Brevet FR2396403A1 — publié le 19790126

La présente invention concerne un perfectionnement 'aux relais électromagnétiques sensibles aux fortes intensités-de courant, relais comportant pour l'excitation de leur circuit magnétique un conducteur rigide de forte section dit "barren, perfectionnement. concernant le dispositif de rappel de leur armature mobile. On sait que, pour obtenir un enclenchement et un déclenchement, brusques et francs, d'un relais électromagnétique, on en soumet l'armature mobile, à la force de rappel non d'un ressort mais d'un aimant permanent. L'utilisation de tels aimants de rappel évite en outre les difficultés de fixation des ressorts tant à la culasse qu'à l'armature et, à l'usage, choisis en matière convenable, ces aimants se- révèlent plus stables, plus constants, plus uniformes dans les réalisations en série que les ressorts de rappel; ils sont aussi plus faciles à régler que ceux-ci. Afin d'éviter que la présence de ces aimants de rappel ne polarise les relais, en induisant un flux permanent -dans leur circuit magnétique, on utilise de préférence des aimants de rappel en fer à cheval qui agissent sur un prolongement de l'armature mobile extérieur au circuit magnétique du relais. Avec les relais bobinés, il existe peu d'effet de la bobine sur l'état magnétique de l'aimant de rappel. En effet, pour un relais à culasse en E dont la branche centrale, ou noyau, porte un bobinage tandis que l'aimant de rappel est à l'extérieur, une surintensité dans le bobinage n'entra'ne guère de variation de la magnétisation du circuit magnétique dont le noyau est pratiquement déjà saturé; de plus l'influence directe du passage du courant dans les spires du bobinage sur l'aimant de rappel est faible car, d'une part, à une faible différence de distance près, les portions opposées de chaque spire ont des sections qui se compensent mutuellement et, d'autre part, la branche de culasse interposée entre le noyau et l'aimant de rappel constitue un blindage magnétique pour cet aimant. I1 n'en va pas de même pour les relais dans lesquels une barre conductrice parcourue par un courant important passe à proximité de l'aimant de rappel puis traverse au moins une fois le circuit magnétique pour y induire le flux qui en assure le fonctionnement. Dans de telles réalisations, surtout lorsque l'intensité du courant atteint des valeurs de court-circuit, la dispersion du champ magnétique autour de la barre et l'intensité de ce champ sont considérables et peuvent modifier l'état magnétique des aimants permanents situés au voisinage. Ainsi un aimant en fer à cheval dont les branches sont parallèles au noyau et aux branches de la culasse, donc transversales par rapport aux lignes de courant électrique parcourant la barre, se trouve soumis, pour chacun des sens du courant, à un flux de meme direction dans ses deux branches, ce qui démagnétise l'une d'elles, sans porter l'autre, déjà saturée, à un état de magnétisation plus élevé, de sorte qu'après le passage du courant l'attraction magnétique de l'aimant de rappel est diminuée Les caractéristiques du relais s'en trouvent modifiées de façon imprévisible. L'invention remédie à cet inconvénient. Dans un relais électromagnétique dont le circuit magnétique est excité par une barre conductrice parcourue longitudinalement par le courant et dont une partie au moins traverse au moins une fois ce circuit, lequel comporte une armature mobile iimflie d'un prolongement extérieur sur lequel agit un dispositif magnétique de rappel, selon l'invention ce dispositif comprend un barreau dtaimant permanent, dont l'axe est essentiellement situé dans le même plan qu'une au moins des lignes parallèles de courant parcourant la barre, et deux pièces polaires ferro-magnétiques enfermant ce barreau, appliquées contre les extrémités de celui-ci, dirigées vers ledit prolongement et transversales par rapport auxdites lignes de courant Ainsi le dispositif de rappel forme une sorte de U dont la partie magnétique permanente est sensiblement orientée dans le sens des lignes de courant tandis que les pièces polaires sont transversales par rapport à ces lignes. Dans une telle réalisation, le champ magnétique, induit autour de. chacune des lignes de courant, a ses lignes de force perpendiculaires aux lignes d'aimantation de l'aimant et orientées longitudinalement dans le même sens pour les deux pièces polaires.Ainsi l'influence directe de ce champ magnétique sur l'aimant est atténuée; de plus les pièces polaires qui peuvent envelopper partiellement cet aimant, forment un blindage protecteur et n'ont guère qu'une action