Brevet FR2331140A1 — publié le 19770603

L'invention concerne généralement un commutateur rotatif, ou dispositif de commutation électrique, qui comprend un ensemble rotatif autour d'un premier axe et associé à au moins un bras mobile en rotation autour d'un second axe fixe, ce bras formant un contact mobile dlaçable entre des contacts fixes d'un circuit électrique ou électronique, et le déplacement de ce bras étant assuré par la rotation de L'ensemble précité autour du premier axe. Ce type de commutateur rotatif est très utilisé comme dispositif de programmation manuelle ou automatique, pour toute sorte de machine électrique, et notamment pour les machines à laver, pour les fours de cuisinière, etc. Ces commutateurs d'un type connu comprennent généralement un ensemble rotatif formé par un arbre portant des séries de rontelles ou de galettes superposées dont la surface périphérique est entaillée de façon à former des cames. Des bras mobiles, qui sont rappelés élastiquement, sont montés rotatifs autour d'un axe parallèle à l'arbre portant les rondelles ou galettes, et appuient par une extrémité chaqun sur la surface périphérique formant came d'une rondelle ou galette précitée. Ces bras forment des contacts mobiles déplaçables entre des cnntacts fixes, la rotation des rondelles formant cames assurant les déplacements de ces bras entre les contacts fixes. De plus, l'arbre portant les rondelles ou galettes formant cames est généralement muni d'une roue à rochet lui permettant une rotation pas à pas dans un sens prédéterminé. Cet arbre comprend généralement à une extrémité un bouton moleté permettant de l'en- traiter manuellement, tandis qu'un moteur électrique associé à une botte d'engrenages formant réducteur de vitesse, permet également de faire tourner cet arbre pas à pas, de façon automatique. le montage d'un tel commutateur se révèle - peu pratique, et demande un temps important, en raison du grand nombre de petites pièces utilisées, telles que les bras mobiles, leurs moyens de rappel élastique, etc. De plus, le système de déplacement des bras mobiles par des cames se traduit en pratique par des frottements importants, et donc par la nécessité de disposer d'un couple moteur important pour entraSner pas à pas l'arbre portant les rondelles ou galettes formant cames. L'utilisation d'un moteur électrique associé à un réducteur de vitesse à éngrenage permet d'obt4nnr un couple moteur élevé suffisant pour faire tourner l'arbres mais le prix de revient de l'ensemble moteur et son encombrement sont importants. Enfin, ce type de commutateur présente tous les inconvénients connus dus à l'utilisation de ressorts comme moyes de rappel élastique : affaissement dans le temps, perte de raideur, phénomène de fatigue, rupture, flocage, etc. La construction et le montage d'un tel commutateur sont en fait tellement longs et compliqués que l'on préfère souvent changer le commutateur complet lorsqu'un simple ressort de rappel s'est brisé ou s'est coince, ou pour tout autre inconvénient mineur. La présente invention a précisément pour but d'éviter tout les inconvénients précités, et de proposer pour cela un commutateur rotatif d'un prix de revient très inférieur à celui des commutateurs connus, grâce à une construction et un montage particulièrement simplifiés. L'invention a encore pour but un commutateur rotatif dans lequel le couple moteur nécessaire à l'entrainement de l'arbre portant les rondelles ou galettes est extrtmement faible, ce qui évite l'emploi d'un moteur électrique associé à un réducteur de vitesse à engrenage. L1 iziention a enfin pour but un commutateur rotatif dans lequel tous les inconvénients dus à l'utilisation des .ressorts de rappel sont évités. L'invention propose donc un dispositif de commufation électrique, comprenant un ensemble rotatif autour d'un premier axe fixe et associé à au moins un bras qui est mobile en rotation autour dtun second axe fixe et qui forme contact mobile déplaçable entre des contacts fixes d'un circuit électrique ou électronique, le déplacement dudit bras, et donc la modification d'au tins un état de commutation du dispositif, étant provoqués par la rotation dudit ensemble autour de son axe, caractérisé en ce que ledit ensemble rotatif et le bras mobile précité comprennent chacun