Brevet FR2138156A1 — publié le 19721229

• a La présente invention est relative aux commutateurs thermiques et se rapporte plus particulièrement à un dispositif spécialement utile pour le démarrage et la protection des moteurs comportant un bobinage principal et un bobinage de démarrage. 5 Ces moteurs sont ordinairement mis en marche en utili sant un relais de démarrage à fonctionnement électromagnétique ou . thermique. Un,relais électromagnétique comprend essentiellement une bobine de relais qui peut coopérer avec une palette mobile et un ensemble de contact associé de manière que, lorsqu'elle est ex-10 citée, les deux bobinages de démarrage et principal soient connectés à une source d'énergie, mais que, lorsque le moteur atteint son régime normal, le champ électromagnétique entourant la bobine provoque le déplacement de la palette et l'ouverture des contacts afin d'ouvrir le circuit de démarrage. Il faut normalement des mo-15 yens supplémentaires pour assurer la protection contre divers types de surcharges. Bien que ce dispositif puisse être très effica-cë, il est par nature complexe, encombrant et coûteux en raison du nombre élevé de ses pièces constitutives. Pour les petits moteurs d'une fraction de cheval notamment, il est souhaitable de disposer 20 d'un dispositif compact et économique mais cependant fiable pour remplir les deux fonctions de démarrage et de protection. Comme mentionné ci-dessus, les relais actionnés thermi-quement sont connus dans la technique et certains d'entre eux remplissent la fonction de protection du moteur, comme décrit par 25 exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3 112 384 et 3 146 378. Toutefois, pour de nombreuses utilisations, ces relais de la technique antérieure sont encore relativement complexes et coûteux ainsi que difficiles à adapter aux caractéristiques des petits moteurs en particulier et, de plus, ils se prêtent mal à la 30 construction en série. L'invention a donc pour buts de fournir : - un dispositif de démarrage et de protection pour moteurs électriques ayant un bobinage de démarrage et un bobinage principal, évitant les inconvénients sus-mentionnés ; 35 - un tel dispositif qui soit simple, sûr, économique, compact et qui comporte un nombre minimal d1 éléments constitutifs ; - un tel dispositif correspondant bien aux caractéristiques de ces moteurs, notamment les petits moteurs ; - un relais de démarrage de moteur qui assure également 40 la protection des deux bobinagès de démarrage et principal ; 72 18120 2. 2138156. - un relais de démarrage de moteur qui assure la protection contre l'excitation continue des deux bobinages de démarrage et principal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 5 apparaîtront au cours de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 est une vue en élévation avant d'un dispositif suivant 1'invention ; la Fig. 2 est une vue en plan du dispositif de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une vue en élévation latérale du dispositif de la Fig. 1 ; la Fig. 4 est une vue en plan du dispositif de la Fig. ■^5 1, le couvercle étant enlevé ; les Fig. 5 et 6 sont des vues en coupe transversale prises suivant 5-5 et 6-6 respectivement à la Fig. 4 ; la Fig. 6a est une vue en coupe et en arraché prise suivant 6a-6a de la Fig. 4 ; 20 la Fig. 7 est une vue en plan similaire à la Fig. 4, les éléments thermiques étant représentés en partie en arraché ; la Fig. 8 est un schéma de câblage représentant les connexions du dispositif représenté aux Fig. 1 à 7 et utilisé avec un moteur ; 25 la Fig. 9 est une vue en plan, similaire à la Fig. 4, d'un second mode de réalisation de l'invention ; et la Fig. 10 est une vue en coupe transversale prise suivant 10-10 de la Fig. 9. Les dimensions de certaines des parties représentées 30 dans les dessins peuvent être modifiées pour des raisons de clarté. En se référant aux Fig.. 4 à 8, l'ensemble combiné de relais et de dispositif de protection du moteur porte le numéro de référence 10 et comprend un élément d'embase 12 de forme générale rectangulaire constitué par un matériau électriquement isolant, 35 comme par exemple une résine phënolique, qui définit une cavité l4 pour commutateur. L'embase 12 comporte une partie de lèvre 16 à sa périphérie afin de recevoir un couvercle 18 (Fig. 1 à 3). L'embase 12 comporte également sur deux coins diagonalement opposés des parties relevées 20, 22 respectivement qui s'étendent au-delà des 40 pièces constitutives logées dans la cavité 14, de sorte que ces 72 18120 3. 