Brevet FR2186718A1 — publié le 19740111

L'invention a pour objet un commutateur électrique comprenant une lame de contact générale ou collecteur, une pluralité de contacts fixes et un contact mobile qui est susceptible de réunir électriquement et sélectivement au collecteur l'un quelconque désiré des contacts fixes. Les commutateurs classiques ont été jusqu'à présent, dans de nombreux cas, construits avec un arbre tournant et une pluralité de contacts disposés circulairement autour de cet arbre. Quand on veut augmenter le nombre des contacts d'un tel commutateur, il est nécessaire d'accroftre le diamètre du cercle sur lequel se trouvent les contacts. De plus, les commutateurs classiques nécessitent beaucoup d'espace qui n'est pas toujours disponible. En raison de leur configuration cylindrique, l'emploi de ces commutateurs laisse inutilisable les quatre coins qui ne sont autres que de l'espace perdu. En outre, les commutateurs classiques du type ci-dessus ont un passage électrique pour une partie tournante mécaniquement ou pour un fil souple et il est bien connu que cet élément n'a qu'une faible durée et qu'il est dangereux à l'utilisation en raison de l'abrasion mécanique ou de son affaiblissement. De plus, avec les commutateurs classiques, il n'est pas possible de mettre un contact mobile directement en contact avec un autre contact désiré en évitant la rencontre d'autres contacts intermédiaires pendant l'opération de sélection des contacts. En conséquence, l'utilisation d'un commutateur classique nécessite du travail et du temps et entrain une usure rapide des contacts ou plots de contact. Le but principal de l'invention est, par conséquent, d'apporter un commutateur perfectionné grâce auquel les inconvénients des commutateurs classiques mentionnés ci-dessus sont éliminés. Un autre but de l'invention est d'apporter un commutateur de faible épaisseur que l'on puisse disposer convenablement, mme à l'intérieur d'un espace réduit, L'adjonction de contacts supplémentaires peut se faire simplement par modification de la longueur, Be changement de la largeur et de la profondeur de l'espace disponible n'est pas nécessaire. Un but supplémentaire de l'invention est d'apporter un coimutateur dans lequel le contact mobile et les contacts fixes se balayent mutuellement quand on ferme le commutateur de sorte que les surfaces de contact sont maintenues propres et exemptes de poussière, On atteint ces buts, selon l'invention, grecs à un commutateur électrique comprenant un collecteur fixe, une pluralité de contacts fixes et un contact mobile qui est apte à relier électriquement et sélectivement au collecteur l'un quelconque désiré des contacts fixes; les contacts fixes sont disposés en file sur une base isolante électriquement d'un bottier avec des intervalles entre eux.Le collecteur est constitué par une bande allongée électriquement conductrice montée sur la base isolante en face de et au meme niveau que la rangée des contacts fixes isolés électriquement du collecteur, un contact mobile est supporté au-dessus du collecteur et des contacts fixes au moyen d'un bâti qui est supporté à son tour avec une possibilité de déplacement dans un sens de rapprochement et d'éloignement de la base par un organe de support qui est lui-meme mobile audessus et le long de la rangée des contacts fixes, ou le long du collecteur allongé, quand le commutateur est en position d'ouverture, des moyens de blocage à genouillère sont prévus sur l'organe de support pour déplacer le chtssis et mettre le contact mobile en contact simultanément avec le collecteur et avec l'un quelconque choisi des contacts fixes, à la manière d'une barrette de liaison On donnera maintenant, pour bien faire comprendre comment l'invention peut etre réalisée, une description d'un mode particulier de réalisation de l'invention0 On se référera aux dessins annexés dans lesquels:: La figure 1 est une vue en perspective d'un commutateur électrique conforme à l'invention la figure 2 est une vue de l'arrière du meme couutateur, la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 montrant le commutateur en position d'ouverture, la figure 4 est une vue semblable à la figure 1, mais montrant