Brevet FR2254873A1 — publié le 19750711

L'invention concerne les relais du type électromagnétique, c'est-à-dire ceux dans lesquels un enroulement électrique alimenté en courant continu produit dans un noyau ferromagnétique une induction susceptible de mouvoir une armature ferromagnétique qui entraine dans son mouvement une lame mobile,flexible, supportant un-contact mobile au moins.Ce contact mobile vient appuyer sur un contact fixe ou s'en sépare selon le courant appliqué à l'enroulement L'invention s'applique notamment aux relais électromagnétiques bistables, ctest-å-dire ceux dans lesquels le contact mobile partant d'une première position stable est mû dans une deuxième position stable par application d'un courant électrique à un enroulement et reste dans cette deuxième position lorsque l'on supprime ce courant électriqe. I1 est donc prévu un deuxième enroulement qui permet, lorsqu'on lui applique un courant éle trique, de faire revenir le contact à ladite première position où il reste,m9me après suppression du courant électrique dans le deuxième enroulement. Dans certaines applications on a besoin de tels relais, à hautes performances, et capables de résister -à des contraintes d'environnement très sévères. Ceci est. le cas en particulier-dans les applications aéronautiques et spatiales où on doit pouvoir disposer de relais à fort pouvoir de coupure, sous un volume très réduit, et pouvant subir sans ouverture intempestive des vibrations et accélérations allant jusqu'à 50 g. Le problème qui se pose est la conciliation de ces divers facteurs de la qualité d'un tel relais. Aucune solution n'a encore été apportée à ce problème, et les relais utilisés habituellement dans les applications précitées ont un encombrement notable pour un pouvoir de coupure limité. En outre leur fiabilité laisse à désirer par suite d'un blocage insuffisant des contacts dans leur position stable, ouverte ou fermée, qui entraine des fermetures ou ouvertures intempestives lors des fortes accélérations. Leur durée de vie est d'autre-part limitée s'ils doivent fonctionner sous une forte tension à l'ouverture et laisser passer un fort courant àla fer meture, ceci à cause des arcs de coupure qui apparaissent entre les contacts fixes et mobiles et produisent une usure de ces contacts par échauffement et même par fusion. La présente invention propose, pour remédier aux divers inconvénients qu'on a décrits-, et pour réaliser un relais de performances très supérieures à celles des relais actuellement existants, l'adjonction de moyens pour augmenter la rigidité de l'ensemble des pièces constitutives du relais et la résistance à l'ouverture intempestive des contacts par suite des vibrations dues aux conditions d'environnement. Le relais selon l'invention comprend : un circuit magnétique principal comportant deux enroulements coaxiaux dans lesquels est plongé un noyau, des pièces polaires fixées à chaque extrémité du noyau et une armature ferromagnétique mobile supportant deux lames flexibleschacune supportant une barrette de contact mobile. L'armature mobile est attirée par l'une ou l'au- tre des pièces polaires lors de l'application d'un courant à l'un ou l'autre des enroulements électriques. Chaque barrette de contact mobile peut venir appuyer sur deux contacts fixes reliés à des broches de connexion extérieure courdc;ircuitant celles-ci pour une position stable (parmi les deux positions stables possibles) de l'armature.Ce dispositif constitue une double coupure en série, réduisant l'intervalle entre contact fixe et contact mobile de moitié pour un même pouvoir de coupure. Pour l'autre position stable de l'armature, l'autre barrette vient court-circuiter deux autres ccntacts fixes reliés à deux autres broches de connexion extérieure. Un aimant est disposé entre les pièces polaires du circuit magnétique pour maintenir l'armature contre l'une ou l'autre des pièces polaires, avec lesquelles elle peut venir en contact, même en l'absence de courant électrique dans les enroulements. On a ainsi un verrouillage magnétique qui maintient en position stable