Brevet FR2076014A1 — publié le 19711015

Comme il est connu, les interrupteurs "reed" sont essentiellement constitués par deux lamelles ("reed") de matière ferromagnétique, hermétiquement enfermées dans un petit tube de verre. Ces lamelles sont généralement (mais pas néces-5 sairement) d'égale longueur et sont encastrées aux extrémités du tube, au niveau des soudures verre-métal ; elles se superposent au centre de 1*interrupteur et déterminent la formation d'un petit entrefer» En présence de champs magnétiques convenablement 10 disposés (champs qui peuvent être engendrés soit par des aimants permanents, soit par des enroulements parcourus par des courants électriques), les lignes de flux s'orientent suivant les deux lamelles à travers lesquelles elles trouvent un tra- 4 3et de réluctance peu élevée et provoquent, sur l'entrefer, la 15 présence de pôles magnétiques de nom opposé. Les deux lamelles sont ainsi attirées l'une vers l'autre et, si cette force d'attraction est suffisante pour vaincre la résistance élastique des lamelles, elles se ferment d'un coup et établissent le contact électrique au niveau de la zone de superposition. 20 Les caractéristiques de fonctionnement de l'interrupteur Mreed* sont sensiblement accentuées par la présence à l'intérieur du tube de verre sâ'un mélange de gaz inertes, rigoureusement exempts d'humidité, ce qui permet d'éliminer complètement la possibilité de contaminations sur les contacts par la présence 25 de pèussière, d'atmosphères corrosives, oxydantes, etc.. Par l'expression "interrupteur reed", il faut entendre toute structure de ce type, capable d'ouvrir ou de fermer ou commuter deux contacts ou davantage. L'invention est, de façon générale, relative à un 30 interrupteur du type de ceux définis ci-dessus, interrupteur perfectionné pour offrir, en substance, les possibilités et avantages suivants : - la nécessité d'un moins grand nombre d'ampères-tours (AT) pour la fermeture j 35 - un encombrement amoindri ; - des performances plus élevées en ce qui concerne le pouvoir de coupure ; 71 00476 2 2076014 — de meilleures performances en ce qui concerne la durée de vie de 1'interrupteur ; - des coûts de production moins importants, du fait qu'il est possible d'utiliser des composants moins critiques, et des 5 outils de fabrication moins compliqués et beaucoup moins coûteux que ceux qui sont actuellement nécessaires pour les interrupteurs "reed" classiques. Comme il a été dit plus haut, l'un des objets de l'invention est de réduire le nombre d'ampères-tours de ferme-10 ture et 1*encombrement de 1*interrupteur "reed", Selon une solution classique de réalisation dudit interrupteur, pour réduire le nombre des ampères-tours nécessaires pour obtenir la fermeture entre les deux contacts, il faut effectuer l'une des réalisations possibles qui suivent s 15 a) Eéduire la distance d au repos entre les deux la mes, avec des effets fâcheux évidents sur la valeur de la tension que peut supporter 1' interrupteur, sur la capacité existant entre les deux éléments de l'interrupteur ouvert et, surtout, sur la possibilité de maintenir dans des limites de pour-20 centage acceptables les variations de cette distance pendant la fabrication j b) Réduire la force due à la déformation que l'on doit obtenir sur les deux lames pour réaliser la fermeture de l'interrupteur j une modification dans ce sens des dimensions 25 des laaes implique une réduction correspondante de la force avec laquelle les contacts se détachent au moment de l'ouverture de l'interrupteur ; c) Augmenter la section S avec laquelle s'attirent les deux lames sous l'effet du champ magnétique ; cette solution 30 aussi a des effets fâcheux sur la capacité présentée par l'interrupteur ouvert» Pour augmenter ladite section S comme il est indiqué en c), on peut : augmenter la largeur des lames (au moins dans la zone participant au contact) dans les limites permises par 35 le diamètre interne du tube de verre dans lequel sont enfermés les contacts ; et augmenter la valeur des parties superposées A des lames, au moins dans les limites permises par la nécessité 71 00476 3 2076014 d'obtenir un contact électrique suffisamment étendu. De cette façon cependant, on augmente le nombre d*ampères-tours perdus dans la matière magnétique, du fait que, à travers cette matière aussi, il doit passer un flux de forte intensité. 