le commutateur en position de fermeture, la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 2 montrant les pièces essentielles du commutateur en position de fermeture. En se reportant à la figure 1, on voit que le commutateur de l'invention comprend-un bottier désigné par la référence 1, qui a une plaque de base 2 en matière isolante électriquement dont l'épaisseur est suffisante pour assurer la rigidité de la structure.Aux deux extrémités opposées de la plaque de base 2 se trouvent des parois dressées verticalement 3 et 4 dont les extrémités supérieures sont réunies fermement l'une à l'autre par une plaque de couverture 5 présentant une pluralité de fentes 6, voisines, équidistantes, ménagées dans un des bords de la plaque à des endroits qui correspondent à des contacts électriques comme on le verra plus loin0 De plus, les parois latérales 3 et 4 sont réunies l'une à l'autre par une plaque transversale 7 substantiellement rectangulaire dont les bords supérieur et inférieur sont recourbés vers l'intérieur de manière à constituer des glissières ou rails de guidage 8 et 9, opposés et parallèles l'un à l'autre comme on le voit sur les figures 1 et 3 à 50 Une plaque 10 est supportée par ses catés de manière à pouvoir coulisser entre les rails de guidage 8 et 9 et elle est prévue pour-porter un mécanisme de changement de contacts ou de commutation que l'on désignera plus loin. La plaque 10 est prolongée par des c8tés Il qui font partie intégrante de ses deux bords verticaux. Chacun des c8tés Il présente des encoches de guidage 12 et 12', disposées en opposition, dans ses extrémités supérieure et iniérieure, Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, l'encoche de guidage inférieure 12' a une largeur supérieure à l'encoche supérieure 12.Les rails de guidage 8 et 9 sont introduits dans les rainures 12 et 12', ce qui fait que l'on peut déplacer la plaque 10 en la faisant glisser pour changer la commutation. Â la plaque 10, par l'intermédiaire d'une entretoise 13 (voir les figures 3 et 4) est fixé un bras 14 qui supporte un arbre 15 s'étendant horizontalement et qui supporte à son tour un étrier 16 pivotant ou oscillant. Cet étrier 16 a une branche 16a et une branche 16b qui sont réunies l'une à l'autre par une traverse supérieure 16c. Une tige 17 est fixée à la traverse 16c et porte un bouton de manoeuvre 18 calé à son extrémité supérieure. Il est entendu que la largeur des fentes 6 ménagée dans la plaque de couverture 15 est telle que ces dernières peuvent recevoir la tige 17o Be bras 14 a une partie 19 qui descend vers le bas et qui est substantielleient rectangulaire. Cette extension 19 sert de guidage à un btti 20 nobile verticalenent portant un ensemble comprenant un contact mobile analogue à une barrette et suspendu d'une manière que i'on décrira plus loin. '('extrémité inférieure de l'extension 19 est incurvée vers l'arrière en direction de la plaque porteuse 10 de façon qu'un espace 24 soit ménagé entre la surface arrière de l'extension 19 et la surface avant de la plaque porteuse 10 (voir figure 4)0 Be bSti 20 a une structure analogue à une chaise et comprend deux plaques latérales 20 et 22 substantiellement identiques faisant corps avec un élément de réunion 23 (figure 5) qui est disposé librement dans l'espace 24 entre l'extension 19 et la plaque porteuse 10.De cette manière, le bâti désigné par la référence générale 20 peut être déplacé vers le haut et vers le bas en étant guidé par l'extension 19. Un second arbre 27 s'étend horizontalement à travers les deux plaques latérales 21 et 22 et deux leviers 28 dont un seulement est visible sur la figure 1 sont montés pivotant sur cet arbre 27. Les autres extrémités des leviers 28 sont articulées sur les branches 16a et 16b de l'étrier 16 gracie à un arbre 29.Les arbres 27 et 15 sont réunis l'un à l'autre par une paire de ressorts de tension 30 qui exercent une force de rappel tendant à soulever l'arbre 27 et par conséquent le b ti2Q ha figure 1 montre aussi un contact général ou collecteur 31 constitué par une plaque métallique à profil en L et apte à être reliée à une barre omnibus (non représentée); ce collecteur est fixé à la base isolante 2 le long d'une face