Brevet FR2112415A1 — publié le 19720616

La présente invention concerne un relais électromagnétique polarisé, en particulier un relais à plaques conductrices, comportant une oulasr-e forment noyau en forme ce E, une armature en forme de U placée sur les extrémités de la culasse formant 5 noyau, un corps de bobine muni d'un guide pour une barrette fractionnement des contacts et un jeu de ressort? de contact placé au-dessous du circuit magnétique en fer. Des relais électromagnétiques polarisés dans lesquels l'incorporation d'aimants permanents dans le circuit magnétique 10 provoque obligatoirement deux positions stables de l'armature sont connus sous différentes formes de réalisation» Un relais polarisé à plaques conductrices dé^à connu est constitué essentiellement par une culasse formant noyau en forme de E, une armature en forme de U, une bobine, un jeu de ressorts de con-15 tact placé au-dessous du circuit magnétique en fer et deux aimants permanents appelés aimant principal et aimant auxiliaire» L'aimant principal en forme de parallélépipède rectangle est collé sur l'extrémité de la branche médiane de la culasse en forme de S et est aimanté perpendiculairement au plan de la cu-20 lasse, jvu-dessus de l'armature l'aimant auxiliaire est relié de telle façon au corps de bobine qu'il maintienne l'armature dans la position de pivotement vers le haut. Les deux aimant3 sont par conséquent placés respectivement au-dessus et au-dessous de la tôle d'armature en forme de U. Bans cette eons-25 truction le flux magnétique pro.enant ue la bobine passe par l'aim-nt principal. Four ce flux l'aimant principal constitue donc dans le ciicuit en fer une résistance m-gnétique accrue. Cette construction a en outre pour inconvénient qu'au moins l'aimant principal doit être fixé p.-;r collage» De plus, les .50 deux aimants sont nécessairement très limités au point de vue de leur volume de sorte que l'on ne peut pas obtenir des forces de retenue importantes. La présente inventier, a pour ob^et de réaliser le circuit-m&gnéticue d'un relais polarisé de façon qu'il ne nécessite cu':zi ;;5 seul aimant qui peut être morte facilement et ^ peu de fraie et qu'il fourni 'se ces fn-^ceK e retenue importantes. Il s'agit-avant tout ce lo *er cet aimant en un endroit du -ircuit en fer où l'on dispose d'un ■space libre relativement important, sans que pour autant les dimensions xtfrieures du relais dans son BAD ORIGINAL 71 35220 2 2112415 ensemble doivent être accrues. La présente invention est caractérisée en ce que sur la traverse de le culasse formant noyau en forme de E se trouve un aimant permanent en forme de parallélépipède rectangle, une 5 culasse en forme de U étant placée sur ce dernier, en ce que les branches extérieures de la culasse formant noyau en forme de E sont raccourcies et en ce que les bords terminaux de ces branches externes servent de supports à couteau ô l'armature en forme de U, de telle façon que celle-ci soit maintenue dans 10 la première position stable par la culasse en forme de U et par la branche médiane de la culasse formant noyau en forme de E et, le sens du flux étant inversé, dans la deuxième position stable par le culasse en forme de U et les branches extérieures de la culasse formant noyau en E. 15 La présente invention permet de manière surprenante d'obte nir deux positions terminales stables au moyen d'un seul aimant. Dans cette réalisation l'aimant et la culasse en forme de U supplémentaire sont placés de telle façon à l'extérieur du corps de bobine que la hauteur de construction totale du relais ne 20 se trouve pas accrue. On peut donc utiliser des éléments sensiblement identiques pour la réalisation d'un relais polarisé et d'un relais non polarisé. La présente invention est expliquée ci-dessous plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation non limitatif illus-25 tré aux dessins annexés. La fig. est une vue éclrtée du circuit magnétique en fer d'un relais polarisé. Les fig. 2 et 3 montrent les positions de l'armature du relais de la fig. 1 dans les deux positions de commutation sta-30 blés. La fig. 4- est une vue éclatée d'une forme de réalisation préférée du relais. Les fig. 5 et- 6 représentant schémstiquement les circuits magnétiques en fer du relais de lr fig. 4 avec les différentes 55 positions de l'armature. Des éléments correspondants s-nt désignés de 1? même façon. La fig. 1 montre une culasse