2138156 pièces sont protégées contre les détériorations, notamment pendant la fabrication et le montage du dispositif- Il est prévu une série de plateformes 24, 26, 28 sur la paroi de fond 30 afin de supporter plusieurs éléments constitutifs à des emplacements désirés. Un élé 5 ment 32 en un matériau thermostatique, par exemple un élément bimé tallique, est monté sur la plateforme 24, comme on le voit mieux à la Fig. 5. L'élément 32 est monté en porte-à-faux, par exemple au moyen d'une goutte de soudure 34 qui est logée dans un orifice de la lame, jusqu'à une branche 36 d'une borne 38 à branches multi 10 pies, borne qui s'étend à travers la paroi de fond 30 et la plateforme 24. L'élément 32 comporte une partie d'extrémité libre s'étendant à partir de la branche 36 et dont la forme peut varier suivant les caractéristiques particulières du moteur utilisé. Comme représenté à la Fig. 4, sa forme est trapézoïdale. Un contact 15 électrique 40 fixé par un moyen convenable, par soudage par exemple, est-monté sur la partie d'extrémité éloignée de l'élément 32. L'élément 32 est constitué de préférence par une lame du type à action lente comportant un contact destiné à venir en prise et hors de prise avec la branche 42 de la borne 44, borne qui traver-20 se la paroi de fond 30 et la plateforme 26. La borne 44 peut être constituée par un matériau électriquement conducteur, comme par exemple de l'acier laminé à froid, mais la branche 42 est munie de préférence d'une couche de matériau très bon conducteur de l'électricité, comme le cuivre ou l'argent. Cette couche peut être 25 déposée par voie électrolytique ou incrustée par exemple. Il résul te de la forme trapézoïdale de la lame 32 que sa partie d'extrémité éloignée présente une masse moindre et permet donc à la lame et au contact mobile de venir hors de prise plus facilement ainsi que de rester à cette position plus longtemps. 30 Comme mentionné ci-dessus, la borne 38 comporte une sé rie de branches s'étendant à partir d'une partie de corps 46. Une rainure s'étendant transversalement dans la plateforme 24 reçoit la partie de corps 4 6 et une branche s'étendant vers le bas traver se un orifice ménagé dans la paroi de fond 30. La branche 36, si-35 tuée entre les extrémités du corps 46 et qui supporte l'élément thermique 32, est repliée de manière à suivre la plateforme 24 et s'étend à partir du corps 46 dans une direction s'écartant du centre du corps 12, tandis que la branche 48 formée à une extrémité du corps 46 et également repliée dans une direction parallèle à la 40 surface de la plateforme 24 s'étend vers le centre du corps 12. La 72 18120 4. 2138156 branche 48 sert à établir la liaison électrique avec l'extrémité 50 d'un élément de chauffage 52 combiné. Cette liaison peut être effectuée d'une manière classique quelconque, par soudage par exemple. L'élément chauffant 52, constitué par un matériau électri-5 quement résistif relativement élevé, du nichrome par exemple, a une forme telle qu'il s'étend à partir de la branche 48 jusqu'à une position située sous l'élément thermique 32, de sorte qu'une partie 54 suit l'axe longitudinal de l'élément thermique 32 sur une partie de sa longueur, tandis que la partie restante de l'élé-10 ment chauffant s'étend au-dessus d'un second élément thermique 72 et surplombe l'élément 72 en relation d'échange thermique étroit sur une partie au moins de sa longueur. L'extrémité 56 de l'élément chauffant 52 est fixée, par soudage par exemple, sur une plaquette de soudage 58 qui sert à monter en porte-à-faux l'élément thermi-15 que 72 sur l'embase 12. Comme on le voit à la Fig. 6a, la plaquette 58 constitue la tête d'un prisonnier de support 60 qui comporte une série de cannelures axiales 62. La partie cannelée du goujon est emmanchée serré dans l'oeillet 64. L'élément 7 2 comporte un trou ménagé à l'une de ses extrémités et s'ajustant autour de la 20 partie 66 du prisonnier 60 et soudé à la plaquette 58, comme indiqué à la figure. La plateforme 28 offre