5 En appliquant la solution c), avec augmentation de la largeur constante suivant toute la lame, on parvient à augmenter la section transversale de la lame dans le même rapport que celui suivant lequel augmentent la section S et le flux à l'entrefer (en évitant ainsi l'augmentation du nombre d'ampères-10 tours dans le fer que l'on a observée plus haut), mais en même temps, la force F qui doit s'exercer sur les deux lames pour obtenir la déformation voulue augmente en même temps, et dans le même rapport. Par conséquent : le nombre d*ampères-tours requis pour la fermeture de l'interrupteur n'augmente pas ; la 15 force avec laquelle se détachent les contacts au moment de l'ouverture de l'interrupteur augmente ; le nombre d'ampères-tours permettant l'ouverture des contacts augmente. En pratique, pour réduire le nombre d'ampères-tours de fermeture d'un interrupteur "reed" classique de m volts, 20 sans modifier les forces de détachement des deux contacts, il faut, avec un critère d'approximation très large : multiplier O par m la section S suivant laquelle les lames s'attirent j 2 multiplier par m la largeur des lames | fultiplxer par xa 2 racine cubique de m la longueur L de chacune des deux lames,» 25 On obtient une solution efficace à ces problèmes, selon l'invention, en prévoyant un interrupteur ou relais magnétique analogue à l'interrupteur dit "reed" -et donc constitué par une paire de lames ferromagnétiques partiel?: eue a t superposées, et séparées par une distance limitée au repos dans 30 la zone de superposition, et susceptibles de s'attirer mutuellement et donc de prendre un contact métallique dans la zone de superposition lorsqu'elles sont attirées sous l'effet d'un flux magnétique qui les parcourt en série et pax fléchissement élastique, lesdites lames étant le plus souvent hermotiauerer 35 enfermées dans un tube, dans lequel l'une au moins des lames ferromagnétiques est soutenue par l'extrémité libre d'un organe élastique encastré propre à prendre les caractéristiques 71 00476 4 2076014 de déplacement élastique de la lame qu'il soutiento On peut donc confier à des éléments séparés les fonctions magnétiques et les fonctions élastiques, de façon à ch.erch.er à optimiser les solutions des deux problèmes* la réalisation de la partie 5 élastique en une matière présentant un module d'élasticité E inférieur à celui des matières ferromagnétiques, tels que les alliages Fe-Ni, et sans devoir résoudre en même temps des problèmes de réluctance du circuit magnétique, permet d'obtenir une force F et une fléchie d/2, inchangées par rapport à l'in-10 terrupteur "reed" classique, mais en réduisant la longueur des lames et, ©n même temps, l'encombrement total de l'interrupteur. En outre, la réduction de la longueur des lignes de flux dans le fer implique une réduction correspondante du nombre d8ampères-cours perdus dans cette partie du circuit magnétique ; 15 cet aspect est particulièrement important lorsqu'on veut augmenter S pour réduire le nombre d'ampères-tours de fermeture, sans vouloir augmenter excessivement la section et le poids des éléments en matière ferromagnétique » Du fait qu'on peut aussi réduire la longueur des éléments en Fe-Ni (et en même 20 temps rendre moins sensible l'influence des ampères-tours requis dans le fer et de leurs variations), on peut dire que, selon l'invention, tout en ne modifiant pas la situation du contact, on obtient une réduction du nombre d'ampères-tours de fermeture et une réduction de la longueur de 11 interrupteur. 25 Selon un aspect de 1'invention, on peut prévoir qu'une seule des lames soit soutenue par un organe de caractéristiques élastiques particulières appropriées* D'autre part, selon un autre aspect de 1° invention, les deux lames ferromagnétiques sont portées par leur propre organe élastique, du-30 quel on e3exige pas de caractéristique s ferromagnétiques» On peut actionner un interrupteur magnétique présentant les caractéristiques ci-dessus selon le schéma classique, dans lequel les deux lames x'ei\rcm&gn étique s sont supportées par les extrémités opposées du tube, l'une au moins desdites "5 lames étant portée par l'extrémité libre d'un organe élastique s- étendant comme la lame» LJiavention se prête également à une structuration 71 00476 5 2076014 différente d'un interrupteur magnétique, pour obtenir des avantages particuliers. L'organe élastique qui supporte une lame ferromagnétique peut être encastré dans la même partie du tube que celle eu? laquelle est supportée -directement ou par 5 1*intermédiaire de son propre organe élastique- l'autre lame ferromagnétique# Pour évaluer les avantages d'une solution de ce type, il faut garder présent à l'esprit le fait que, lors de la fabrication des interrupteurs "reed" il est extrêmement important de maintenir dans des limites particulièrement étroites 10 les variations qui peuvent apparaître dans la distance d séparant les deux lames et dans leur superposition A • On doit conserver ce résultant : malgré