Brevet FR2119030A1 — publié le 19720804

La présente invention concerne un relais de commutation à contact inverseur comportant un élément de contact mobile qui, dans deux positions extrêmes, interconnecte électriquement l'élément de contact central d'un groupe de trois éléments de contact fixes adjacents et l'un des deux éléments 5 de contact extérieurs dudit groupe, ledit élément de contact mobile étant élastiquement monté sur un élément de commutation non conducteur du courant, lui-même monté sur l'armature du relais et capable, avec cette dernière, d'être amené dans l'une ou l'autre des deux positions extrêmes. L'invention est d'un intérêt particulier dans le cas de relais à contact inverseur pour 10 courants d'intensité élevée. Dans un type classique de relais de commutation utilisant un élément de contact mobile du type précédent, ce dernier est constitué par une pièce élastique basculable ayant la forme d'une boule ou d'un rouleau et supporté par un élément de commutation non conducteur du courant qui, grâce 15 à un bras de levier monté sur l'armature, peut basculer dans deux positions extrêmes. Ce type connu de relais de commutation est, du fait de son mécanisme de basculement, de fabrication relativement coûteuse. Ceci est dû principalement à la nécessité de prévoir des pièces en forme de fourche et aux angles abattus, à l'utilisation d'un élément de commutation monté de façon à pouvoir basculer, 20 ainsi que de butées permettant de limiter la course de la pièce de contact mobile. En outre, un tel mécanisme nécessite souvent une excitation électrique très élevée pour la commande de l'armature. L'objet de la présente invention est de prévoir un relais de commutation qui évite les inconvénients qu'entraîne un mécanisme de basculement. 25 Dans un relais du type précité, ce problème est résolu selon la présente invention par le fait que l'élément de contact mobile comporte au moins deux surfaces de contact situées à l'opposé l'une de l'autre ainsi qu'une troisième surface de contact perpendiculaire aux deux autres et qui, dans toutes les positions de l'élément de commutation, est souplement appliquée contre l'élément 30 du milieu des trois éléments de contact fixes, tandis que dans les positions extrêmes de l'élément de commutation l'une des surfaces de contact en opposition vient contre la surface de contactde l'un des éléments de contact fixes extérieurs qui limitent simultanément la course de l'élément de commutation. 35 Le relais de commutation de l'invention offre plusieurs avantages. En ce qui concerne la fabrication, il offre toutes les conditions requises pour une production en série rapide et d'un faible coût car il ne comporte qu'un petit nombre de pièces non compliquées qui, de plus, peuvent être montées de la manière la plus simple sur le relais fini. Lors de la manoeuvre de 40 l'élément de commutation du relais de l'invention, contrairement à ce qui se 71 46279 2 2119030 passe dans les réalisations conventionnelles, l'élément de contact mobile est déplacé sur un plan presque parallèle à la surface de contact de l'élément de contact fixe central, ce qui n'exige pour l'entraînement de l'armature qu'une force particulièrement faible. 5 Le réglage le plus simple et la disparition des pièces conductrices du courant sur l'armature constituent d'autres avantages du relais de l'invention. Un autre avantage réside dans la suppression des butées qui étaient spécialement prévues pour limiter la course de l'élément de contact mobile, car cette limitation dans le relais de l'invention est simultanément 10 assurée par les deux éléments de contact fixes extérieurs. Du fait que l'élément de contact mobile glisse sur les éléments decontact fixes pendant la manoeuvre de l'élément de commutation, l'invention assure également le nettoyage automatique des surfaces de contact. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui 15 va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, une vue partiellement en coupe d'un relais de commutation conforme â l'invention ; - la figure 2, une vue de dessus de l'armature et du contact 20 inverseur d'une variante du relais de la figure 1 ; - la figure 3, une vue de détail en coupe du contact inverseur de la figure 2 ; - la figure 4, une vue de dessus du contact de la figure 3. Dans le relais de commutation de la figure 1, le système de 25 commande est constitué par la bobine d'excitation 10, la culasse 20 et l'armature 30 tandis que le système de contact se compose des éléments de contact fixes 40, 50, 60 et de la pièce de contact mobileX). Ces deux systèmes sont combinés tant du point de vue mécanique que fonctionnel. La connexion mécanique est assurée par une plaque-support 80 en matériau isolant