I'armature,donc les contacts mobiles1en l'absence de courant et évite l'ouverture ou la fermeture de ces contacts en présence de vibrations fortes. Les lames flexibles supportant les barrettes de contact sont. solidaires de contre-lames de rigidité plus forte-que les lames flexibles et sont soutenues par ces contre-lames. Le noyau ferromagnétique, fixé aux pièces polaires, est également soudé au capot de protection du relais, lequel capot est soudé sur l'embase embrochable du relais, ceci pour assurer la rigidité de l'ensemble du circuit magnétique dans le capot de protection. Il a été constaté expérimentalement que ces moyens mis en oeuvre pour augmenter la fiabilité du relais doivent nécessairemuent être utilisés conjointement pour parvenir au-résultat cher ché : faible encombrement, fort pouvoir de coupure, résistance à de fortes accélérations. La description qui suit expose plus en détail un exemple non limitatif de réalisation possible de l'invention; elle se réfère aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue de face en coupe du relais suivant la ligne médiane de la figure 2 ; - la figure ? représente une vue de coté du relaisde la figure 1 ; la la figure 3 représente le boîtier du relais des figu- res 1 et 2, avec l'embase et les points de'soudure sur le noyau. Le relais selon l'invention est représenté en coup-e sur la figure 1. Il comprend une bobine 1, à deux enroulements coaxiaux, possédant quatre fils de sortie dont deux seulement sont représentés (3 et 5), et, plongeant dans cette bobine, un noyau cylindrique 7 de fer doux. La bobine est enserrée entre deux pièces polaires 9 et 11, en forme de plaques recourbées à une extrémité, présentant une ouverture pour le passage d'une extrémité du noyau 7 et sur lesquelles sont serties les extrémités du noyau. Une armature 13 en matériau ferromagnétique, en forme de V très ouvert (différent de 1800) est supportée par un bloc isolant 15 pivotant autour d'un axe 17. L'axe est supporté-par des paliers non représentés venant stemboSter dans des ouvertures prévues à cet effet sur deux joues de maintien 19. Ces joues 19 servent à maintenir l'ensemble du relais sur ltembase embrochable 52 (représentée à la figure 3) et sont soudées au circuit magnétique, sur les tranches des pièces polaires 9 et 11, et sur cette embase. Deux lames flexibles métalliques 23 et 25 supportant à leur extrémité des barrettes de contact 27 et 29 conductrices de ltélectricité, deux contre-lames plus rigides 31 et 33, dites ci-après contre-lames rigides, et des plaques de matière isolante 39, 41 sont assemblées avec le bloc isolant 15 au moyen dtun étrier 21 dont les extrémités des branches sont soudées sur les tranches de l'armature 13 supporte par le bloc isolant. Les barrettes de contact 27 et 29 sont fixées au moyen de rivets 35,37, aux lames flexibles 23 et 25. Lors du mouvement du bloc isolant et de l'armature, elles viennent én-contact chacune avec deux contacts fixes (non représentés) pour fermer un circuit extérieur connecté à ces contacts. On réalise ainsi une double coupure en série, qui permet de diminuer- l'intervalle entre contacts mobiles et contacts fixes et de le rendre égal à la moitié de la distance d'isolement entre contacts nécessaire pour supporter la tension à commuter. Les extrémité-s de l'armature 13 peuvent venir en contact avec la partie recourbée-del'une ou l'autre des pièces polaires 9 et 11 lorsque le bloc isolant et l'armature pivotent autour de l'axe 17. Les lames flexibles sont soudées aux contre-lames rigides, la surface de la contre-lame rigide étant inférieure à celle de ia lame flexible, de manière que la contre-lame rigide supporte la lame flexible sur une partie de sa longueur seuiement. La plaque isolante 39 sépare les deux ensembles lame fle-xible - contre-lame rigide. La plaque isolante 41 isole la contre-lame rigide inférieure de ltétrier 21 de manière à isoler électriquement les barrettes de contact 27 et 29 d,es autres parties métalliques durelais. Les contre-lames rigides constituent un des moyens anti-vibratoire du relais selon ltinvention, en