une partie de paroi d'épaisseur accrue présentant une résistance mécanique plus grande afin de supporter l'élément thermique 72. L'élément thermique 72, de forme générale rectangulaire, 25 est en matériau thermostatique, par exemple un matériau bimétallique, comme l'élément 32 mais est conçu de manière à être un élément ou disque à déclenchement brusque. Autrement dit, l'élément 72 comporte une partie non développable ou en forme de cuvette qui le fait passer de façon brusque d'une configuration (par exemple con-30 cave) à une configuration opposée (par exemple convexe) et revenir à la première configuration lors de variations prédéterminées de température. Comme représenté dans les dessins annexés, on préfère que la partie en forme de cuvette constitue effectivement la totalité de l'élément afin de réduire au minimum l'action lente de 35 l'élément avant son déclenchement brusque. Un contact électrique 74 est monté classiquement sur l'extrémité libre éloignée de l'élément 72 par soudage par exemple et est destiné, lorsque l'élément passe brusquement d'une configuration à une autre, à venir en contact et hors de contact avec la branche 76 de la borne 78 en forme 40 de L qui peut être similaire à la borne 44, mentionnée ci-dessus, 72 18120 5. 2138156 en ce qui concerne le matériau et la construction. L'étalonnage de l'élément 72 est effectué lors du montage en introduisant le prisonnier cannelé 60 dans l'oeillet 64 jusqu'à obtention de la pression de contact désirée et de la température d'ouverture re-5 quise' entre le contact 74 et le contact fixe ou branche 76. On explique maintenant le fonctionnement du dispositif en se référant en particulier à la Fig. 8. Il est représenté un bobinage principal MW et un bobinage de démarrage SW d'un moteur, un côté de chaque bobinage étant connecté à un conducteur d'alimen 10 tation en tension L. L'autre côté du bobinage de démarrage est con . necté à la borne 44. L'autre côté du bobinage principal est connec të à la borne 38, tandis que la borne 78 est connectée à l'autre côté du conducteur d'alimentation. On remarquera en observant l'ovale en pointillé 80, Fig. 8, que les deux éléments thermiques 15 32 et 72 sont en relation de transfert de chaleur avec l'élément chauffant 52. Les deux éléments thermiques sont normalement fermés à l'étctt de repos non excité. Lorsque le dispositif est excité à partir de la source d'énergie 78, L, par l'intermédiaire d'un commutateur (non représenté), le courant passe du conducteur 78 dans 20 les contacts 76, 74, le disque 72, l'élément chauffant 52 et se di vise au niveau de la borne 38 entre l'élément à action lente 32, les contacts 40, 42 et circule dans le bobinage de démarrage et le bobinage principal jusqu'au conducteur L, les deux bobinages étant excités. Lorsque le courant passe dans les éléments thermiques, 25 un certain échauffement se produit en même temps que de la chaleur est transférée à partir de l'élément chauffant 52 jusqu'à ce que l'élément 32 atteigne une température prédéterminée, point auquel le bobinage .principal a atteint une vitesse de fonctionnement normal et l'élément 32 est dévié pour ouvrir les contacts 40, 42, ce 30 qui désexcite le bobinage de démarrage. L'élément chauffant 52 reste excité et maintient l'élément 32 à la position d'ouverture des contacts tant que le dispositif 10 est excité. Comme mentionné ci-dessus, le disque 72 est également chauffé par 1'échauffement des éléments thermiques ainsi que par l'élément chauffant 52. Ceci 35 maintient toutefois le disque 72 juste à une température condition ; née de sorte que, lorsqu'une surchage apparaît, par suite de la chaleur supplémentaire engendrée (due soit à l'augmentation de la chaleur dégagée par les bobinages du moteur qui sont en relation de transfert de chaleur.avec le dispositif 10, soit à l'augmenta-40 tion des courants), le disque change brusquement de configuration 72 18120 6. 