Brevet FR2306518A1 — publié le 19761029

La présente invention concerne en général des dispositifs commutateurs à lames (couramment appelés dans la pratique "commu tateurs reed") tels que ceux représentés dans la demande de brevet des Etats-'Jnis d'Amérique n 404.612 déposée le 9 octobre 197) sous le titre : "Contact à lames avec section intermédiaire à feuille mince" , au nom de la demanderesse. Dans le passé, les commutateurs électromagnétiques à lames étaient relativement complexes et volumineux. La plupart des dispositifs commutateurs électromagnétiques à lames comprennent une bobine mais n'ont pas de noyau, ev, la bobine est séparée de l'en- veloppe support des lames. Des dispositifs caractéristiques de ce type sont représentés dans les brevets dés Etats-Unis d'Amérique n 2.898.422, 3.218.406, 2.957.961, 2.505.474 et 2.655.199 entre autres. En outre, la plupart des commutateurs à lames qui ne sont pas actionnés par un aimant permanent mais qui utilisent une bobine d'excitation ont les lames montées s'étendant à partir des extrémité tés opposées de l'enveloppe. Des exceptions à cette disposition sont représentées dans les brevets des Etats-Unis d1Arn.érique n 3.247.343, 3.218.406 et 5.285.274. En général, ces brevets décri- vent des lames parallèles s'étendant à partir de la trime extrémi- té de l'enveloppe et montées à proximité l'une de l'autre dans une embase unique.Dans le passé, il était courant de fabriquer les deux lames en matériau magnétique. En outre, dans le passé,on assurait une flexibilité supplémentaire à la lame en prévoyant une Dar- tie ayant une épaisseur inférieure à celle de la partie principale de la lame comme cela est décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3.218.406, 3.283.274 et 3.258.557. Toutefois, ce n'était pas la coutume de monter un électro-aimant comprenant 12 bobine et le noyau de sorte qu'il s'étende dans la même direction générale et à proximité d'une lame telle qu'une lame non magnétique et une lame magnétique. Ainsi, on remarquera que, dans la plupart des cas, l'ap- plication d'une bobine est courante mais l'emploi d'une bobine et d'un noyau en relation avec les lames elles-mêmes n'est pas cou rante. Le but de l'emploi de lames en matériau magnétique est évident du ai' quelles servent elles-mêmes de iioyau pour transfé- rer le flux de l'une à l'autre et ainsi s'attirant et venant en contact l'une avec l'autre. I1 est fait largement état de l'emploi d'un noyau en relation avec une bobine et une lame dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 2.653.199 et 2.303.474. Les dispositifs représentés par ces deux derniers brevets, toutefois, ne permettent en aucune manière une réduction suffisante des dimensions par rapport à ce qui est connu présentement dans la technique pas plus qu'ils n'utilisent la relation du noyau, de la bobine et de la lame selon la présente invention. En plus de ce qui précède, les électro-aimants, lorsqu'ils sont utilises en commutation, sont généralement relativement complexes et ont une faible aptitude à concentrer le champ magnétique. Dans la plupart des cas, les bobines sont utilisées seulement pour produire un champ magnétique important dans la zone occupée par la bobine. Très peu de tentatives ont été faites pour concentrer le champ magnétique en un point spécifique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2.653.199 présente une tentative faite dans ce sens. Les bobines magnétiques utilisées pour la commutation de lames n'ont généralement pas, à ltexception possible du brevet n" 2.653.199, tenté d'utiliser un élément formant un noyau qui concentre un champ de flux.Le brevet des Etats-Unis nO 1.972.319 présente l'idée d'entourer d'un enroulement de fil un élément formant un noyau central chacun étant isolé l'un par rapport à l'autre. On pourrait dire que l'enroulement dans ce brevet agit autour de l'élément formant le noyau intérieur, bien que dans ce cas, on n'ait pas tenté d'utiliser le procédé pour diriger un champ magnétique en un point de la même manière que dans la présente invention. C'est donc un objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui permet une plus grande réduction des dimensions et un accroissement des capacités de conduction par rapport à l'art antérieur. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui peut être fabriqué aisément et de façon peu coûteuse. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui a une durée de vie supérieure et peut supporter des efforts et des contraintes importants. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames dans lequel sont incorporées une lame conductrice magnétique et une lame conductrice non magnétique assurant ainsi une fermeture et une coupure de contact rapides qui ne pouvaient pas être atteintes avec les commutateurs à lames de l'art antérieur dans lesquels les lames sont toutes les deux en matériau conducteur magnétique. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui est sensiblement plan,utilisant principalement deux dimensions. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames offrant de nombreuses options de fonctionnement comprenant diverses combinaisons ferméouvert. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui a un temps de fermeture extrêmement rapide. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames dans lequel l'élément servant de ressort de la lame a été formé à froid de façon à changer complètement la structure cristalline du métal dans la zone du formage à froid pour constituer un ressort assurant un long usage et extrêmement flexible. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames ayant ses contacts à la meme extrémité de la capsule permettant ainsi une réduction appréciable de ses dimensions. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames dans lequel sont incorporés plusieurs électro-aimants pour la commande de fermeture et d'ouverture. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui a une forte action de fermeture de façon à écraser ou casser d'une autre manière tout dépôt étranger , augmentant aussi la longévité du commutateur et éliminant les défauts de fonctionnement dus à l'accumulation de carbone. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui a de bonnes caractéristiques de frottement des contacts. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur à lames qui améliore ses caractéristiques de conductivité à l'usage. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames qui peut être adapté à de nombreuses formes et types. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames pouvant être utilisé dans une configuration et dans des combinaisons linéaires et radiales. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un électro-aimant destiné à être utilisé avec des dispositifs commutateurs à lames au moyen duquel le champ de force peut être concentré en un point spécifique pour effectuer le contact des lames. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un commutateur électromagnétique à lames comportant un noyau et un enroulement disposé autour et qui peut être cintré ou avoir une forme conique, cylindrique ou d'autres configurations d'où il résulte que l'extrémité du noyau servira de point de concentration pour le champ magnétique. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un électro-aimant pour des commutateurs à lames comportant un noyau et un enroulement disposé autour de ce noyau dans lequel l'électro-aimant forme une spirale d'Archimède ou un anneau, une extrémité au moins du noyau étant positionnée de façon à diriger le champ magnétique pour assurer la commutation d'une lame magnétique. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un électro-aimant pour des commutateurs à lames comportant une bobine et un noyau dans lequel les extrémités du noyau sont dirigées l'une vers l'autre dans le but d'actionner des dispositifs à lames. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un électro-aimant comportant un noyau qui est conducteur et qui sert lui-même de conducteur, le noyau ayant une extrémité dirigée de façon à concentrer un flux pour attirer une lame magnétique vers l'extrémité du noyau, cette extrémité du noyau étant elle même une surface de contact pour la lame magnétique. Donc, en résumé, la présente invention concerne des commutateurs électromagnétiques à lames et des électro-aimants pour ceux-ci comprenant une bobine,un noyau et une lame qui per mettent une réduction appréciable de dimensions par rapport aux dispositifs commutateurs à lames actuels tout en maintenant sensi blement les mêmes possibilités et capacités. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci joints dans lesquels La figure 1A est une vue de profil, en élévation, d'un mode de réalisation de la présente invention; La figure 1B est une vue agrandie, partielle, en coupe du mode de réalisation de la figure 1A suivant les lignes la-la, vu dans la direction des flèches; La figure 2 est une vue en coupe du mode de réalisa tion de la figure 1A suivant les lignes 2-2 et vu dans la direc tion des flèches; La figure 3 est une vue de profil, en élévation, en coupe représentant un autre mode de réalisation de la présente invention; La figure 4 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 3 suivant les lignes 4-4 et vu dans la direction des flèches;; La figure 5 est une vue de profil, en élévation, en coupe, d'un autre mode de réalisation de la présente invention; - La figure 6 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 5, suivant les lignes 6-6 et vu dans la direction des flèches; Les figures 7, 8, 9 et 10 sont des vues en coupe d'au tres modes de réalisation de la présente invention; La figure 11 représente un autre mode de réalisation de la présente invention en coupe; La figure 12 est une vue en coupe du mode de réalisa tion représenté dans la figure 11 suivant les lignes 12-12 et vu dans la direction des flèches; La figure 13 est une vue en élévation, en coupe d'un autre mode de réalisation de la présente invention;; La figure 14 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 13 suivant les lignes 14-14 et vu dans la direction des flèches; La figure 15 est une vue en élévation, en coupe, représentant un autre mode de réalisation de la présente invention; La figure 16 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 15 suivant la ligne 16-16 et vu dans la direction des flèches; Les figures 17, 18 et 19 sont des vues en élévation en coupe, représentant d'autres modes de réalisation de la présente invention; La figure 20 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 19 suivant les lignes 20-20 et vu dans la direction des flèches; La figure 21 est une vue partielle, de dessus, en plan, d'un autre mode de réalisation de la présente invention;; La figure 22 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 21 suivant les lignes 22-22 et vu dans la direction des flèches; La figure 23 est une vue en coupe, en plan, de dessus d'un autre mode de réalisation de la présente invention. La coupe est effectuée en dessous de la surface supérieure du couvercle; et Les figures 24 et 25 sont des vues en coupe du mode de réalisation représenté dans la figure 23, suivant les lignes 24-24 et 25-25 respectivement et vu dans la direction des flèches. Dans ces figures,la surface supérieure du couvercle est représentée. Dans la figure 1, la capsule du commutateur est désignée en général par la lettre S. La capsule S comprend une embase 2 et un couvercle 4. L'embase 2 et le couvercle 4 peuvent être en céramique, en matière plastique en verre ou analogues. Dans l'embase 2,se trouve une lame magnétique conductrice 6 et une lame conductrice non magnétique 8, disposées côte-à-côte, généralement parallèles. A proximité de la lame non magnétique, est monté un aimant 10 comprenant un noyau 12 autour duquel est disposé un enroulement 14 se terminant par des bornes 15 des fils d'alimentation 16. L'enroulement 14 est un enroulement de fil isolé classique, pour électro-aimant, le nombre désiré de tours étant enroulé autour du noyau 12 de façon à produire un champ magnétique suffisant à l'extrémité 18 du noyau 12.Le noyau lui-même est en un ma tériau classique pour noyaux électromagnétiques tel que du fer, du nickel ou des alliages analogues. Le matériau du noyau peut être sensiblement conducteur ou être revêtu d'un matériau conducteur dans des buts que l'on décrira ci-après. La lame magnétique 6 comprend une partie formant une feuille mince 20 servant d'articulation de moins de 0,07 mm d'épaisseur environ, du type décrit dans la demande de brevet au nom de la demanderesse,mentionnée ci-dessus. On remarquera que les lames 6 et 8 traversent embase 2 pour permettre la connexion électrique. I1 est maintenant évident que, par suite de