magnétique différentielle sur cet aimant. Finalement, la démagnétisation des dispositifs magnétiques. de rappel pour les relais "à barres" se trouve fortement minimisée par l'agencement selon l'invention. L'expérience montre cependant qu'un effet démagnétisant ne peut être complètement supprimé dans le cas de très fortes intensités de court-circuit. Bes meilleurs résultats seront donc obtenus avec les aimants ayant une très forte rémanence, c'est-àdire nécessitant pour leur démagnétisation,des champs coercitifs très élevés. On utilisera donc,de de préférence > des aimants connus, présentant cette propriétévtels que les aimants à base de terres rares très supérieurs sur ce point aux meilleurs aimants dits TICONAL. Avec de tels aimants,on on peut non seulement éviter la démagnétisation mais même la variation de magnétisation qui changerait les caractéristiques du relais. Le dessin annexé montre comment 11 invention peut être mise en oeuvre. - La figure 1 est une vue en perspective d'un relais à barre comportant un dispositif de rappel magnétique selon l'in Invention - la figure 2 montre en perspective une variante de dispositif de rappel; - la figure 3 est une élévation latérale d'une réalisation pratique du montage d'un dispositif de rappel sur un relais; - les figures 4 et 5 sont respectivement une vue suivant la flèche IV et une coupe suivant V-V de la figure 3. Le circuit magnétique du relais montré sur la figure 1 comprend, d'une part, une culasse, formée d'une pièce 1, en U, et d'un noyau axial 2, d'autre part, d'une armature mobile 3. De manière connue l'armature 3 pivote sur l'arête la de la pièce en U. Elle est maintenue en place par la lamelle flexible 5, évidée, pliée à angle droit et pourvue des arrondis Sa pour permettre le mouvement de bascule de l'armature. Les rivets 6 et les vis 7 assurent respectivement la fixation de cette lamelle à la pièce 1 et à l'armature 3. Le relais est excité par une barre 8 pliée en forme d'oméga pour entourer le noyau 2; on sait que la partie 8a de barre qui entoure le noyau peut ntêtre qu'une portion longitudinale de la barre 8, découpée dans celle-ci et convenablement cambrée. Selon l'invention-le rappel de l'armature 3 est assuré par le dispositif magnétique A constitué par un barreau d'aimant permanent 9 à forte rémanence dont les pôles sont associés aux pièces polaires ferro-magnétiques en regard 10; ces pièces ont une forte perméabilité magnétique et une faible rémanence. Les pièces polaires peuvent être collées ou soudées à l'aimant ou bien fixées contre celui-ci par un moyen quelconque. Les figures 3 à 5 détaillent un moyen pratique de fixation et de réglage d'un tel dispositif qui est alors appliqué contre la tête des vis 7 et contre une vis d'appui 12 dont la tête est agrandie par une cuvette 13. Four le rappel de l'armature ce dispositif A agit sur le prolongement 3a de celle-ci par l'intermédiaire des portions effilées 14 des pièces polaires 10 et 11. Comme on peut s'en rendre compte sur la figure 1, l'axe du barreau 9 est dans le plan d 'une des lignes parallèles de courant L, qui parcourent la barre 8, tandis que les pièces polaires 10 sont transversales par rapport à ces lignes. Dans une telle réalisationsl'axe de l'aimant 9 est perpendiculaire à la direction de l'induction dans les branches de culasse et perpendiculaire aussi aux lignes de force magnétiques qui sont développées autour de la barre 8; ces conditions sont évidemment les plus favorables pour éviter la démagnétisation de cet aimant. On peut avantageusement diminuer le risque de démagnétisation totale ou partielle de l'aimant 9 en utilisant des aimants à base de terres rares, tel que le samarium, pour lesquels le champ coercitif est de l'ordre de trois fois plus élevé que pour les meilleures réalisations d'aimants permanents tels que les alliages TICONAL. On peut aussi, comme montré sur la figure 2, "protéger" l'aimant 9 par des pièces polaires 16 de forte section qui l'en veloppentwen en laissant entre elles le minimum d'écartement 17 indispensable pour qu'une partie du flux magnétique passe encore par les effilements 14 dirigés vers le prolongement 3a. En raison de leur grande perméabilité, les pièces polaires soumises à un champ intense atteignent cependant assez vite leur saturation et peuvent perdre leur effet protecteur-de sorte que ce moyen a un effet limité à l'égard des champs engendrés par des intensités de court-circuit pouvant par exemple approcher cent mille ampères; il est alors préférable d'utiliser des aimants à très grande force coercitivescapables de résister par eux-mêmes aux plus forts