2138156 et sépare les contacts 74, 76, ce qui désexcite le moteur ainsi que l'élément de chauffage 52 et permet à l'élément thermique de refroidir et de revenir à une position réarmée. Le disque 72 assure la protection des deux bobinages du moteur contre les niveaux 5 de courant excessifs et empêche également les deux bobinages d'être excités en permanence, ce qui se produit par exemple si les contacts 40, 42 se soudent. Autrement dit, le bobinage de démarrage est constitué en général par un fil métallique fin à haute résistance et ne peut supporter un fonctionnement continu que pendant 10 une courte durée. Si les contacts 40, 42 se soudent, la chaleur engendrée dans le bobinage de démarrage à haute résistance a pour effet que le disque 42 désexcite le moteur avant que le bobinage de démarrage soit détérioré. L'élément à action lente 32 est conçu de manière à présenter une différence de température étroite (cet-15 te différence de température provoquant l'ouverture des contacts 40, 42 en comparaison de celle nécessaire pour les fermer), de un ou deux degrés centigrades par exemple, pour assurer que, au moment du démarrage du moteur à un instant quelconque, le bobinage de démarrage est excité. Le disque 72 présente une température différen-20 tielle beaucoup plus grande, de l'ordre de quarante degrés centigrades ou plus et qui est telle qu'elle couvre la température différentielle de l'élément à action lente de sorte que le bobinage de démarrage est en circuit au moment où le disque 72 commute brusquement à une position de fermeture des contacts et que le moteur ne 25 tourne pas avec le bobinage de démariage. On remarquera aux Fig. 2 et 8 qu'une partie en saillie 82 est formée dans le couvercle 18 afin de limiter la course de l'extrémité libre du disque 72 dans la direction d'ouverture des contacts, ce qui évite ur\e contrainte excessive du disque et empêche la formation éventuelle d'arcs au mo-30 ment de l'ouverture du disque. Le positionnement de l'élément chauf fant en dessous de la lame empêche 11échauffement de la lame à température différentielle étroite ainsi que les effets nuisibles qui accompagnent cet échauffement dans les moteurs pour lesquels il passe un courant appréciable dans le bobinage principal, étant don-35 né que la lame s'écarte de l'élément chauffant lorsqu'elle se dépla ce lentement à la position d'ouverture. Le disque à action brusque n'est naturellement pas soumis au même problème du fait qu'il désexcite le dispositif au moment de son ouverture. On notera que les fonctionnements des éléments thermi-40 ques 32 et 72 sont liés entre eux et qu'il est important qu'ils coo 72 18120 2138156 pêrent pour faire démarrer le moteur ainsi que pour le protéger sans disjonction nuisible ou phénomène analogue. Ceci est obtenu avec le dispositif de l'invention en utilisant principalement l'élément chauffant unique 52 qui est en relation de transfert de 5 chaleur avec les deux éléments thermiques. La lame à action lente est chauffée par la chaleur engendrée intérieurement et par l'é-chauffement dû au courant du bobinage de démarrage, outre la chaleur engendrée par l'élément chauffant 52 par suite du courant passant dans les deux bobinages. On obtient donc une réponse rapide 10 de la lame à action lente 32 même avec des moteurs fonctionnant avec des niveaux de courant de bobinage de démarrage relativement faibles, en plus de l'utilisation du courant du bobinage principal passant dans le même élément chauffant 52 pour assurer que la lame 32 est maintenue à l'état ouvert. On peut ainsi obtenir du disposi-15 tif une réponse plus rapide et plus précise que dans les dispositifs de la technique antérieure, étant donné que les deux éléments sont étalonnés de manière à être excités par la même source de chaleur principale. Dans certaines applications, il peut être intéressant 20 d'employer un disque à déclenchement brusque au lieu d'une lame à action lente 32 lorsqu'on peut se contenter d'un dispositif à durée de vie un peu plus courte. Comme dans le cas de la lame à action lente, on choisira un disque présentant une température différentielle très étroite. 