empêchant une flexibilité trop grande des lames qui supportent les barrettes de contact et empêchant une résonnance possible de ces lames. Un aimant 43 repose sur les parties recourbées des pièces polaires 9 et 11, coincé entre ces pièces polaires et la bobine 1, un premier pôle de l'aimant étant à proximité de (mais non en contact avec) l'armature 13. Cet aimant 43 a une forme par ticulière : approximativement en T dont la jambe verticale 45 est de longueur faible 'par rapport à la barre horizontale . La jambe verticale 45 constitue ledit premier pôle de l'aimant. Les extrémités 47 et 49 de la barre horizontale du T consti tuent lue deuxième pôle-de l'aimant 43 et reposent chacune sur une des pièces polaires, respectivement 9 et 11. Cet aimant 43 constitue le verrouillage magnétique des contacts : en effet, l'armature ferromagnétique 13 reste en contact, soit d'un côté, soit de l'autre selon le dernier cou rant qui a été appliqué à la bobine, avec les pièces polaires' 9 et Il qui constituent un pôle d'aimant lorsqu'aucun courant n'est appliqué à la bobine puisque ces pièces polaires sont en contact avec ledit deuxième pôle de l'aimant. La bobine comporte quatre fils de sortie constituant deux commandes du relais bistable : fermeture par l'une ou l'autre des barrettes de contact 27 et 29 de l'un ou l'autre des deux circuits extérieurs, connectés aux doubles contacts fixes (non représentés). Deux de ces fils vont au premier enroulement, les deux autres vont au deuxième enroulement. Lors de l'application d'un courant électrique à l'un des enroulements de la bobine '1, pour faire basculer le r?lais'de sa première position, stable, à une deuxième position stable, une induction est créée dàns la bobine, donc dans le noyau. Si l'armature 13 est initialement en contact par exemple avec la pièce polaire 9, l'enroulement correspondant devra créer sur cette pièce polaire 9 un pôle de même nom que celui qui était créé sur cette même pièce polaire par l'aimant' perma- nent en l'absence de courant. L'armature 13 sera donc repoussée de la pièce polaire 9 et sera par contre attirée par la pièce polaire Il sur laquelle l'enroulement crée un pôle de nom contraire. Le basculement de l'armature entraine celui du bloc de pivotement 15 autour de l'axe 17 et donc celui des lames flexibles et contre-lames rigides supportant les barrettes de contact La barrette de contact 29 qui était maintenue contre les contacts fixes correspondants pour court-circui-ter les broches de sortie auxquels ils sont reliés, se sépare doncdecescoiitacts et ouvre le circuit connectE à ces broches. La barrette de contact 27 vient de son côté en contact avec les contacts fixes correspondants de son coté. L'ensemble pivotant (armature et barrettes de contact notamment) reste dans cette position stable, quand le courant cesse d'être maintenu dans l'enroulement en question. En effet l'aimant permanent 43 supplée l'absence de courant dans l'enroulement pour créer un-pôle sur la pièce polaire i1 et exercer une force sur l'armature 13 pour la maintenir en contact avec la pièce polaire 11. Le champ magnétique se referme en effet dans un circuit perméable et les forces de collage sont importantes en l'absence de champ contraire du à un courant dans la bobine 1. lia figure 3 représente le capot 50 non ferroma- gnétique, de préférence en cupronickel, du relais; ce capot est soudé sur l'embase 52 de façon à assurer l'étanchéité de l'en semblé. Le relais- disposé à l'intérieur est représenté schématiquement en pointillé, avec son embase 52 sur laquelle sont disposées les broches de eommande des enroulements (53-55) et les broches court-circuitées par les barrettes de contact (57-59). le capot est soudé tout autour de l'embase 52 et de l'azote sec à pression atmosphérique est introduit à 1'intérieur du relais par une méthode appropriée selon l'art anté- rieur. D'autre part, le capot est soudé per points, en une seule opération aux deux extrémités du noyau ferromagnétique 7 délia bobine, qui sont elles-m8nes serties dans les pièces polaires 9 e.t 11 munies d'une ouverture à cet