longitudinale de celle-ci. En face du collecteur, il existe une pluralité de contacts fixes 32 isolés électriqueuent et géométriquement les uns des autres.Ces contacts 32 sont alignés en sens vertical avec les fentes de réception 6 ménagées dans la plaque supérieure 5 et sont susceptibles d'erre reliés à des sources différentes de potentiel, telles que les prises d'un enroulement secondaire d'un transformateur de régulation de tension (non représenté).On notera que les contacts individuels 32 sont constitués également par des plaques métalliques à profil en L0 ha liaison électrique désirée entre le collecteur fixe 31 et l'un des contacts fixes 32 se fait au moyen d'un contact mobile 33 analogue à une barrette (voir figures 3 et 4) he contact mobile 33 est fixé par une vis 35 à la surface inférieure d'un bloc isolant 34 ayant comie section droite celle d'un T renversé.Une rainure longitudinale 36 pratiquée dans la plaque isolante de base 2 qui sépare géométriquement les contacts 31 et 32 les uns des autres sert aussi à recevoir une vis 35 quand le contact mobile 33 est mis en position de fermeture (figure 4) Dans cet état, comme on peut le voir sur la figure 4, le collecteur 31 en L et un contact fixe 32 créent un chemin de passage du courant analogue, dans un certain sens, à une boucle, en coopération avec le contact mobile 33e On a constaté que cette disposition, ainsi que la configuration des contacts 31, 32 et 33, est avantageuse en ce sens que l'arc ou les étincelles qui sont susceptibles de se produire à l'ouverture de la liaison électrique peuvent facilement être soufflées par un champ magnétique qui est établi autour des contacts et qui tend à chasser l'arc vers l'extérieur quand on regarde la figure 4. Â la face supérieure dxl bloc isolant 34 est fixée une plaque métallique 3?, rectangulaire, ayant une largeur supérieure à une partie en saillie de ce bloc isolant 34 de sorte que l'ensemble mobile comprenant le contact 33 > le bloc isolant 34 et la plaque métallique supérieure 37 peut & re supporté ou suspendu, au moyen du btti 20 déjà mentionné. À cet effet, les plaques latérales 21 et 22 sont recourbées à leurs extrémités inférieures, vers l'intérieur, essentiellement à angle droit, afin que les extrémités repliées 21' et 22' se trouvent en dessous des bords latéraux en saillie de la plaque 34. (voir la figure 2) En se reportant aux figures 1 et 5, on voit qu'une plaque d'appui de ressort 25 est supportée de façon pivotante par l'arbre 27 entre les plaques latérales 21 et 22 du bai 20. Un ressort de compression 26 est disposé entre la face inférieure de la plaque d'appui 25 et la face supérieure de la plaque métallique 370 Il est important de noter que la dimension en sens vertical des plaques latérales 21 et 22, c'est-à-dire la distance entre l'arbre 27 et l'extrémité inférieure recourbée vers l'intérieur des plaques latérales 21 et 22 du bati 20 est telle que, en position d'ouverture du commutateur, les extrémités inférieures recourbées vers l'intérieur des plaques latérales 21 et 22 sont effectivement en contact avec la face inférieure de la plaque 37 sous l'action de la force du ressort de compression 26, de sorte que l'ensemble suspendu comprenant le contact mobile est éloigné des contacts fixes 31 et 32, tandis qu'en position de fermeture du commutateur les extrémités inférieures recourbées vers l'intérieur des plaques 21 et 22 ne sont pas en contact avec la surface inférieure de la plaque 37 de sorte que l'ensemble mobile de contact (pièces 33, 34 et 37) peut librement & re mis en position de contact électrique avec les contacts fixes 31 et 32 sous l'effet du ressort 26 Selon une autre caractéristique de l'invention; un moyen d'équilibrage de la pression comprend une plaque 38 ayant des faces latérales pendantes qui couvrent partiellement la partie supérieure de l'ensemble mobile de contact0 Cette plaque 38 est réunie à son extrémité arrière, quand on regarde la figure 3, à l'ensemble mobile de contact au moyen d'un boulon 39 et présente une ouverture rectangulaire 40 à travers laquelle le ressort de compression 26 ainsi que les plaques latérales 21 et 22 du chassies 20 s'étendent comme on le voit mieux sur la