des éléments ou des parties à propriétés ferromagnétiques etjou magné tiques, développant sur ledit bras des forces de répulsion et/ou d'attraction magnétiques et agencés de telle sorte que le sens de ces forces est modifié par rotation dudit ensemble en provoquant le déplacement précité du bras dans un sens ou dans l'autre à chacune de ces modifications. ainsi, grâce à la prisente invention, on évite l'utilisation des ressorts de rappel, et on évite du même coup leurs inconvé- nients correspondants, tout en réduisant grandement les frottements sur l'ensemble rotatif, ce qui diminue d'autant le couple néces- saine pour la rotation de cet ensemble. l'invention sera mieux comprive et d'autres buts, caractéris- tiques, détails et avantages de celle-ci apparaitroni plus claire- ment à l'aide de la description epplieative qui va suivre, te en référence aux dessins schématiques annexés illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - - la figure I est une vue de face d'un commutateur rotatif selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique de dessus d'une partie de ce commutateur rotatif ;; - la figure 3 est une vu schématique selon la floche III de la figure 2 ; - la figure 4 représente schématiquement une variante de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue de dessus d'une partie d'une autre variante de réalisation de l'invention; et - la figure 6 est une sue latérale en coupe partielle de la variante de réalisation représenté en figure 5. a a donc représenté schématiquement en figure 1, un commu- tâteur rotatif selon l'invention, qui peut former un programmateur de machine à laver, à entraînenent pas à pas automatique ou manuel. Ce commutateur comprend deux plaques support ou platines I et 2, réunies par des montants 3, et qui supportent un ensemble rotatif 4 et un ensemble de bottes de contact 5. l'ensemble rotatif 4 comprend essentiellement un arbre 6, monté rotatif dans les platines 1 et 2, comportant à une extrémité un bouton moleté 7 d'entraînement manuel, et son autre extrémité une roue à rochet 8, permettant la rotation pas à pas de l'ensemble rotatif 4 dans un sens prédéterminé, et associée à un dispositif d'entratnemsnt électrique 9 qui sera décrit plus en détails-ci-dessous. Entre les platines 1 et 2, l'arbre 6 supporte des rondelles ou galettes superposées 10, qui sont solidaires en rotation de l'arbre 6. Le dispositif 9 d'entratnement automatique de l'arbre 6 en rotation pas à pas comprend par exemple un plongeur électromagnétique il coopérant avec la roue à rochet 8 pour la déplacer d'un pas dans un sens prédéterminé chaque fois qu'il est excité, et ce plongeur électromagnétique 11 est lui-mdme commandé par un diviseur de fréquence (non référencé ) alimenté par le secteur ou réseau normal de distribution de courant électrique. Le réseau délivrant du courant électrique à une fréquence de 50 Rz, il suffit d'utiliser un diviseur de fréquence par mille pour exciter toutes les deux secondes le plongeur électromagnétique 11 et faire tourner d'un pas ensemble rotatif 4 dans le sens prédéterminé. Comme on le voit mieux en figure 2, l'ensemble 5 de bottes de contact comprend un empilement de bottes de contact t2 qui sont par exemple des bottiers en matériau plastique, et qui comprennent chacun un bras 13 supporté en rotation par le bottier correspondant autour d'un axe 14 qui estperpendiculaire à l'axe de rotation 15 de l'ensemble rotatif 4. L'extrémité du bras 13 située àl'interieur du bottier 12 correspondant forme un contact mobile 16 déplaçable entre deux plots de contact fixes 17 portés par le bottier 12 et associés à un circuit électrique ou électronique correspondant. Dans l'exemple représenté dans les figures 2 et 3, chaque bottier 12 comprend trois bornes de sortie 18 reliées respectivement au bras 13 et aux deux flots de contact 17. Le déplacement du bras mobile 13 autour de l'axe 14 est assuré par les rondelles 10, de la façon qui va titre maintenant décrite. L'extrémité extérieure du bras 13 porte par exemple un petit aimant permanent 20 et se trouve disposée dans l'intervalle entre deux rondelles 10 consécutives associées, comme on le voit clairement dans les figures 2 et 3. Ces rondelles ao sont avantageusement réalisées en matériau approprié ferromagnétique, tel