formant noyau sensiblement en forme de E sur lu branche médiane 1_a sur laquelle se trouve une bobine 2. L'extrémité de la branche médiane 1a est chan- bad original t 71 35220 3 2112415 freinée. Les deux branches extérieures 1b, sont raccourcies et légèrement coudées vers le haut à leurs extrémités de sorte que les arêtes 1_d, 1_e servent de supports à couteau à l'armature 3* Celle-ci est réalisée en forme de U et reliée à des 5 ressorts coudés 4- et 5 qui servent à maintenir l'armature» Un aimant permanent en forme de parallélépipède rectangle 6 présente en bas de son bord postérieur une fente 6a dans laquelle se placent les extrémités coudées des ressorts 4- et 5- Au-dessus de l'aimant permanent 6 se trouve une culasse en forme 10 de U dont les branches présentent approximativement la même longueur que celle de la branche médiane 1a de la culasse formant noyau en forme de E. Les éléments 1, 6 et 7 sont munis d'alésages qui reçoivent des vis de fixation. Ces dernières peuvent être réalisées 15 de façon à tailler leur propre filetage dans des trous correspondants du corps de ressort de contact non représenté. Il est en outre prévu une barrette 8 pour 1'actionnement des contacts qui s'engage autour de la branche médiane la de le culasse formant no.vau 1 et qui est placée contre le dessous de l'armature 3» 20 La fig. 2 montre le circuit magnétique en fer du relais dans la première position stable dans laquelle l'armature en forme de U 3 est placée sur la branche médiane 1a de la culasse forment noyau et contre les branches extérieures de la culasse en forme de U 7» Un contact de commutation est représenté sché-25 matiquement par 9« Dans la position représentée de l'armature le re sort 4- est bombé vers le haut. Les signes N et S portés sur la figure indiquent que l'aimant 6 est aimanté perpendiculairement au plan des culasses. Le parcours du flux à travers les éléments en fer est indiqué par des traits interrompus. 30 La fig. 3 montre la deuxième position stable de l'armature. Ici l'armature 3 se trouve au contact des extrémités des branches de la culasse en forme de U 7 et en même temps au contact des branches extérieures 1b et 1_c de la culasse formant noyau en forme de E 1. Dans ce cas- le ressort 4- se trouve à plat sur la 35 branche 1b. Le pr rcours du flux dans le circuit en fer est à nouveau représenté par des traits interrompus. Une comparaison des fig. 2 et 3 montre que lors de la commutation du relais le sens du flux dans les branches de 71 35220 4 2112415 l'armature en forme de U 3 s'inverse. Le relais est commuté par des impulsions de courant dans lu bobine d'excitation 2. Dans ce cas le flux électromagnétique s'écoulant dans l'un ou l'autre sens se superpose au flux d'aimentation permanente de telle fa-5 çon que l'armature change de position stable. Les mouvements se produisant dans ce cas sont précisés ci-dessous. Lorsque dans la fig. 3 l'extrémité gauche de l'armature 3 se déplace vers le bas, l'armature roule sur l'arête 1d servant de support à couteau. Pendant ce temps le bord supérieur droit 10 de l'armature 3 s'approche suffisamment de la culasse 7 pour qu'il soit attiré entièrement contre la culasse par des forces d'aimantation permanente. Ainsi on obtient la position représentée à la fig. 2. Les forces produites sont suffisamment importantes pour vaincre en même temps les forces élastiques du jeu 15 de contacts Lors de la commutation à partir de la deuxième position dans la première position stable l'armature se trouve encore accélérée par les forces des ressorts de contact. La fig. 2 montre que les ressorts de retenue d'armature 4- et 5 se trouvent déformés d'une façon relativement importante. 20 C'est pourquoi on utilise des ressorts très minces réalisés en une matière non ferromagnétique afin d'éviter des pertes magné-ques indésirables. Les ressorts pourraient évidemment aussi être coudés vers le bas et être fixés dans des fentes prévues dans les branches 1b et le. Il serait également concevable de 25 serrer les ressorts à plat au-dessous de l'aimant permanent 6 mais il en résulterait -un entrefer supplémentaire. Par ailleurs, les ressorts d'armature peuvent être entièrement supprimés à condition que la forme de réalisation du boîtier de relais non représenté permette de guider l'armature de façon qu'elle puisse 30 effectuer les mouvements de commutation sans pour autant quitter sa position nominale