25 Un autre mode de réalisation est représenté aux Fig. 9 et 10. Pour certaines applications il peut être intéressant de fournir à l'élément 32 une plus grande chaleur afin qu'il soit non seulement sensible à l'ouverture mais pour assurer également, lorsque le bobinage de démarrage est désexcité, que les contacts 40, 30 42 ne se referment pas pendant le fonctionnement normal. Un exemple, est la situation dans laquelle un moteur fonctionnant avec de très faibles niveaux de courant est soumis à des charges variant largement, comme par exemple le compresseur d'un réfrigérateur, lorsque le moteur doit tourner avec des charges lourdes et légè-35 res. Le mode de réalisation suivant fournit une chaleur accrue afin de maintenir la lame à action lente à l'état ouvert, même pour des charges très légères. Ceci peut être réalisé en utilisant un élément chauffant 84 en parallèle qui est connecté par exemple par soudage au corps 46 de la borne 38 à une extrémité et à la borne 44 à 40 son autre extrémité. La résistance électrique de l'élément chauf 72 18120 8. 2138156 fant 84 est choisie de façon que le courant qui la traverse, bien que suffisant pour fournir de la chaleur à l'élément 32, soit insuffisant pour provoquer un échauffement du bobinage de démarrage. L'élément chauffant est également modifié dans ce mode de réalisa-5 tion. Comme représenté à la Fig. 9, l'élément chauffant 52' est situé au-dessus des deux éléments thermiques pour laisser de la place à l'élément chauffant parallèle 84. L'élément chauffant 52' est fixé à la goutte de soudure 34 de la borne 38 à une extrémité et, comme dans le mode de réalisation précédent, à la goutte de soudu-10 re 58 du support 72 du disque. Dans ce mode de réalisation, l'élément chauffant 52' est en forme générale de U, sa partie coudée s'étendant entre les deux éléments thermiques. Des parties relevées 20", 22' s'étendent au-delà des pièces constitutives pour assurer leur protection comme dans les modes de réalisation précédents. On 15 notera que l'élément chauffant 52' de la Fig. 9 peut être utilisé avec ou sans l'élément chauffant parallèle 84 si on le désire. Par exemple, lorsqu'on utilise l'élément chauffant parallèle avec des moteurs miniatures alimentés par des courants très faibles, sa position au-dessus de la lame le rend plus sensible à la chaleur en-20 gendrée, notamment lorsque la lame vient lentement à la position ouverte et maintient donc la lame à cette position pour les courants plus faibles. 72 18120 2138156 10 15 REVENDICATIONS 1. Appareil de démarrage et de protection pour moteur, caractérisé en ce qu'il comprend une embase, un premier contact fixe monté sur l'embase, un premier élément thermique monté sur l'embase et destiné à venir en prise et hors de prise avec le premier contact fixe, un second contact fixe monté sur l'embase, un second élément thermique monté sur l'embase et destiné à venir en prise et hors de prise avec le second contact fixe, un dispositif de chauffage logé dans l'embase en relation de transfert de chaleur avec les premier et second éléments thermiques, et un dispositif destiné à assurer la connexion électrique des éléments thermiques, des contacts fixes et de l'élément chauffant avec le second élément thermique afin de désexciter le bobinage de démarrage d'un moteur et avec le premier élément thermique afin de désexciter 1'appareil. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage comprend un élément chauffant unique. 3- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément thermique comprend un disque à action brusque et en ce que le second élément thermique comprend une lame à action lente» 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le disque à action brusque se déplace ver s le dispositif de chauffage lorsqu'il quitte le premier contact fixe et la lame à action lente s'écarte du dispositif de chauffage lorsqu'elle quitte le second contact fixe. 5. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le disque à action brusque et la lame à action lente se déplacent vers l'élément chauffant lorsqu'ils quittent les premier et second contacts fixes. 6. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif établissant les connexions électriques comprend un élément connectant l'élément chauffant en série entre le premier élément thermique et le second élément thermique. 7. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un élément chauffant en dérivation connecté à partir du second contact fixe aux bornes du second élément ther- 4q mique. 20 25 30 35 72 18120 10. 