effet. Le circuit magnétique est -ainsi immobilisé avec un maximum d'efficacité dans le capot. les points de soudure sont indiqués sur la figure 3,par les flè ches 60 et 62; le noyau'a exactement la dimension intérieure du capot. Enfin, sur le capot sont soudées des équerres munies de trous, pour la fixation du relais dans le système d'utilisation autrement que, par sa seule embase embrochable 52. Ces équerres ne sont pas représentées. les contacts mobiles 27 et 29 sont maintenus, on l'a vu, par les lames flexibles 23 et 25 celles-ci sont avantageusement cambrées et reposent sur les contre lames rigides. Une flexion ne peut se produire qu'au delà d'une pression de -100 grammes environ. Ce système est dans une large gamme apériodique, la fréquence propre de la contre lame étant rejetée à une valeur très éievée. Toutes les pièces mobiles sont équilibrées de sorte qu'elles subissent peu d'effort9 tendant à les faire pivoter autour de leur ase, même en-présence d'accélérations ou de viErations. La combinaison des dispositifs antivibratoires selon l'invention, précédemment décrits, est particulièrement applicable aux relais utilisés dans les domaines aéronautiques et spatiaux. les résultats obtenus pour les performances d'un relais selon l'invention ont montré l'intérêt des dispositifs décrits puisqu'ont été obtenues conjointement les valeurs remarquables suivantes: Pouvoir de coupure: 30 ampères sous 50 volts sans incident pendant 15 000 manoeuvres après quoi les essais ont été stoppés. Volume de l'ensemble du relais: 2,54 cm-x 3k,81 cx (1 pouce x 1,5 pouce). Distance entre contacts fixes et barrette de contact mobile 1,2 mm (donc 2,4 mm entre, contacts fixes). Vibrations à 2700 Hz: jusqu1à 50 g sans ouverture (2700 Uz: fréquence de résonnance de la lame flexible supportant la barette). REVENDICATIONS 1. Relais électro-magnétique stable anti-vibratoire dont le circuit magnétique comporte une bobine dans laquelle est plonge un noyau de fer doux, des pieces polaires fixées à chaque extrémité de ce noyau, une armature pivotante en matériau magnétique, au moines une lame flexible solidaire de l'armature et supportant un contact mobile, susceptible de venir en contact avec au moins un contact fixe, et un capot de protection caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un verrouillage magnétique à aimant permanent pour maintenir de façon stable les contacts fixe et mobile du relais en position fermée ou ouverte selon le courant de commande qui,a été appliqué en dernier à la bobine et empêcher ainsi des vibrations des contacts pouvant provoquer une ouverture ou une fermeture intempestive des condrtS une contre-lame. rigide supportant ladite lame flexible sur une partie de la surface de cette lame flexible pour-amortir ses vibrations, et. moyen pour fixer ledit noyau, lui-même fixé aux pièces polaires, sur le capot ffe protection du relais pour ac -croStre la rigidité de l'ensemble. 2. Relais électro-magnét.ique- selon la revendication 1., caractérisé en ce que la fixation du noyau sur le capot de protection du relais comporte une soudure-à chaque extrémité du noyau. 3. Relais électro-magnétique selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que ledit aimant permanent à une forme en T, la barre horizontale étant grande devant la barre verticale,-les extrémités de la barre horizontale formant un premier pôle de l'aimant, et l'extrémité de la barre verticale formant le deuxième pâle de l'aimant. 4. Relais électro-magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite armature a sensiblement la forme d'un V très ouvert, les extrémités du V pouvant venir en contact soit avec l'une soit avec l'autre desdites pièces polaires pour assurer le verrouillage magnétique. 5. Relais électro-magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le contact mobile est une barrette de contact conductrice de l'électricité, qui peut venir court-circuiter deux contacts fixes, ceci de manière à réaliser une double coupure en série, réduisant le trajet que doit parcourir le contact mobile pour venir en contact avec le contact fixe.