par glissement. Dans une autre variante ue la construction suivant l'invention on pourrait renoncer à couder les bords 1d et 1«î vers le haut à condition de donner à l'armature 3 au niveau de la zone 35 d'appui une forme modifiée de manière correspondante en la munissant par exemple d'une courbure orientée vers le bas. Dans ce cas les branches 1b et 1c_ pourraient avoir .une longueur égale à celle de la branche 1_a sans que cela porte préjudice au principe de l'invention. Il serait toutefois avantageux de donner 71 35220 5 2112415 la préférence \ la forme de réalisation représentée puisqu'elle permet de réaliser une économie de poids. En tout ca^ il importe cependant que les branches de l'armature en fo me de U 3 soient prolongées au-delà des arêtes de roulement «fin que l'arête droite supérieure de l'--rmature puis, e s'approcher suffisamment de la culasse 7« le relais polarisé construit conformément au principe de la présente invention développe des foi-ces de retenue extrêmement élevées de sorte que l'on peut y incorporer des jeux de contacts multiples présentant des forces de contact élevées. La hauteur de 1'aimant et de la culasse 7 peut être telle que cette dernière ne dépasse pas la limite supérieure de la joue du corps de bobine. Aucun espace de montage supp lé rient aire n'est donc nécessaire. Le relais polarisé représenté ne se différencie d'un relais non polarisé que p-r le fait qu'il présente une autre culasse formant noyau , d'autres ressorts l'armature 4- et 5, un aimant supplémentaire 6 et une culasse supplémentaire 7. Tous les autres éléments, comme par exemple le corps de bobine et le corps de ressort de contact, peuvent être empruntés sans changement à des constructions connues. Lps ressorts de retenue 4-, ^ réalisés en une matière non fe.rromagnétioue sont fixés au côté inférieur de l'armature et déterminent en même temps un entrefer approprié entre l'armature et les supports à couteau. Suivant une autre ■ ariante l'aimant permanent G pourrait présenter une hauteur de construction inférieure à la distance entre 1^ culasse en forme de U 7 et la culasse formant noyau en forme de E 1. Ce résultat pourrait être obtenu par l'interposition d'une tôle en fer. Il en résulterait une répartition modifiée du flux p-: r suite de la variation de l'entrefer au niveau de l'aimant permanent. En outre, l'invention a pour objet de réduire encore sensiblement la puissance d'excitation d'un tel relais polarisé et de simplifier en ir.êrae temps encore davantage sa construction. exemple de réalisation préféré de l'invention est caractérisé en ce que les ressorts de retenue allongés sont fixés à la traverse de la culasse formant noyau en forme de E et au côté inférieur de l'armature au niveau de son axe de rotation BAD ORIGINAL 71 35220 6 2112415 imaginaire. Suivant une forme de réalisation particulière de cet exemple l'armature et la culasse formant noyau sont réalisées de façon plane dans la zone de leurs surfaces de contact et les 5 ressorts déterminent obligatoirement un entrefer dans la zone de ces surfaces de contact. Par suite de l'utilisation de ressorts très longs et très minces, qui agissent sur l'armature dans l'axe de rotation imaginaire, le moment élastique exercé sur l'armature reste faible 10 de sorte qu'il suffit de prévoir une puissance d'excitation réduite. iitant donné que les surfaces de contact entre les branches extérieures de la culasse en forme de E et l'armature sont planes, on économise des opérations supplémentaires. En outr^, il s'est avéré qu'il suffit d'utiliser un aimant 15 permanent sensiblement raccourci qui peut être séné entre les vis de retenue du relais. La fig. 4- montre un support de contacts 11 dans lequel est placé un corps de bobine 12. On fait passer la culasse en forme de E 13 avec sa branche médiane 13a par l'ouverture prévue dans 20 le corps de bobine 12. Les branches externes 13b, 13c_ de la culasse 13 sont raccourcies et présentent des surfaces de support planes pour l'armature en forme de U 14-. L'armature 14- est reliée à des ressorts de retenue d'armature 15, 16 qui sont relativement longs et étroits. Les ressorts de retenue sont élargis 25 à leur extrémité droite et munis d'évidements qui sont r.daptés à ces organes de fixation correspondants prévus sur la traverse de la culasse en forme de E. Les ressorts 15 et 16 sont fixés, par soudage ou rivetage, au côté inférieur de