le chauffage important et direct que les lames et l'appareillage subissent pendant la soudure verre-métal j malgré le système de blocage des deux 15 lames sur l'appareillage qui, inévitablement, ramène la position relative des deux lames (et donc les valeurs de ^ et d) à la position relative parfaite de l'appareillage de support et à la construction parfaite des lames, en jouant principalement, sur la distance d et en amplifiant considérablement les 20 jeux et tolérances qui existent dans l'appareillage et dans les lames elles-mêmes. Cette exigence de précision, et ces difficultés de fabrication impliquent, d'une part, un coût de fabrication des lames et de l'appareillage d'assemblage des lames très élevés, et de l'autre, une procédure coûteuse de 25 sélection du produit fini et un pourcentage de déchets élevé. On peut simplifier notablement les outils d'assemblage en réalisant l'interrupteur avec les deux sorties provenant de la même partie, au lieu de provenir de parties opposées, c'est-à-dire les deux lames étant, en définitive, supportées par la 30 même partie. Bien que l'on puisse prévoir d'assurer le support de l'une des lames ferromagnétiques au moyen d'un organe élastique qui la soutienne par l'extrémité la plus éloignée des points d'insertion, selon un mode d'exécution avantageux, on 35 peut relier une lame ferromagnétique supportée par son propre organe élastique encastré à l'extrémité dudit organe, avec sa propre extrémité opposée à l'extrémité qui coopère de l'autre 71 00476 6 2076014 lame., et elle se présente donc comme un prolongement de l'organe élastique» Avec les solutions citées à présent, il est avantageux de réaliser les deux surfaces opposées et qui coopèrent 5 des deux lames -qui définissent l'entrefer et assurent le e,os-tact métallique» sous forme de surfaces gauckes, -l'une concave et l'autre convexe, et en particulier réglées, notamment cylindriques à allure transversale par rapport au développement dasdites lames* 10 Les conditions géométriques idéales des cylindres de contact réglés pour avoir toujours v,n ©strafer d'épaisseur constante et un contact sûr sur tout® la surface, sont s un rayon de courbure égal et constant ; les aires toujours parallèles, et coïncidant lorsque le contact est fermé ; les cen-15 très de courbure se trouvant au repos sur la tangente dans la zone d'encastrement d'un® lame simple équivalentee Les sdations citées précédemment se prêtent à un procédé de fabrication qui comporte , dans l'ordre : la construction des lames individuelles9 avec l'assemblage de la par-20 tie élastique avec la partie magnétique % l'assemblage des deux lames complètes <> par soudage ssr xm support,- en général en verre § et donc le soudage de l'enveloppe extérieure (en verre ou en métal non magnétique) à l'ensemble des lames et du support g par exemple en ayant recours à un procédé de soudage au 23 moyen de vernis® la mise en place exacte des deux lames peut avoir lieu au moyen de simples cales disposées transversalement dans la zone de contact 5 des modifications éventuelles de la configuration des lames comportent des variations de la position relative des sorties», où cependant les tolérances admis-30 sibles'sont fortement accrues« Dans les solutions pour lesquelles on prévoit en définitive un support unique pour les deux lames, on obtient entre autres, les avantages suivants % réduction de l'encombrement total de 11 interrupteur, dans le sens longitudinal ; sim-35 plification notable de l'appareillage d'assemblage et absence d'outillage coûteux pour choisir le produit fini ; diminution notable du caractère' critique des composants et augmentation 7T 00476 7 2076014 sensible de leurs tolérances dimensionnelleso On peut compenser une augmentation de la capacité qui existe entre les deux contacts, l'interrupteur étant ouvert, en ayant recours à des solutions de construction particulières (décalage des lames, 5 et autres)o La solution comportant une lame ferromagnétique unique supportée par un organe élastique relié à son extrémité la plus proche de l'encastrement permet, en particulier, de maintenir le diamètre de l'interrupteur à des valeurs très 10 réduites, en réduisant en mime temps la résistance ohmique de l'enroulement d'excitation, la puissance dépensée pour l'excitation, et l'effet des extrémités de la bobine sur le champ qui existe dans l'entrefer. La description détaillée qui va suivre, et les des-15 sins annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement la réalisation d'un interrupteur "reed" de type classique, en coupe sui- 20 vant le plan de déplacement des lames ferromagnétiques ; - les lames 2, 3 et 4 représentent schématiquement