, muni d'un trou central, aimanté axialement, pouvant exécuter un mouvement de translation dans le sens de son axe et entre deux butées, sollicité par deux ressorts appuyant directement ou- indirectement sur ses extrémités, dont un le tient-normalement en appui sur une des deux butées, appelée bute de repos, tandis que l'autre permet par l'intermédiaire d'un poussoir de lui imprimer un mouvement de translation, appelé mouvement de commande, au cours duquel l'aimant reste entre les deux ressorts dans un état de suspension élastique dans le sens de l'axe, et qui l'amène en fin de course vers l'autre butée, appelée butée de travail. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par l'aajonction d'un équipage mobile, disposé coaxialement à l'aimant et pouvant se déplacer dans le sens de l'axe de celui-ci, composé de deux armatures en forme de disque, réalisées en fer doux, qui sont placées de part et d'autre de l'aimant en regard des faces polaires de celui-ci, et montées sur un axe commun qui traverse l'aimant et qui maintient entre elles une distance fixe choisie: a) plus grande que la longueur de. 1' aimant, permettant ainsi ce dernier de n'attirer alternativement qu'une d'elles; --l'autre armature restant écartée ae la face polaire correspondante. b) suffisante pour conférer à l'équipage i.obile une course plus grande que celle de l'aimant. 3. dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'équipage mobile porte sur son axe deux éléments de connection électrique, appelés shunt, pouvant chacun se déplacer légèrement et élastiquement dans le sens de l'axe, mais uniquement dans une seule direction; les directions de déplacement élastique possibles étant opposées entre eux. 4. Dispositif selon la revendication ;, caractérisé par l'adjonction d'une paire de contacts électriques fixes, appelés contacts de repos, pouvant être insérés dans un circuit électrique extérieur, disposée en regard d'un des shunts de telle sorte qu'en état de repos du dispositif, c'est-à-dire lorsque l'aimant se trouve sur la butée de repos, et l'armature contigue à cette butée est plaquée sur la face polaire de l'aimant, le shunt se trouve en appui élastique sur cette paire de contacts lesquels sont reliés -é-lectriquement. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par i'adjonction dune deuxième paire de contacts électriques fixes, appelés contacts de travail, pouvant être insérés dans un circuit électrique extérieur, disposée en regard de l'autre shunt de telle sorte qu'en état de travail du dispositif, t'-est-à-dire lorsque l'aimant se trouve entièrement ou presque sur la butée de travail et armature contigue à cette butée est plaquée sur la face polaire de l'aimant, le shunt correspondant se -trouve en appui élastique sur cette paire de contacts lesquels sont reliés électriquement. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mouvement de 1' équipage mobile se produit dans la direction opposée à celle du mouvement de l'aimant, et que la différence absolue entre la distance des faces des deux paires de contacts et la distance des faces de contact des deux shunts dans le sens de l'axe du dispositif est choisie plus grande que la course absolue de ltéquipage mobile. 7. Variantes du dispositif selon la revendication 1, caractérisées: a) par la suppression de l'un ou de l'autre des shunts et de la paire de contacts correspondante; le shunt supprimé étant remplacé par une butée solidaire de l'axe de l'équipage mobile et la paire de contacts supprimée étant remplacée par une butée fixe b) par l'adjonction d'autres shunts et leurs contacts cours pondants, utilisés en contacts de repos ou en contacts de travail. 8. Variante du dispositif selon la revendication 1, caractérisée par l'utilisation~d'un équipage mobile ne comportant qutune seule armature en forme de disque, qui est disposée entre deux aimants cylindriques coaxiaux, munis d'un trou central, aimantés axialement, rendus solidaires entre eux. L'équipage mobile et les aimants ayant les mêmes caractéristiques de déplacement que les éléments correspondants de la version fondamentale. 9. Variante du dispositif selon la revendication 1, caractérisée par l'utilisation tu'un seul shunt à deux faces de contact, agissant sur deux paires de contacts, et pouvant se déplacer ou céder élastiquement dans le sens de l'axe et dans les deux directions possibles en s' appuyant sur deux ressorts qui tentent à le maintenir dans une position médiane. 10. Variante du dispositif selon la revendication li caractérisée par la suppression du ressort qui tient normalement l'aimant sur la butée de repos, et par le remplacement de ce ressort par un deuxième organe de commande qui agit soit en poussant soit en tirant sur l'aimant par l'intermédiaire d'un ressort.