champs démagnétisants transversaux. Pour assembler l'aimant 9 et les pièces polaires 10 il est avantageux d'enrober le tout, par surmoulage, dans un élément moulé aménagé pour faciliter la mise en place et le réglage de la position du dispositif de rappel A. Un exemple de réalisation de ce genre est montré par les figures 3 à 5. Les pièces polaires 10 embouties comme montré en 18 (figures 1 et 4) pour recevoir les extrémités du barreau cylindrique 9 sont enrobees dans un élément 20 moulé par injection. Cet élément dégå- ge les extrémités effilées 14 et, zur sa face tournée vers la branche de culasse, les surfaces d'appui des pièces polaires 10 contre les vis 7 et la cuvette 13. Cet élément est traversé axialement par la lumière allongée 21, élargie en 22 sur sa face extérieure pour permettre le passage de la vis 23, appuyée par l'intermédiaire de la rondelle 24, sur la tranche extérieure, apparente dans l'élargissement 22, des piè- ces polaires 10. La vis 23 est engagée dans un taraudage 25 de la branche de culasse. Du coté de cette branche, l'élément 20 comporte une nervure 26 qui s'engage entre les vis 7 et un renflement 27 > en forme de fourche dont les branches 27a embrassent la cuvette cylindrique 13. Ainsi l'ensemble A enrobé dans l'élément 20 mis en place ne peut-il être déplacé qu'en direction parallèle à celle de la branche de culasse 1J dans la limite permise par la longueur de la lumière 21. En outre, dans la partie centrale du renflement 27 est engagée une vis 20 à faible pas dont le forage de passage n'est taraudé que sur une partie de la longueur de manière que la vis forcée, dans la partie non taraudée, ne puisse spontanément tourner dans l'un ou l'autre sens. En raison des forces d'attraction entre le prolongement 3a et l'ensemble A, l'extrémité de la vis 28 est constamment maintenue au contact de la cuvette 13. Ainsi, grâce à la possibilité de déplacement longitudinal de'l'ensemble enrobé, il est possible} par action sur la tête de cette vislde de régler la distance entre les effilements 14 et le prolongement 3a d'une façon micrométrique. Lorsque la sensibilité du relais a été ainsi réglée, le serrage de la vis 23 et son immobilisation dans l'élargissement 22 par un adhésif, fixe le dispositif de rappel A en position. Lrinvention s'applique aux relais à barres utilisés pour le contre de l'intensité dans les installations de forte puissance, spécialement pour la traction électrique sur voie ferrée. REVENDICAXIONS 1.- Relais électromagnétique dont le circuit magnétique est excité par une barre conductrice parcourue longitudinalement par le courant, barre dont une partie au moins traverse au moins une fois ce circuit, lequel comporte une armature mobile munie d'un prolongement extérieur audit circuit, sur lequel agit un dispositif magnétique de rappel, caractérisé par le fait que ce dispositif comprend un barreau d'aimant permanent dont l'axe est essentiellement situé dans le même plan qu'au moins une des lignes parallèles de courant parcourant la barre, et deux pièces polaires ferro-magnétiques à faible rémanence enfermant ce barreau, appliquées contre les extrémités de celui-ci, dirigées vers ledit prolongement et transversales par rapport auxdites lignes de courant. 2.- Relais selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aimant permanent est un aimant à base de terres rares 3.- Relais selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des pièces polaires a une section en forme de U et que les deux pièces en regard enveloppent partiellement le barreau d'aimant. 4.-Relais selon les revendications i et 2, caractérisé par le fait que l'ensemble du barreau d'aimant et des pièces polaires est enrobé dans un élément de matière plastique moulé contribuant. à la fixation dudit ensemble contre une branche de circuit magnétique. 5.- Relais selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la face de l'élément moulé comporte des éléments de guidage longitudinal sur la face de la branche de culasse et des moyens de fixation contre ladite face. 6.- Relais selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'élément comporte du c8té tourné vers la face de la branche de culasse, à l'opposé de l'armature mobile, un renflement traversé par une vis parallèle à ladite face dont l'extrémité tournée vers ladite armature, est appuyée contre un bossage de ladite face. 7.- Relais selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le forage traversé par la vis dans ledit renflement n'est taraudé que sur une partie de sa longueur de.façon que la partie non taraudés orme un frein contre le desserrage.