l'armature 14- au niveau de l'axe de rotation imaginaire A-B de l'armature. Par 30 suite de ce mode de fixation les ressorts ne subissent qu'une déformation relativement faible lors de la rotation de l'armature de sorte que l'action de rappel élastique reste faible. Il est en outre prévu un aimant permanent rectangulaire 17 dont la hauteur est égrle à environ 1,5 à 2 fois l'épaisseur de 35 l'armsture 14-. L'aimant permanent est serré sur la traverse de la culasse "ormant noyau à l'eide d'une culasse en forme de U 18 pt des vis 19, 20. L'aimant présente latéralement des évidements semi-cylindriques qui permettent d'obtenir un auto-ajustage de l'aimant entre les vis 19, 20. L'aimant est aimanté dans la BAD original 71 35220 7 2112415 direction de sa plus faible dimension. Pour fixer la culasse en forme de U 18 d'une manière bien définie il est en outre prévu deux parallélépipèdes rectangles en matière synthétique 21 et 22 qui présentent la même épaisseur que celle de l'aimant 5 Ces parallélépipèdes sont munis à leur côté inférieur d'évide ments df-ns lesquels s'engagent les organes de fixation de la -ulasse en forme de E. Dans leur partie gauche les parallélépipèdes rectangles en matière synthétique présentent des évide-ments en forme de tunnel qui permettent aux ressorts 15 et 16 10 de se déplacer librement lors de la commutation. Il est en outre prévu une barrette d'actionnement en m-tière synthétique 23 qui est montée coulissante dens un évidement de la joue gauche du corps de bobine 12. Pour faciliter le montage, les ressorts 15» 16 peuvent 15 être reliés entre eux par une traverse auxiliaire 24- présentant des zones de faibles résistance en vue de sa rupture. Une traverse auxiliaire 25 relie, avant le montage, les parallélépipèdes rectangles en matière synthétique 21 et 22 entre eux et présente également des zones de faible résistance permettent sa 20 rupture. Une fois le relais entièrement assemblé, les traverses auxiliaires 24 et 25 sont détachées, soit en les rompant à la main, soit en les découpant à l'aide d'un dispositif. La figure montre que la branche médiane 13s, de la culasse formant noyau en forme de E présente une section transversale 25 rétrécie à son extrémité gauche et est clianfreinée sur le côté supérieur. Ce rétrécissement de la section transversale, associé à un rétrécissement correspondant de la section transversale de l'armature 14, produit un effet dit d'isthme qui améliore sensiblement les caractéristiques de commutation du relais. 30 La surface supérieure chanfreinée permet à l'armature de se placer, dans l'une des positions de commutation, parfaitement sur la branche médiane de le culasse formant noyau. La fig. 5 est une vue schématique latérale du circuit magnétique en fer du relais. Au-dessus de la culasse en forme 35 de E 13 se trouve l'aimant permanent 17 qui est aimanté suivant les pôles indiqués par N et S. Au-dessus de l'aiment se trouve la culasse en forme de U 18. La bobine 12 située sur la branche médiane 13a, de la culasse formant noyau n'est représentée qu'à titre indicatif. L'armature en forme de U 14 occupe une posi 71 35220 8 2112415 tion stable qui correspond à la position de repos du relais. Dans cette position de repos les ressorts de contact ne sont pas déviés et, par conséquent, les contacts de repos sont fermés. La figure montre que le flux magnétique permanent passe 5 du pôle nord de l'aimant 17 par la culasse en U 18, l'armature 14 et les branches extérieures raccourcies de la culasse en forme E. Lorsqu'à présent la bobine 12 est excitée de façon à produire un pôle nord puissant à l'extrémité de la branche 13a de 18 culasse formant noyau, la traverse de l'armature en forme 10 de U 14 est attirée par ce pôle nord et l'armature bascule dans la deuxième position stable représentée à la fig. 6. Lors de cette commutation le sens du flux se trouve inversé dans les branches latérales de l'armature. Les ressorts de contact sont commutés dans la position de travail. Après annulation de 15 l'impulsion de commutation le flux d'aimantation permanente passe à partir du pôle nord de l'aimant 17 par les branches de la culasse en forme de U 18, l'armature 14 et la branche médiane 13a de la culasse en forme E 13 vers le pôle sud de 1'aimant. 