figure 1. Chacune des plaques 21 et 22 présente, à son bord avant proche mais espacé vers le haut de la plaque 37, une encoche 41 et 42. Le bord avant de la plaque 38 est tenu par ces encoches 41 et 42 de sorte qu'il est incliné vers le haut et vers la gauche quand on regarde les figures 3 et 4. La plaque de couverture 38 sert à tenir en place les plaques latérales 21 et 22 du châssis 20 et, en plus, à égaliser la pression d'appui du contact mobile 33 sur le collecteur 31 et un contact fixe 32, comme on le décrira plus loin. En se référant à la figure 1 on peut voir qu'une série de trous 43 sont percés dans la plaque de guidage 7 le long et au voisinage de son bord inférieur longitudinal, en alignement, en sens vertical, avec les contacts fixes 32 et les fentes 6 ména géies dans le couvercle supérieur 5 Ces trous sont destinés à recevoir un doigt saillant 44 demi-sphérique monté à l'extrémité libre d'un ressort plat 45 qui est fixé par son autre extrémité à la face arrière de la plaque porteuse coulissante 100 On décrira maintenant le fonctionnement du commutateur de l'invention0 Il est entendu d'abord que l'étrier 16 et les leviers de liaison 28 articulés sur cet étrier constituent avec les ressorts de tension 30 tendus entre les arbres de pivotement 15 et 17 un mécanisme dit à genouillère0 Be point mort de ce mécanisme se trouve sur une ligne passant par les arbres 15 et 27. Be bâti 20 mobile en sens vertical qui est guidé par l'ex- tension de guidage ou la plaque 19 et auquel est suspendu ou qui porte le contact mobile 33 est réuni au mécanisme à genouillère par l'intermédiaire de l'arbre 27. On suppose que le commutateur est en position d'ouverture (figure 3) avec le bouton 18 ainsi que la tige de manoeuvre 17 basculée vers la droite en dehors des feutres de réception ou de repérage 6.L'articulation des leviers 16 et 28 qui correspond à l'arbre de pivotement 29 se trouve sur le côté gauche de la ligne de point mort du mécanisme à genouillère, le bSti 20 ainsi que les contacts mobiles 33 qui sont suspendus étant relevés jusqu'à la limite supérieure définie par le bord inférieur de l'entretoise 13, sous- l'effet des ressorts de tension 30o Ainsi, la totalité de l'unité de comxutation comprenant le mécaniste à genouillère, le bftti mobile verticalement et l'ensemble mobile de contact peut titre déplacé en sens latéral par la manoeuvre du bouton 18 pendant que la plaque porteuse Q est guidée par la plaque de guidage 7 présentant des rails de guidage opposés 8 et 9 qui sont engagés dans les encoches 12.Quand l'unité de commutation atteint la position où l'on désire une liaison électrique entre un contact fixe et le collecteur, et que lton peut repérer exactement par la coopération du trou 43 et du doigt demi-sphérique en saillie 44, on fait basculer en forçant le bouton 18 et la tige de manoeuvre 17 dans la fente de réception 6 correspondante, autour de l'arbre fixe 15 contre la force des ressorts de tension 30, afin que le bâti 20 auquel est suspendu l'ensemble mobile de contact soit abaissé jusqu'à rencontrer le collecteur 31 et le contact fixe choisi 32.Quand le point d'articulation des leviers 16 et 28 qui correspond à l'arbre 29-dépasse la ligne de point mort ou l'axe longitudinal de chaque ressort de tension 30, le mécanisme à genouillère atteint automatiquement la position visible sur la figure 4 sous l'effet des ressorts de tension 30, position dans laquelle le bEti 20 est repoussé jusqu'à sa position la plus inférieure et le contact mobile 33 est pressé contre les contacts fixes 31 et 32, à la manière d'une barrette, sous l'effet du puissant ressort de compression 26. On remarquera que pendant cette phase de fermeture, un effet très avantageux se produit. Plus exactement, on se rappellera que l'encoche inférieure 12 est plus large que l'encoche supérieure 42 et plus grande que l'épaisseur du rail de guidage 9.En conséquence, quand on fait tourner la tige 17 en sens inverse des aiguilles d'une montre à partir de la position d'ouverture, visible sur la figure 3, pour commencer à produire l'opération de fermeture, la plaque porteuse 10 bascule d'abord en sens anti-horaire par rapport au rail de guidage supérieur 8 autant