tel que du papier 30 comprimé ou bien une matière plastique moulée par injection ou autrement, sur laquelle sont prévus lors de la fabrication une carcasse destinée à recevoir la bobine d'excitation ou l'enroulement de commande 10, ainsi que des ouvertures destinées à recevoir les éléments de contact fixes 40, 50, 60, et un moyen de fixation de ia culasse 20. Les éléments de contact fixes 40, 50, 35 60 forment avec l'élément de contact mobile 70 un contact inverseur ou de transfert. Ces éléments ainsi que les bornes de connexion de la bobine d'excitation 10 seront avantageusement introduits à force dans des trous de forme et de dimension appropriées prévus dans la plaque 80, ou bien solidement fixés à cette dernière par le moyen d'une déformation ultérieure. Les parties 40 des éléments de contact fixes 40, 50, 60 dépassant de la plaque 80 et les 71 46279 3 2119030 bornes de connexion (non représentées) de la bobine d'excitation 10 seront avantageusement conçues comme des éléments enfichables sur une carte de circuit imprimé. Pour établir la liaison de fonctionnement entre le système de 5 commande et le système de contact, on utilise un système intermédiaire de manoeuvre constitué par un élément de commutation non conducteur du courant 90 et par une lame flexible 100 montée sur 1'armature33. Pour cela, l'élément de commutation 90 est solidement fixé par l'une de ses extrémités à une lame plate, ou à un fil, 100 tandis que son extrémité libre est reliée à l'élément 10 de contact mobile 70. Comme élément de contact mobile 70 on utilise une pièce en forme de cuvette réalisée, tout au moins sur sa surface externe, en un matériau pour contact. L'élément de commutation 90, que fait pivoter l'armature 30, pénètre avec un certain jeu par sa partie en forme de bouchon 91 dans ladite 15 cuvette de contact 70. Ainsi, sous l'effet du déplacement de l'élément 90, la cuvette 70 bascule en direction de l'un des deux éléments de contact fixes 40 ou 50 en regard. Dans les positions extrêmes ds la cuvette 70, l'une de ses surfaces extérieures 71 ou 72 se trouve en contact respectivement avec l'un des deux éléments de contact fixes en regard 40 ou 50 tandis que le fond 20 73 de la cuvette 70 est comprimé en permanence et souplement contre l'élément de contact fixe central 60. Ceci est réalisé au moyen d'un ressort hélicoïdal de compression 110 qui agit dans le sens de l'axe de la cuvette 70 et entoure le bouchon 91 tandis que l'une de ses extrémités vient en butée contre le bord de la cuvette 70 et que son autre extrémité est disposée dans une gorge 92 25 prévue dans une collerette 93 de l'élément 90. Ce ressort hélicoïdal de compression assure la pression de contact nécessaire entre la cuvette 70 et la surface de contact 61 de l'élément de contact fixe central 60. Du fait que la cuvette 70 est maintenue avec un certain jeupar le bouchon 91 de l'élément de commutation 90 et qu'elle subit la pression du ressort hélicoïdal 110, 30 ses tolérances de fabrication ainsi que celles de la surface de contact centrale 61, sur laquelle le fond 73 de la cuvette doit être appliqué en permanence sont compensées. Il n'est pas absolument nécessaire que l'élément de contact mobile soit constitué par une cuvette 70. En fait, il suffit de prévoir deux surfaces 35 de contact 71 et 72 en opposition et une troisième surface 73 perpendiculaire aux deux autres et poussée en permanence et souplement contre l'élément de contact central fixe 60, plus précisément contre la surface de contact 61 dece dernier, tandis que dans les positions extrêmes de l'élément de commutation 90 l'une des surfaces en opposition 71 et 72 est appliquée contre l'un des 40 éléments de contact fixes extérieurs 40 ou 50, plus précisément contre leur 71 46279 4 2119030 surface de contact respective 41 ou 51. Dans la variante qui précède, l'élément de contact mobile 70 peut être constitué par un étrier à profil en U dont les jambes 71 et 72 sont arrondies de manière appropriée dans le sens transversal et dont la base interconnectant les deux jambes du U est spécialement arquée 5 vers l'extérieur. De plus, il est possible d'une manière générale d'utiliser un élément de contact mobile 70 qui, au lieu d'être en forme de cuvette ou de U, comporte au moins deux surfaces en opposition l'une de l'autre 71 et 72 ainsi qu'une troisième surface 73 perpendiculaire aix deux autres parois. Ainsi peut-on également utiliser par exemple un bloc isolant de profil presque 10 en U ou rectangulaire, donc un bloc creux ou plein, pourvu de zones de contact aux points voulus, c'est-à-dire sur deux côtés opposés et sur une face perpendiculaire à ces côtés. Dans le cas où l'on utilise un bloc isolant plein pour réaliser l'élément de contact mobile 70, il faudra prévoir des éléments de commande spéciaux afin de constituer la liaison mécanique intermédiaire 15 entre l'élément de commutation 90 et l'élément de contact mobile 70. Pour limiter la course de l'élément de commutation 90 ou bien de l'élément de contact mobile 70 on utilise directement les surfaces de contact 41 et 51 des éléments de contact fixes extérieurs 40 et 50 de sorte qu'il n'est plus besoin de prévoir de butées spéciales pour remplir cette fonction. 