des formes d'application possibles des idées de l'invention, pour un interrupteur "reed" de type classique ; - les figures 5 et 6 représentent scïtématiquement, 25 en coupe, des structures d'interrupteurs "reed" modifiées et mettant en oeuvre l'invention j et - les figures 7» 8 et 9 représentent trois possibilités de réalisation des extrémités en regard -et qui ccopèrent-de lames ferromagnétiques comportant des contacts électriques 30 classiques. Comme il ressort de la figure 1, dans une ampoule de verre 1 se trouvent deux lames ferromagnétiques 3 et 5 qui sont encastrées aux extrémités 1A. de l'ampoule et émergent à l'extérieur de cette extrémité 1iL pour constituer les bornes 35 de connexion électrique 3&. et 5A>* Un ensemble tel que celui décrit peut coopérer avec un aimant permanent " ou bien avec un électro-aimant 9 (représenté de façon indicative), dont les 71 00476 8 2076014 lignes de flux sont concentriques suivant les lames 3 et 5 qui constituent, en série entre elles, une "branche de circuit magnétique de perméabilité élevée j les deux lames 3 et 5 sont partiellement superposées par leurs extrémités internes, 5 et forment entre elles un entrefer 10 5 elles ont des polarités •pposées. Il en résulte qu'en présence du flux magnétique les lames 3 et 5 s'attirent et, par flexion d'au moins l'une d®entre elles, entrent en contact métallique, établissant le circuit électrique» 10 Dans la réalisation de la figure_2, la référence 11 désigne une aoqaoule, les références 13 et 15 indiquent les lames ferromagnétiques partiellement superposées pour former l'entrefer I ; elles sont soutenues par des organes élastiques respectifs 13S et 152 qui sont encastrés aux extrémités de 15 laampoule 1 et soutiennent respectivement les lames 13 et 15 par leur extrémité libre et au voisinage de l'entrefer 1» les extrémités extérieures des organes élastiques 13E et 15E forment les bornes de branchement électrique. Sur la figure 3» les organes correspondants sont 20 désignés par les mimes références numériques que celles utilisées sur la figure 2, et la disposition est parfaitement équivalente s à part l'inversion de la position des organes de soutien élastiques des lames, par rapport à l'exemple de la figure 2e 25 Selon la réalisation de la figure 4-, on prévoit dans 13ampoule il une lame ferromagnétique 113 directement encastré© à une extrémité de 15ampoule et une lame 15 portée par un argase élastique de façon analogue aux exemples des figuras 2 et 3« 30 • ' Les figures 2 et 4 montrent comment l3on peut confier à dea élê^sata séparés les fonctions magnétiques et les fonctions élas'ciques s dans - *oa schéma â-'un interrupteur "reed" classiques Les figures 5 efc 6 présentent une réalisation selon 55 un schéma modifié dans lequel il est possible d'obtenir certains avantages -tels que ceux mentionnés plus haut- dans la structure 5 dajas la précision et dans les outils de fabrication. 71 00476 9 2076014 Sur ces figures, la référence 21 désigne un organe de support (qui peut être en verre ou en une autre matière isolante équivalente), qui porte les deux "bornes extérieures et constitue l'organe d'encastrement pour les deux lames» Les lames sont 5 désignées par les références 23 et 25 et elles sont portées, selon le schéma de la figure 5» par deux organes élastiques 23E et 25E encastrés dans le culot 21 et soutenant par leurs extrémités libres les lames 23 et 25 au niveau des extrémités opposées de celle-ci, c'est-à-dire au niveau de l'entrefer 1« 10 En particulier, la lame 25 représente sensiblement un prolongement de l'organe élastique 25E. La référence 27 désigne un capuchon ou gobelet (en verre, matière métallique non magnétique ou autre) qui peut être soudé sur le culot 21 après le montage métallique des organes électriques, élastiques et ma-15 gnétiques» Selon la variante de la figure 6, sur laquelle les organes correspondants sont désignés par les mêmes références numériques que celles utilisées sur la figure 5» la lame ferromagnétique 123 correspondant à la lame 23 est directement 20 encastrée dans le culot de support 21. Dans les deux exemples des figures 5 et 6, on prévoit que les surfaces des lames 23, 25, repsectivement 123, 25, qui délimitent l'entrefer I, soient des surfaces gauches et notamment des surfaces cylindriques en correspondance, l'une 25 concave et l'autre convexe, pour mieux assurer la formation d'un entrefer uniforme et le contact électrique. Pour assurer le contact électrique, on prévoit, selon les figures 7» 8 et 9, d'utiliser des contacts classiques à pastille qui sont combinés par leurs extrémités en opposition 30 et forment l'entrefer des lames d'un interrupteur "reed*. Selon la