que la largeur de l'encoche inférieure 12' le permet Du fait de la poursuite de la rotation de la tige 17 à l'intérieur de la fente 6, le contact mobile 33 rencontre le collecteur 31 et un des contacts fixes 320 On notera que les longueurs des leviers 16 à 28 sont choisies pour que cette rencontre ait lieu avant que le point d'articulation 29 dépasse la ligne de point mort, La continuation de la rotation de la tige de manoeuvre 17 provoque après cela l'abaissement du btti 20 et la compression du ressort 26, ce qui accrort la pression d'appui des contacts 31, 32 et 33. Quand le point d'articulation 29 a dépassé la ligne de point mort dans son mouvement vers la droite quand on regarde la figure 3, la pression d'appui exercée par le ressort de compression 26 crée une composante horizontale dans l'ensemble mobile de contact dans la direction indiquée par une flèche 50 sur la figure 4, en raison de ce que la plaque porteuse 10 a basculé p1 s en sens anti-horaire comme on l'a expliqué un peu haut.Cette composante horizontale de la force du ressort de compression oblige le contact 33 à glisser ou à se déplacer vers la gauche, quand on regarde les figures 3 et 4, jusqu'à atteindre une position d'équilibre dans laquelle seule une force verticale d'appui s'exerce sur ce contact 33. Grtce à cette action de balayage, la surface de contact des diverses pièces est maintenue propre, exempte de poussière et de saleté ou de corps étrangers analogues qui seraient susceptibles de produire un arc ou des étincelles indésirables et d'accroStre la résistance de contact. Le ressort 45 contribue dans une certaine mesure au renforcement de cette action de balayage. Pour que l'on obtienne une action de balayage régulière, la grandeur de la composante horizontale ainsi que celle de la composante verticale exercée sur le contact mobile 33, doivent entre les mimes vis-à-vis du collecteur et des contacts fixes. On obtient ce résultat grâce à la plaque de couverture 38 mentionnée plus haut sans laquelle on constate que la force d'appui du contact mobile 33 sur le collecteur 31 tend.à devenir plus grande que sur le contact fixe 32, ce qui a pour conséquence que l'action de balayage ou le mouvement de glissement horizontal du contact mobile 33 se fait sans douceur et sans régularité. La rotation en sens anti-horaire du point d'articulation 29 est arrêtée par les bords 21a et 22a du bati 20. On vient de décrire un mode de réalisation préféré de l'inventione On notera toutefois que ceci n1 est qu'un exemple et que de nombreuses modifications ou variantes de détail peuvent tre facilement conçues par l'homme de l'art sans que l'on sorte du cadre ni de l'esprit de l'invention0 Par exemple, des galets, des glissières ou des chemins à bille pourraient eAtre utilisés à la place des encoches 12. En outre, comme moyens de guidage du mouvement vertical du bati 20 on pourrait adopter une rainure pratiquée dans la plaque porteuse 100 RE VENI? I CÂ T IONS la Commutateur électrique comprenant un collecteur général fixe, une pluralité de contacts individuels fixes, un contact mobile apte à mettre électriquement et sélectivement l'un des contacts fixes en liaison électrique avec le collecteur, caractérisé en ce que les contacts fixes sont disposés le long d'une ligne droite, espacés les uns des autres, sur une base électriquement isolante faisant partie d'un bottier, le collecteur est constitué par une bande allongée électriquement conductrice montée sur la bande isolante en face et au meme niveau que la rangée des contacts individuels qui sont isolés électriquement de ce collecteur, le contact mobile est supporté au-dessus du collecteur et de la rangée des contacts individuels par un bati qui est lui-mtme supporté par un organe porteur avec une possibilité de déplacement dans un sens de rapprochement et d'éloignement de la base, l'organe porteur est déplaçable au-dessus et le long de la rangée des contacts individuels et du collecteur quand le commutateur est en position d'ouverture, un mécanisme de verrouillage à genouillère est monté sur l'organe porteur pour déplacer le bati et le contact mobile afin de réunir électriquement à la manière d'une barrette le collecteur et