20 Afin d'assurer un contact de bonne qualité entre les surfaces de contact 41 et 51 des éléments fixes 40 et 50 et l'élément de contact mobile 70, chaque élément de contact présente une surface incurvée dont la convexité est tournée vers la paroi adjacente 71 ou 72 de l'élément de contact mobile 70. Le but de l'armature 30 est d'établir la pression de contact entre 25 les surfaces 41, 51 des éléments fixes en opposition 40 et 50 et les surfaces de contact 71 et 72 de la cuvette 70. Quand le relais n'est pas excité, ceci est réalisé au moyen d'un ressort 120 de rappel de l'armature qui, par l'une de ses extrémités, est accroché sur une pièce fixe du relais et, par son autre extrémité, à l'armature. Quand le relais est excité, la pression de contact 30 requise est assurée par la force d'attraction du noyau magnétique. En utilisant un élément flexible 100 ayant la forme d'un fil ou bien d'une lame, et un ressort de rappel 120 de rigidité relativement faible par rapport à la pression d'armement de l'armature, il n'est plus besoin de régler cette dernière. Dans le relais de commutation représenté par les figures 1 à 4, 35 la cuvette de contact 70, lorsque l'élément de commutation 90, 95 est actionné, se déplace autour d'un axe perpendiculaire à celui de la bobine d'excitation 10, 15 et au plan du noyau magnétique 21 ou, selon le cas, de la culasse 27. De cette manière, il est possible d'obtenir une construction particulièrement plate dans laquelle pratiquement seul l'enroulement de la bobine d'excitation 40 J0, 4 5 détermine la hauteur hors-tout du relais. 71 46279 5 2119030 Tandis que dans le relais de la figure 1, l'armature 30 est montée de manière mobile sur l'extrémité libre de la jambe extérieure de culasse 22, on verra que dans le relais des figures 2 à 4 l'armature 35 est articulée par le point 36 sur l'extrémité libre du noyau magnétique 25. Dans les deux cas 5 néanmoins, l'entrefer 130, 135 se trouve dans un plan presque perpendiculaire â l'axe de la bobine d'excitation 10, 15 et, respectivement, au plan du noyau magnétique 21 ou de la culasse 27. Dans le relais des figures 2 à 4, l'entrefer 135 est limité, d'une part, par l'extrémité libre 26 de la jambe de culasse extérieure 27 et, d'autre part, par l'extrémité libre 37 de l'armature 35, ces 10 deux extrémités étant recourbées perpendiculairement à l'axe de la bobine d'excitation. De cette manière l'entrefer 135 présente une section de surface relativement grande par rapport à sa longueur, ce qui a pour effet de réduire les variations rapides de la force d'attraction magnétique agissant sur l'armature pendant son déplacement. 15 Cependant, la différence principale entre le relais des figures 2 à 4 et celui de la figure 1 réside dans le fait que dans le relais des figures 2 à 4 la partie en forme de bouchon 96 de l'élément de commutation 95 est maintenue par une collerette 97 de façon à pouvoir tourner dans l'armature, excentriquement par rapport à l'axe du bouchon. De cette manière, en faisant 20 tourner la collerette de maintien 97 au moyen d'une fente 98 prévue à cet effet et permettant l'utilisation d'un outil tel qu'un tournevis, il est possible de modifier l'entrefer 135. Ceci est particulièrement important en cas de brulure du contact. L'importance de l'entrefer 135 peut être modifiée en permanence si l'on prend soin que la collerette de maintien 97 du bouchon de commutation 96 25 soit étroitement ajustée dans une cavité de l'armature 35. Cependant, pour éliminer les tolérances de fabrication inévitables, il est encore préférable de garnir l'armature 35, au niveau de la réception de la collerette de maintien pivotable 97, d'un profil d'accrochage 38 agissant conjointement avec une partie correspondante 99 de la collerette de maintien, à la manière, par exemple, d'une 30 butée d'encliquetage. A part cela, l'élément de commutation 95 est conçu de la même manière que l'élément de commutation 90, de sorte qu'il n'est pas besoin de le décrire ici. On notera seulementqie la butée sur laquelle s'appuie la collerette de maintien 97 de l'élément 95 est constituée par un ressort de compression hélicoïdal 110 pareillement guidé dans une cavité 92 de l'élément 35 de commutation, et dont une extrémité