figure 7» une lame ferromagnétique 33 est plane à ses extrémités, tandis que l'autre 35 présente une cavité 35&. propre à recevoir complètement une pastille de contact 37» Une pastille de contact 39 est montée sur la lame 33 35 au niveau de la cavité 35&« I»a disposition est telle que deux portions d'entrefer 11 et 12 sont formées des deux côtés de la cavité 3S&» c'est-à-dire des deux côtés des pastilles 37t 39» 1 00476 10 2076014 ces portions d'entrefer étant sensiblement séparées de 1'encastrement comme les zones actives des contacts â pastille 37 et 39. Selon la variante de la figure 8, les deux eartrésd-tés superposées des lames ferromagnétiques 43 9 4-5 (représentées ©n coupe transversale) sont profilées symétriquement, avec des cavités 43Â et 45& devant recevoir des contacts à pastille respectifs 47 et 49 ; les cavités 4-3JL et 45-à sont suffisamment profondes pour laisser juste émerger les extrémités actives des contacts à pastilla 47 et 49 des surfaces en regard des lames des deux côtés des contacts à pastille. Les cavités 43& et 45A sont effilées vers leur ouverture au niveau de l'entrefer, de façon à augmenter l'aire des surfaces qui donnent lieu à la formation des zones d'entrefer 13 et 14®, Dans la réalisation de la figure 9, la lame 3^ qui porte le contact à pastille 53 est profilée dans la zone opposée à l'autre lame, avec deux ailes latérales ^'Vk inclinées vers l'extérieur et vers l'autre lame ; auxdites ailes 5H soat apposées des ailes latérales 55& inclinées de façon analogue à 1 * autre lame 55* Cette dernière présente une cavité 55B propre à recevoir complètement le contact à pastille 57 et partiellement --dans l'aménagement du contact— également la pastille de contact 53» Cette réalisation convient particulièrement pour maintenir plus longtemps 1'entrefer 1 dans des limites désirées 8 à égalité d'usure des contacts à pastille, par rapport aux autres solutions. En tout cas, les réalisations des figures 7 à 9 permettent d'utiliser des contacts électriques classiques, tout en conservant les conditions requises pour le fonctionnement magnétique de l'interrupteuro Il va de soi que l'on peut apporter, à la description précédente et aux dessins annexés, de nombreuses modifications de détail sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention» 71 00476 n 2076014 REVENDICATIONS 1) Interrupteur magnétique dit "reed" constitué par deux lames ferromagnétiques partiellement superposées et séparées par une distance limitée au repos dans la zone de super- 5 position et susceptibles de s'attirer mutuellement et donc d'entrer en contact métallique dans la zone de superposition lorsqu'elles s'attirent sous l'effet d'un flux magnétique qui les parcourt en série et par fléchissement élastique, lesdites lames étant en général hermétiquement enfermées dans un petit 10 tube, ledit interrupteur étant caractérisé en ce qu'au moins l'une des lames ferromagnétiques est soutenue par l'extrémité libre d'un organe élastique encastré pouvant prendre les caractéristiques de déplacement élastique de la lame qu'il soutient» 2) Interrupteur magnétique selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que les deux lames ferromagnétiques sont portées par leur propre organe élastique, duquel on n'exige pas de caractéristiques ferromagnétiques. 3) Interrupteur magnétique selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans un cas les deux lames 20 ferromagnétiques sont supportées par les extrémités opposées du petit tube, l'une d'elles au moins étant portée par l'extrémité libre d'un organe élastique s'étendant avec la lame» 4) Interrupteur selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'organe élastique qui supporte une lame 25 ferromagnétique est encastré dans la même partie du tube que celle sur laquelle est supportée -directement ou par l'intermédiaire de son propre organe élastique- l'autre lame* 5) Interrupteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une lame ferromagnétique supportée par son propre 30 organe élastique est reliée à l'extrémité dudit organe par sa propre extrémité opposée à l'extrémité qui coopère de l'autre lame, et se développe comme prolongement de l'organe élastiquee 6) Interrupteur selon une des revendications 4 iv 5, caractérisé en ce que les deux surfaces opposées des deux 35 lames, qui délimitent l'entrefer et assurent le contact 1 00476 12 2076014 métallique, sont des surfaces gauch.es, l'une concave et l'autre convexe, et, en particulier, des surfaces.géométriques réglées, plus particulièrement cylindrique avec une allure transversale par rapport au développement desdites lames, notamment avec les conditions géométriques indiquées0