que du fer doux, et sont de forme identique en étant décalées l?une par rapport à l'autre de 1800 dans le mode de réalisation des figures 2 et 3.Chaque rondelle 10 a ainsi la forme sensiblement d'un demi-disque monté solidaire en rotation de l'arbre 6. L1ai- mant permanent 20 porté par l'extrémité libre di bras mobile 13 est disposé entre les deux rondelles 10 associées de telle sorte qu'il soit attiré par l'une ou l'autre des rondelles 10 en fonction de la position angulaire de ces rondelles, mais pas par les deux rondelles en même temps. On comprend qu'ainsi le bras mobile 13 pivote autour de son axe 14 dans un sens ou dans l'autre durant la rotation de l'arbre 6 portant les rondelles 10, selon que l'aimant permanent 20 est attiré vers l'une ou l'autre des rondelles. Avantageusement, la rotation du bras mobile 13 est limitée par les contacts fixes 17 du bottier 12 de telle sorte que l'aimant permanent ne vienne jamais en contact frottant avec une rondelle 10, et qu'il subsiste toujours un entrefer relativement très faible entre l'aimant permanent 20 et la rondelle 10 vers laquelle il est attiré. On remarquera encore que l'écartement entre rondelles 1C est assuré par depetites entretoises tubulaires 21 qui peuvent venir d'une seule pièce avec une rondelle 10 ou 8tre indépendantes de ces rondelles. Ainsi, ltempilement des rondelles 10 et des entretoises 21 sur l'arbre 6 précité, et l'empilement des boîtes 12 formant ensemble de contact 5, permet de façon simple l'obtention du commutataur représenté en figure 1. Le fonctionnement de ce commutateur rotatif est le suivant Pour une position angulaire quelconque de l'arbre 6, chaque bras mobile 13 est attiré vers l'une ou l'autre de ses rondelles 10 associées. Lorsque le diviseur de fréquence est alimenté, le plongeur électromagnétique 11 fait avancer d'un pas la roue à rochet 8, par exemple toutes les deux secondes. Lorsqu'un aimant permanent 20 d'un bras mobile 13 qui était attiré par la rondelle 10 en regard de laquelle il se trouvait, quitte cette rondelle 10, il se trouve automatiquement attiré par l'autre rondelle 10 associée, car il se trouve alors en regard de cette autre rondelle. Il y a ainsi commutation électrique, le contact 16 du bras mobile 13 quittant un plot de contact fixe 17 pour venir se plaquer sur l'autre. Du fait que les aimants permanents 20 ne sont jamais en contact avec leurs rondelles 10 associées, il n'y a pas de force de frottement ou de contact entre les rondelles10 et les bras mobiles 13, et le seul couple moteur nécessaire pour faire tourner l'ensemble rotatif 4 est celui qui est suffisant pour vaincre l'inertie de l'arbre 6 et des rondelles 10. Un simple plongeur électromagnétique suffit donc largement pour entraîner en rotation pas à pas ensemble 4. Dans la variante de réalisation représentée en figure 4, seule la forme des rondelles 10 associée a changé . les rondelles 10', par exemple en fer doux, ont sensiblement la forme d'une croix, et les deux rondelles associées sont décalées angulairement lune par rapport à l'autre de 900. Ainsi, chaque bras ou secteur circulaire 25 d'une rondelle 10' se trouve axialement aligné avec une découpe 26 de la rondelle 10' associée, et réciproquement. il y a donc dans ce cas commutation pour chaque quart de tour, au moyen d'un bras mobile 13, alors que dans l'exemple des figures 2 et 3, la commutation n'avait lieue pour chaque demi-tour. Un autre mode de réalisation est encore représenté dans les figures 5 et 6, dans lesquels un bras mobile 30 est associé à une seule rondelle 31 solidaire en rotation de l'arbre 6 du commutateur rotatif. Le bras mobile 30 est monté pivotant autour d'un axe 32 parallèle à l'axe 15 des rondelles 31, dans un bot tier 33 peu différent du bottier 12 du mode de réalisatiorqaes figures 1, 2 et 3. L'extrémité du bras mobile 30, intérieure au bottier 33, porte un contact 34 mobile entre deux contacts fixes 35 du bottier, ces contacts 34 et 35 étant reliés à des bornes de sortie 36 du bottier. A son extrémité opposée, le bras mobile 30 comprend un aimant permanent 37 orienté perpendiculairement au bras, c'est-à dire parallèlement à l'axe 15 des rondelles 31, et dirigé vers la surface de cette rondelle 31.Celle-ci porte, en saillie sur sa surface plane, deux parties 