20 Lorsqu'à présent la bobine est excitée dans le sens opposé, le champ de la bobine se superpose de telle façon sur le champ de l'aimant permanent que l'armature 14 se trouve repoussée et ramenée dans la première position stable. Le nombre c* ampère-tours de la bobine du relais prévu 25 pour l'excitation dans un sens ou dansl'autre doit être suffisant oour que le flux d'aimantation permanente soit chaque fois annulé pendant un court laps de temps. A cette condition l'armature peut être attirée et repoussée de telle façon à travers les entrefers de travail prévus qu'elle passe d'une 30 position stable à l'autre. 71 35220 9 2112415 REVENDICATIONS 1 - Relais électromagnétique polarisé, en particulier relais à plaquas conductrices, comportent une culasse formant noyau en fome de E, une armature en forme de U placée sur les 5 extrémités de l-> culasse formant noyau, un corps de "bobine muni d'un guide pour une "barrette d'actionnèrent de contacts et un jeu de ressorts rie contact situé au-dessous du circuit magnétique en fer, caractérisé en ce que sur la traverse de la culasse formant noyau en forme de E i se trouve un aimant per-10 aanent 6 en forme de parallélépipède rectangle, une culasse en forme de U ? étant placée sur l'aimant permanent 6S en ce que les branches extérieures 1b, 1_c de le culasse formant noyau en for~e de E 1 sont raccourcies et les arêtes terminales " 2 - Relais suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les bords terminaux 1d, 1e_ des branches extérieures 1b ">c de la culasse formant noyau 1 sont coudés vers le haut. 25 3 - Relais suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature 3 est guidée sur des ressorts de retenue relativement minces 4,5. 4 - Relais suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les ressorts de retenue 4t 5, réalisés en matière non ferro- 30 magnétique, sont fixés au côté inférieur de l'armature -3 et déterminent en même temps un entrefer approprié entre l'armature et les supports à couteau. 5 - Relais suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'armature est montée en porte-à-faux et n'est 35 guidée que latéralement. 6 - Relais suivait l'une des revendications 1 st 2, caractérisé en ce que 1'aimant permanent 6 présente une hauteur de construction inférieure à la distance entre la culasse en forme de U 7 et la culasse en forme de E 1. 71 35220 JL I U4 la 7 - Relais suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts de retenue allongés 15, 16 sont fixés à la traverse de la culssso en forme de E 13 et au côté inférieur de l'armature 14 au niveau de son axe de rotation imaginaire À-B. 5 8 - Relais suivant la revendication 7» caractérisé en ce que lr. hauteur de l'aimant permanent 17 et, par conséquent, la distance entre la culasse en forme de E 13 et la culasse en forme de U 18 sont égales à environ 1,5 à 2 fois l'épaisseur de l'armature 14. 10 9 - Relais suivant l'une des revendications 7 et 8, carac térisé en ce que l'armature 14 et 1& culasse formant noyau 13 sont planes dans la zone de leurs surfaces de contact et en ce que les ressorts 15, 16 déterminent obligatoirement un entrefer dans la zone de ces surfaces de cr.ntact. 15 10 - Relais suivant l'une des revendications 7 à 9, carac térisé en ce que l'aimant permanent 17 en forme de parallélépipède rectangle est disposé entre deux vis de fixation 19, 20 du relais. 11 - Relais suivant l'une des revendications 7 à 10 carac- 20 térisé en ce que des parallélépipèdes rectangles en matiere syn-th'tique 21, 22 d'une hauteur égale à celle de l'aimant permanent 17 sont disposés entre les branches extérieures des culasses. 1-' - Relais suivant la revendication 11, caractérisé en ce 25 que la culasse en forme de E 1.; présente des organes d'assujettissement au niveau où les ressorts 15, 16 sont fixés et en ce que les ressorts 15, 16 ainsi que les parallélépipèdes rectangles en matière synthétique 21, 22 présentent des évidements correspondants. 30 13 - Relais suivant l'une des revendications 7 à 12, carac térisé en ce que les ressorts 15, 16 et/ou les parallélépipèdes rectangles en matière synthétique 21, 22 sont munis deux à deux de traverses ^4, 2' qui présentent des zones de faible résistance permettant leur rupture. 55 I4 - Relais suivant l'une des revendications 7 à 13, carac térisé en ce que les p&rallélépipèdes recta gles en matière synthétique 21, 22 présentent à leur' côté inférieur des évidements qui permettent aux ressorts 15, 16 de se déformer librement lors de la commutation. 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