2138156 8. Appareil de démarrage et de protection pour un appareil électrique comportant un bobinage principal et un bobinage auxiliaire, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une embase en un matériau électriquement isolant comportant une ca-5 vité pour commutateur et au moins trois orifices s'étendant à partir de l'extérieur de l'embase dans la cavité, une première borne reçue par l'un des orifices, un premier contact fixe monté sur la première borne logée dans la cavité, un disque à action brusque monté en porte-à-faux dans la cavité et comportant une extrémité 10 éloignée libre, un premier contact mobile monté sur l'extrémité libre éloignée du disque et destiné à se déplacer en prise et hors de prise avec le premier contact fixe, une ssconde borne reçue par un autre orifice, un second contact fixe monté sur la seconde borne logée dans la cavité, une troisième borne reçue dans un autre 15 orifice et ayant une partie située dans la cavité, une lame à action lente montée en porte-à-faux sur une partie de la troisième borne et comportant une extrémité éloignée libre, un second contact mobile monté sur l'extrémité éloignée libre de la lame et destiné à se déplacer en prise et hors de prise avec le second contact 20 fixe, un élément chauffant constitué par une résistance électrique connectée entre le support en porte-à-faux du disque et la troisième borne, l'élément chauffant étant disposé de façon à être en relation de transfert de chaleur avec le disque et la lame, et un couvercle fermant la cavité à commutateur. 25 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément à action brusque et la lame à action lente sont placés côte-à-côte et dans des plans parallèles respectifs. 10. Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'une première partie de l'élément chauffant est placée entre 30 le couvercle et le disque à action brusque et en ce qu'une seconde partie de l'élément chauffant est placée entre l'embase et la lame. 11. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu une plateforme surélevée dans l'embase sur laquelle la lame à action lente est montée, une rainure ménagée dans 35 la plateforme s'étendant dans une direction transversale par rapport à la lame et communiquant avec l'un des orifices ménagés dans l'embase, la troisième borne formant une première branche et traversant l'orifice en communication avec la rainure et étant dirigée vers le bas à partir d'une partie de corps reçue dans la rainu-40 re, une seconde branche s'étendant à partir de la partie de corps 72 18120 11. 2138156 parallèle à la surface de la plateforme et sur laquelle la lame est montée en porte-à-faux, et une troisième branche s'étendant à partir de la partie de corps parallèle à la plateforme mais dans une direction opposée à celle de la seconde branche, une extrémité 5 de l'élément chauffant étant fixée à la troisième branche. 12. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'embase est de forme générale rectangulaire et comporte des parties en saillie dirigées vers le haut et s'étendant à partir de l'embase sur au moins deux coins diamétralement opposés 10 afin d'assurer là protection des pièces montées dans la cavité pour commutateur. 13. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'un quatrième orifice est ménagé dans l'embase, un oeillet est reçu dans l'orifice, et un prisonnier cannelé supportant le 15 disque est reçu de façon télescopique dans l'oeillet. 14. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'une première partie de l'élément chauffant est située entre la lame à action lente et le couvercle et une seconde partie de l'élément chauffant est située entre la lame à action brusque et 20 le couvercle. 15. Appareil suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément chauffant en dérivation est connecté entre la première borne et la troisième borne et est situé entre la lame et 11 embase. 25 16. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'une partie en saillie s'étend vers le bas à partir du couvercle et se termine à une position limitant le mouvement d'ouverture de l'extrémité libre éloignée de la lame à action brusque. 17. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en 30 ce que la lame à action lente est de forme générale trapézoïdale et s'étend à partir d'une languette rectangulaire de support, la lame à action brusque étant de forme générale rectangulaire et est constituée par un disque entièrement mis en forme.