repose sur le bord de la cuvette de contact 70 en exerçant une pression sur cette dernière. Etant donné également que la cuvette 70 du relais des figures 2 à 4 est presque de même conception que celle de la figure 1, il n'est pas non plus besoin de la décrire. Dans le relais de commutation conforme aux figures 2 à 4, on prévoit 40 en outre comme moyen de support des éléments de contact fixes 40, 50, 60, de 71 4627V 6 2119030 l'armature 35 et des autres éléments du circuit magnétique (J5, 25, 27) une plaque de support commune 85 qui sera construite selon la disposition du système de commande, du système de contact et du système intermédiaire de manoeuvre. Elle peut en particulier avoir la forme représentée par la figure 2. 5 Comme il ressort sur cette figure, on prévoit, pour le dispositif de ressort de rappel deux sièges dont l'un est constitué par un trou 39 dans l'armature 35 tandis que l'autre est une pièce terminale 86 chanfreinée située dans le prolongement de la plaque de support 85 ou d'un épaulement de maintien 87 fixé à cette plaque. La plaque-support 85 peut être réalisée en matière plastique 10 moulée par injection ou autrement, dans laquelle sont prévues lors de la fabrication des ouvertures destinées à recevoir les éléments de contact fixes 40, 50, 60 ainsi qu'une carcasse 88 dans laquelle viendra s'adapter la bobine 15. On verra sur les figures 1» 2 et 3 qu'à la manoeuvre de l'élément 15 de commutation 90 ou 95 selon la figure, la cuvette 70 pivote autour d'un axe perpendiculaire à la bobine d'excitation 10, 15 et au plan du circuit magnétique 20, 21, 22 ou 25, 27, pour passer d'un élément de contact fixe 40 ou 50 à l'autre élément correspondant 50 ou 40, afin de déterminer le glissement de la cuvette 70 sur les surfaces de contact fixes 41, 51, 61 et de 20 permettre ainsi le nettoyage automatique de toutes les surfaces de contact. Cet effet d'auto-nettoyage est d'autant plus efficace que le bouchon 91, 96 de l'élément de commutation 90, 95plonge dans la cuvette 70 avec un certain jeu et que, par ailleurs, les surfaces de contact 41 et 51 des éléments de contact fixes en opposition 40 et 50 sont chacune incurvée avec leur convexité tournée 25 vers les parois 71 et 72 de la cuvette de contact 70. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 71 46279 2119030 REVENDICATIONS 1. Relais de commutation à contact inverseur comportant un élément de contact mobile qui, dans deux positions extrêmes, interconnecte électriquement l'élément de contact central d'un groupe de trois éléments de contact fixes adjacents et l'un des deux éléments de contact extérieurs dudit groupe, 5 ledit élément de contact mobile étant élastiquement monté sur un élément de commutation non conducteur du courant, lui-même monté sur l'armature du relais et capable, à l'aide de cette dernière, d'être amené dans l'une ou l'autre des deux positions extrêmes, caractérisé par le fait que ledit élément de contact mobile comporte deux ou plusieurs surfaces de contact en opposition ainsi 10 qu'une troisième surface perpendiculaire auxdites surfaces en opposition et qui, dans toutes les positions de l'élément de commutation, se trouve souplement appliquée contre l'élément de contact central desdits trois éléments de contact fixes, tandis que dans les positions extrêmes de l'élément de commutation, l'une des surfaces de contact en opposition vient s'appuyer contre l'un 15 des éléments de contact fixes extérieurs qui limitent simultanément la course de l'élément de commutation. 2. Relais de commutation conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément de contact mobile est constitué par une cuvette dont au moins l'extérieur est en matériau à contact et dont le fond, dans 20 toutes les positions dudit élément de commutation, est souplement appliqué sur l'élément de contact central fixe tandis que, dans les positions extrêmes dudit élément de commutation, l'une ou l'autre de ses surfaces extérieures vient s'appuyer contre les éléments de contact fixes extérieurs en opposition. 3. Relais de commutation conforme â la revendication 2, caractérisé par 25 le fait que le fond de ladite cuvette de contact est bombé vers l'extérieur. 4. Relais de commutation conforme aux revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que pour assurer 1'entraînement de ladite cuvette de contact ledit élément de commutation pénètre dans cette dernière au moyen d'un élément en forme de bouchon non ajusté. 