l'excita- tion de l'enroulement 14, le noyau 12 va être rendu magnétique et le champ de force sera concentré autour due ltextrémité 18 de façon à attirer la lame magnétique 6 vers la lame non magnétique 8 pour fermer ainsi un circuit. Dans la figure 3, on remarquera qu'une paire de lames 6 est utilisée en relation avec une paire de lames 8 sur chaque côté d'électro-aimant 10. Sur la gauche, la lame non magnétique 8 est disposée entre l'électro-aimant 10 et la lame magnétique 6 tandis que sur la droite la lame magnétique est disposée entre l'électro-aimant 10 et la lame non magnétique 8. La lame non magnétique 8 comporte une extrémité cintrée 22. Par suite de l'excitation de l'électro-aimant 10, la lame magnétique 6 sera attirée vers l'électro-aimant 10 pour fermer un circuit sur la gauche et pour ouvrir un circuit sur la droite. Le noyau 12 peut avoir son extrémité 24 aplatie ou mise sous une autre forme pour former un T et fournir un meilleur champ de force. Dans la figure 5, embase 2 comprend deux électroaimants 10. Une lame magnétique 6 est disposée entre deux lames non magnétiques 8 les électro-aimants 10 étant dirigés face à face et à l'extérieur des lames non magnétiques 8. En fonctionnement, la lame magnétique 6 est attirée soit vers la gauche soit vers la droite de la lame non magnétique suivant celui des deux électroaimants 10 qui est alimenté. Dans la disposition représentée dans la figure 7, une lame conductrice non magnétique 30 est représentée comme étant plus large que les lames non magnétiques 6 et en contact avec celles-ci. La position en pointillés indique la position des lames magnétiques 6 quand l'électro-aimant 10 est alimenté. La figure 8 représente une inversion de la position des lames magnétiques 6 et de la lame non magnétique 30. Dans la figure 7, les circuits sont ouverts tandis que dans la figure 8, les circuits sont fermés. I1 est évident que la lame magnétique 6 peut être une lame large 30 venant contre ou s'écartant de deux ou plusieurs lames non magnétiques 8. Dans les figures 9 et 10, les lames 6 établissent le contact comme dans la figure 9 ou coupent le contact comme dans la figure 10 avec un manchon 32. Le manchon 32 est conducteur et il est relié à un fil électrique 33 d'alimentation traversant l'em- base 2. Au lieu d'un manchon 32, une cage, ou un anneau supporté par des montants pourrait être utilisée. Dans les figures 11 à 17, les électro-aimants 34 au lieu d'être analogues à des montants comme dans les figures 1 à 10, sont enroulés ou ont une forme hélicofdale. Les figures 11 et 12 représentent l'électro-aimant 34 ayant une forme conique. Le noyau de l'électro-aimant 34 comporte une partie d'extrémité formant une borne 36 et le noyau lui-même est conducteur. On remarquera également que les électro-aimants des figures 15 et 16 comportent également des extrémités formant des bornes 36 qui dépassent pour être reliées à des fils d'alimentation électrique, les électro-aimants 34 ayant des noyaux conducteurs. Dams les figures 11, 12, 15 et 16, les lames magnétiques 6 se ferment contre les extrémités servant de contacts 37 des noyaux conducteurs des électro-aimants 34 pour fermer un circuit.Dans les figures 13, 14 et 17, les lames magnétiques 6 viennent en contact avec une lame non magnétique ou avec des lames magnétiques 8 suivant le cas pour fermer un circuit. Le bobinage de l'électro-aimant 34 permet d'avoir un ensemble beaucoup plus petit. Bien que la longueur hors tout du noyau soit la même, la hauteur peut être réduite par rapport à une configuration analogue à un montant comme représenté dans les figures 1 à 10. Le fonctionnement des dispositifs représentés dans les figures 11 à 17 est similaire à celui décrit pour les figures 1 à 10. --Dans la figure 18, une lame magnétique 38 a la forme d'un L et s'étend au-dessus d'une lame non magnétique en forme de L 40. L'action s'effectue dans une direction dirigée vers le bas par suite de l'excitation de l'électro-aimant 10. Dans la figure 19, au lieu d'avoir une lame non magnétique, il existe un plot de contact 42 pour la lame magnétique en forme de L 44. On remarquera que, au lieu d'avoir un électro-aimant en forme de montant 40, l'électro-aimant est une spirale d'Archimède plate 46,comme on peut