38 et 39 respectivement, en forme d'arc de cercle, réalisées en matériau ferromagnétique tel que du fer doux, l'une de ces parties, par exemple radialement interne 38, s'étendant sur 2700 et l'autre partie, par exemple radialement externe 39, s'étendant sur 900, dans le secteur angulaire non occupé par la partie radialement interne 38.La différence de rayon des arcs de cercle formés par les parties en fer doux 38 et 39 correspond sensiblement au débattement angulaire du bras 30, ltaimant permanent 37 de ce bras, qui s'étend entre les parties 38 et 39 étant attiré par l'une ou l'autre de ces parties en fonction de la position angulaire de la rondelle 31. Avantageusement, le débattement angulaire du bras mobile 30 est limité par les contacts fixes 35 du boitier 33, qui forment des butées, de telle sorte que l'aimant permanent ne puisse jamais venir en contact frottant sur la partie 38 ou 39 vers laquelle il est attiré. On comprend que l'aimant permanent 37 du bras mobile 30 est attiré par la partie en fer doux 38 ou 39 en regard de laquelle il se trouve, et que par rotation de la rondelle 31 autour de son axe 15, on réalise une commutation, le bras mobile 30 se déplaçant vers l'une et l'autre alternativement des parties en fer doux 38 et 39 de la rondelle 31. On remarquera que la partie en fer doux 39 qui est radialement la plus externe a une hauteur faible, ce qui permet au bras 30 de s'étendre au-dessus d'elle sans la toucher, et que la partie radialement interne 38 a une hauteur plus importante, et sert d'entretoise pour l'empilement des rondelles 31, comme représenté en figure 6, l'ensemble obtenu ayant une hauteur réduite faible par rapport à l'ensemble de la figure 1. On remarquera que, dans tous les modes de réalisation qui ont été décrits, il suffit qu'il y ait des forces d'attraction ou de répulsion magnétiques développées sur 'extrémité du bras mobile par les rondelles de l'ensemble rotatif. Ces rondelles peuvent donc porter des aimants permanents, tandis que l'extré- mité libre des bras mobiles est en matériau ferromagnétique tel que du fer doux, ou bien encore les rondelles ou galettes de l'ensemble rotatif peuvent être réalisées en matériau plastique et pourvues sur certaines zones ou secteurs angulaires d'un revêtement ferromagnétique susceptible d'attirer un aimant permanent porté par l'extrémfté libre du bras mobile. L'invention propose également un procédé de fabrication et de montage du commutateur, permettant de le produire à cadence élevée et à un prix de revient particulierement bas. il est possible en effet de fabriquer directement l'ensemble rotatif 4 en matériau plastique injecté, en procédant de la façon suivante : on dispose dans le moule d'injection les rondelles 10,10' ou 31 (qui sont positionnées et orientées automatiquement dans des encoches du moule), on referme le moule de façon étanche et on y injecte le matériau plastique. On obtient ainsi directement l'ensemble rotatif 4, avec si on le désire, les plaques supports1 et 2. Il suffit ensuite d'empiler les boites de contact entre les plaques supports, ces boites se positionnant d'ellesmêmes par rapport à l'ensemble rotatif. Il est donc bien entendu que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celleFci sont réalisées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEND i C T 10 NS 1. Dispositif de commutation électrique, comprenant un ensemble rotatif autour d'un premier axe et associé à au moins un bras qui est mobile en rotation autour d'un second axe fixe & qui forme contact mobile déplaçable entre des contacts fixes d'un circuit électrique ou électronique, le déplacement dudit bras, et donc la modification d'au moins un état de commutation du dispositif, étant provoqués par la rotation dudit ensemble autour du premier axe, caractérisé en ce que ledit ensemble rotatif et le bras précité comprennent chacun des éléments ou des parties à propriétés ferromagnétiques et/ ou magnétiques développant sur ledit bras des forces d'attraction et/ou de répulsion magnétiques et agencés de telle sorte que le sens de ces forces est modifié par rotation dudit ensemble, en provoquant le déplacement précité du bras dans un sens ou dans l'autre à chacune de ces modifications. 