l'un quelconque désiré des contacts individuels0 2o Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter ayant une base isolante allongée est une bofte rectangulaire ayant des parois latérales dressées fixées à la base par leurs extrémités inférieures et réunies ltune à l'autre par leurs extrémités supérieures au moyen d'une plaque supérieure de couverture, ces parois dressées étant en plus réunies l'une à l'autre sur l'un de leurs côtEs par une traverse qui est pourvue de glissiOres le long de ses bords supérieur et inférieures la plaque porteuse pouvant être déplacée tout en étant dirigée par ces glissières et en meme temps supportée avec une possibilité d'oscillation, dans une certaine mesure, par rapport à la glissière supérieure0 3.Commutateur selon les deux revendications 1 et 2 réunies caractérisé en ce que la plaque supérieure de couverture présente le long de son bord longitudinal une pluralité de fentes qui sont alignées en sens vertical avec les contacts individuels0 4. Commutateur selon les revendications 1 à 3 réunies, caractérisé en ce. que le mécanisme de verrouillage à genouillère comprend un étrier monté oscillant dans sa zone médiane par rapport à un bras au moyen d'un premier arbre, ce bras étant fixé sur la plaque porteuse, une paire de leviers de liaison articulés respectivement par leurs extrémités libres sur les branches de l'étrier tandis que leurs autres extrémités sont articulées par rapport au bti au moyen d'un second arbre, ce premier et ce second arbres étant réunis l'un à l'autre par des ressorts de tension qui s'étendent le long d'une ligne sur laquelle se trouve le point mort du mécanisme à genouillère. 5. Commutateur selon les revendications 3 et 4 réunies caractérisé en ce que 11 étrier porte une tige de manoeuvre du mécanisme à genouillère fixée à la traverse de l'étrier, cette tige s'étendant vers le haut au-delà de la plaque supérieure de couverture et étant apte à etre introduites dans l'une des fentes de cette plaque uniquement quand le commutateur est mis en position de fermeture 60 Commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bâti comprend deux plaques latérales disposées parallèlement et réunies l'une à l'autre par un élément de liaison qui sert à guider le mouvement vertical du bâti le long de la surface de la plaque porteuse, ces plaques latérales étant aptes à porter de manière détachable l'ensemble à contact mobile, une plaque d'appui d'un ressort est montée oscillante sur le second arbre entre les plaques latérales et un ressort de compression est disposé verticalement entre la plaque d'appui et la surface supérieure de l'ensemble à contact mobile. 7. Commutateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance entre le second arbre et les extrémités inférieures recourbées vers l'intérieur des plaques latérales est telle que, dans la position de fermeture du commutateur, la suspension de l'ensemble à contact mobile est libre de sorte que cet ensemble peut être mis librement dans sa position de liaison électrique entre le collecteur et l'un des contacts individuels sous l'effet du ressort de compression. 80 Commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'axe longitudinal du ressort de compression et le plan vertical de la plaque porteuse oscillant à un certain degré par rapport à la tranche supérieure de cette plaque, sont disposés l'un par rapport i l'autre de telle façon qu'une composante de la force du ressort de compression est produite en plus de la force tendant à appliquer l'ensemble à contact mobile sur le collecteur et l'un des contacts individuels, de sorte que le contact mobile effectue un mouvement de balayage au-dessus du collecteur et du contact individuel choisi quand on met le commutateur en position de fermeture0 9. Commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un organe d'équilibre des forces est disposé pour égaliser la pression avec laquelle le ressort de compression applique le contact mobile contre le collecteur et l'un des contacts individuels0 100 Commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un doigt d'indexation facilite le repérage en position du contact mobile par rapport au contact individuel choisi.