mieux le voir dans la figure 20. Le plot de contact 42 est fixé à un conducteur 48 traversant l'embase 2. La configuration représentée dans les figures 19 et 20 permet d'avoir un ensemble de commutateur ayant un profil très bas. Dans les figures 21 et 22, l'extrémité du noyau 52 de l'électro-aimant 50 est dirigée vers le haut dans un anneau non magnétique conducteur 54. Au-dessus de l'anneau conducteur non magnétique sont montés une série de doigts magnétiques formant des lames 56. Les doigts magnétiques formant des lames sont raccordés à leur extrémités à un circuit imprimé 58. Le conducteur en forme d'anneau non magnétique 54 est également raccordé à un circuit imprimé 60 et d'autres circuits imprimés peuvent être prévus pour l'électro-aimant 50 au lieu des conducteurs à broche standard 15. Dans les figures 23 à 25, une série de lames magnétiques 62 est disposée en ligne. Les lames magnétiques se ferment sur une série de conducteurs 64 disposés également en ligne. Monté dans l'embase ou plaque support 66 se trouve un électro-aimant 68 ayant une configuration générale en forme de C, les extrémités 70 étant disposées directement en dessous des lames magnétiques 62. I1 est évident que par suite de l'action de l'électro-aimant 68, la lame magnétique 62 sera attirée vers les extrémi -tés 70 pour se fermer sur les conducteurs 64. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Commutateur à lames,caractérisé en ce qu'il comprend: a) un support, b) Ull électro-aimant et une lame magnétique comportant des parties supportées par le support et disposés très près l'un de l'autre, c) cet électro-aimant comprenant un noyau et un enroulement, d) un moyen de conducteur supporté par le support, e) le moyen de conducteur comprenant une partie de contact, f) la lame magnétique comprenant une extrémité libre ayant une partie mince servant d'articulation dirigée face au noyau, g) la lame magnétique comprenant une partie de contact, h) la partie de contact du moyen conducteur et la partie d contact de la lame magnétique étant disposées pour venir en contact et pour être séparées hune de l'autre, i) d'où il résulte que par suite de l'excitation de l'électro-aimant,la partie de contact de la lame magnétique sera attirée vers ou écartée de la partie de contact du moyen de conducteur par l'effet de la partie servant d'articulation pour ouvrir ou fermer un circuit. 2 - Commutateur à lames,caractérisé en ce qu'il comprend a) un support, b) un électro-aimant et une lame magnétique ayant des parties supportées par ce support et disposés très près l'un de l'autre, c) cet électro-aimant comprenant un noyau et un enroulement, d) cet enroulement étant disposé autour de la surface du noyau, se conformant à la surface du noyau et étant en contact avec celle-ci, e) un moyen de conducteur supporté par le support, f) ce moyen de conducteur comprenant une partie de contact, g) la lame magnétique comportant une partie servant d'articulation ayant une épaisseur inférieure à 0,07 mm environ et disposée pour venir en contact avec et s'écarter de la partie de contact du moyen de conducteur, h) d'où il résulte que par suite de l'excitation de l'électro-aimant,la partie de contact de la lame magnétique sera attirée vers ou repoussée de la partie de contact du moyen de conducteur pour ouvrir ou fermer un circuit. 3 - Commutateur à lames,caractérisé en ce qu'il comprend a) un support, b) un électro-aimant et une lame magnétique ayant des parties supportées par le support et disposés près l'un de l'autre, c) cet électro-aimant comprenant un noyau et un enroulement, d) cet enroulement étant disposé autour de la surface du noyau, se conformant avec la surface du noyau et étant en contact avec celle-ci, e) un moyen de conducteur supporté par le support, f) ce moyen de conducteur comportant une partie de contact, g) la lame magnétique comprenant une partie de contact disposée pour venir en contact avec et s'écarteur de la partie de contact du moyen de conducteur, h) l'électro-aimant ayant la forme d'une spire, i) d'où il résulte que, par suite de l'excitation de l'électro-aimant,la partie de contact de la lame magnétique sera repoussée de ou attirée vers la partie de contact du moyen de conducteur pour ouvrir ou fermer un circuit.