30 5. Relais de commutation conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'un ressort hélicoïdal de compression, agissant dans le sens de l'axe de ladite cuvette, comprime le fond de cette dernière contre ledit élément de contact central fixe. 6. Relais de commutation conforme aux revendications 4 et 5, caractérisé 35 par le fait que ledit élément en forme de bouchon dudit élément de commutation comporte du côté opposé à ladite cuvette de contact une collerette destinée à servir de butée à l'une des extrémités dudit ressort hélicoïdal de compression 71 46279 2119030 qui entoure le bouchon dudit élément de commutation. 7. Relais de commutation conforme à la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite collerette dudit élément de commutation comporte une gorge destinée à guider ledit ressort hélicoïdal de compression. 5 8. Relais de commutation conforme à la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que ledit ressort de compression vient en butée par son autre extrémité sur le bord de ladite cuvette de contact. 9. Relais de commutation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ladite cuvette de contact est capable, 10 conjointement avec ledit élément de commutation, de pivoter autour d'un axe situé perpendiculairement à l'axe de ladite bobine d'excitation et au plan du circuit magnétique du relais. 10. Relais de commutation conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que ledit élément en forme de bouchon dudit 15 élément de commutation est fixement relié à ladite armature. 11. Relais de commutation conforme à la revendication JO, caractérisé par le fait que ledit élément de commutation est fixement relié à ladite armature par l'intermédiaire d'un ressort. 12. Relais de commutation conforme à la revendication 11, caractérisé 20 par le fait que ledit élément en forme de bouchon dudit élément de commutation est fixement relié à ladite armature par l'intermédiaire d'un fil ou d'une lame de ressort situé dans l'axe dudit bouchon. 13. Relais de commutation conforme à la revendication 11 ou 12, caractérisé par le fait que ladite armature est sensiblement parallèle à 25 l'axe dudit élément en forme de bouchon dudit élément de commutation, et qu'elle est montée de manière à pouvoir pivoter sur l'extrémité libre de la jambe de culasse extérieure du relais de façon que l'entrefer se trouve dans un plan pratiquement perpendiculaire à l'axe de ladite bobine d'excitation et au plan de ladite culasse. 30 14. Relais de commutation conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que ledit élément en forme de bouchon dudit élément de commutation est maintenu dans l'armature excentriquement par rapport à l'axe du bouchon,à l'aide d'un élément de maintien, réalisé par exemple sous la forme d'une collerette, et de manière que l'on puisse faire varier ledit 35 entrefer en faisant tourner ledit élémentcfe maintien. 15. Relais de commutation conforme â la revendication 14, caractérisé par le fait que ladite armature comporte, au niveau de la réception dudit élément de maintien pivotable, ou collerette, dudit bouchon de commutation, un profil d'accrochage qui, en collaboration avec une partie correspondante dudit 40 élément de maintien constitue une butée d'encliquetage. 71 4627 S 9 2119030 16. Relais de commutation, conforme à la revendication 14 ou 15, caractérisé par le fait que ladite armature est située dans un plan sensiblement parallèle au plan du circuit magnétique du relais et est articulée sur l'extrémité libre du noyau magnétique de façon que l'entrefer vienne se 5 placer dans un plan presque perpendiculaire à l'axe de ladite bobine d'excitation et au plan dudit circuit magnétique. 17. Relais de commutation conforme à la revendication 16, caractérisé par le fait que ledit entrefer est limité, d'une part, par une extrémité libre de la jambe de culasse extérieure et, d'autre part, par une extrémité 10 libre de l'armature, ces deux extrémités étant recourbées perpendiculairement à l'axe de ladite bobine d'excitation. 18. Relais de commutation conforme à l'une quelconque des revendications I à 17, caractérisé par le fait que lesdits deux éléments de contact fixes qui agissent en combinaison avec la surface extérieure de ladite cuvette de 15 contact pour établir ou couper une connexion électrique présentent une surface bombée vers la surface externe de ladite cuvette de contact. 19. Relais de commutation conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il comporte une plaque de support commune aux éléments de contact fixes à ladite armature et audit circuit magnétique. 20 20. Relais de commutation conforme à la revendication 19, caractérisé par le fait que ladite plaque de support est réalisée en matière plastique moulée par injection ou autrement et comporte des trous venus de fabrication destinés à recevoir lesdits éléments de contact fixes, ou bien une partie contactante de ceux-ci, ainsi qu'une carcasse destinée à recevoir ladite 25 bobine d'excitation.