2. Dispositif selon la revendication î, caractérisé en ce que l'ensemble rotatif comprend des rondelles, galettes ou analogues, montées solidaires en rotation d'un arbre formant le premier axe précité, et entre lesquelles s'étendent le ou les bras précités 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque bras mobile précité comprend un aimant permanent à son extrémité libre engagée entre les rondelles ou galettes précitées, ces dernières portant des éléments à propriétés ferromagnétiques espacés entre eux angulairement et/ou radia lement.- * 4.Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque bras est monté en rotation autour d'un axe perpendiculaire au premier ame précité, et son extrémité libre est mobile entre deux rondelles ou galettes associées superposées sur ledit arbre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rondelles associées sont en matériau ferromagnétique et comprennent des découpes, décalées angulairement d'une première rondelle à la seconde, de telle sorte que les découpes d'une rondelle soient axialement alignées avec les parties pleines de l'autre rondelle et réciproquement. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rondelles associées comprennent une alternance de zones ou de secteurs angulaires à propriétés ferromagnétiques et non ferromagnétiques respectivement, les secteurs angulaires ferromagnétiques d'une rondelle étant axialement alignés avec les secteurs angulaires non ferromagnétiques de la rondelle adjacente associée. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque bras précité est mobile en rotation autour d'un axe parallèle à l'arbre précité, et son extrémité libre se déplace au-dessus de la surface d'une rondelle ou d'une galette associée portée par ledit arbre, cette rondelle ou galet te comprenant sur sa surface des parties ou des secteurs angulaires à propriétés ferromagnétiques espacés entre eux angulairement et radialement. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite rondelle comprend, en saillie sur sa surface, au moins deux parties en forme d'arc de cercle, en matériau ferromagnétique, espacées angulairement et consécutives,s'étendant sur des arcs de cercle de rayons différents de ladite rondelle. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie en arc de cercle radialement la plus interne a une hauteur supérieure à celle de la partie en arc de cercle radialement la plus externe, et forme entretoise d'empilement des rondelles précitées sur ledit arbre. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en que l'extrémité libre dudit bras s'étend entre deux rondelles précitées, en passant au-dessus de ladite partie radialement la b-sexterne d'une rondelle, et se termine par un aimant permanent entre cette partie et la partie radialement la plus interne de la rondelle. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les contacts fixes précités forment des butées pour le bras mobile, en définissant les deux positions extrêmes de celui-ci, ces butées étant séparées d'une distance telle que l'extrémité du bras coopérant avec ledit ensemble rotatif ne vient pas en contact frottant sur cet ensemble. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'entrainement automatiques en rotation de l'ensemble précité, ces moyens appliquant à 1' arbre dudit ensemble rotatif un couple moteur relativement très faible. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entrainement comprennent une roue à rochet montée solidaire en rotation de l'arbre et entrainée en rotation pas à pas par un plongeur électromagnétique commandé par un diviseur de fréquence lui-même alimenté par le secteur ou réseau normal de distribution de courant électrique. 14.Procédé de fabrication et de montage du dispositif décrit dans l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser l'ensemble rotatif précité en matériau plastique injecté, avec éventuellement des plaques supports, et à emboiter des boitiers de contact portant les bras mobiles et les contacts fixes entre ces plaques-suppoorts. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer les rondelles ou galettes précitées dans le moule 'injection, à renfermer le moule de façon étanche et à y injecter le matériau plastique destiné à former l'arbre précité portant les rondelles, et éventuellement les plaques supports de l'ensemble rotatif.