Brevet FR2494030A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne les dispositifs de commutation électrique et, plus particulièrement, les dispositifs de commutation électrique commandés par flotteurs comprenant un contact à lames qui s'ouvre et se ferme sous l'effet du champ de force d'un aimant permanent, la direction axiale du contact à lames étant parallèle à la direction nord-sud de l'aimant permanent, lequel peut se rapprocher et s'éloigner du contact à lames suivant une trajectoire de déplacement rectiligne commandée avec précision sous l'action d'une force extérieure, qui peut être, le cas échéant, la flottabilité d'un flotteur. Un commutateur à lames aimantées classique est pré- senté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 823 328. L'invention trouve une application plus particulière dans la commande du niveau de liquide au fond d'un bateau, bateau à voile aussi bien que bateau à moteur. Le dispositif de commutation de l'invention commande, dans le cas d'une semblable application, la mise en marche et l'arrêt du pompe de vidange de cale destinée à enlever le liquide qui s'est rassemblé au fond du bateau, de manière graduelle en cas de besoin, c'est- à-dire d'une manière automatiquement commandée qui est déterminée par un niveau supérieur fixe et un niveau inférieur fixe de liquide au fond du bateau. En d'autres termes, le dispositif de commutation permet de mettre en marche la pompe de cale lorsque le niveau de liquide s'est élevé suffisamment haut dans le bateau et de maintenir en service la pompe de cale jusqu'à ce que le niveau de liquide dans le bateau soit redescendu à un niveau inférieur déterminé dans le bateau. C'est un aimant permanent qui active et désactive le dispositif de commutation, l'aimant permanent étant amené à se rapprocher et s'éloigner d'un contact à lames du dispositif sous l'effet de la force de flottaison d'un flotteur qui suit les déplacements du liquide entre le niveau supérieur et le niveau inférieur. Toutefois, l'invention ne se limite pas à une appli- cation aux pompes de cale, mais peut également être utilisée pour divers autres types de moyens électriquement entraînés qui fonction- nent en relation avec un niveau de liquide réglé, par exemple le niveau de liquide dans un réservoir, dans un passage d'écoulement ou dans un moyen analogue. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite en relation avec son application à une pompe de cale d'un bateau. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 165 935 décrit un interrupteur à niveau qui fonctionne selon le principe du commutateur à lames aimantées, mais o deux aimants sont employés, un pour ouvrir le contact à lames et l'autre pour le fermer. Dans ce cas, il s'agit d'un interrupteur à niveau o la distance de régulation est limitée par la longueur du contact à lames. De plus, l'inter- rupteur à niveau présente un fonctionnement particulièrement critique en ce qui concerne le niveau de mise en marche et le niveau d'arrêt, puisque les deux aimants doivent être adaptés l'un à l'autre et que cette adaptation doit être effectuée dans chaque cas particulier. De plus, il peut arriver que les deux aimants aient des affaiblis- sements différents avec le vieillissement, ce qui peut amener alors à perturber l'effet cherché. En utilisant un contact à lames et un aimant permanent mobile associé, on peut obtenir, dans des conditions normales de travail, un niveau particulier de mise en marche de la pompe de cale et un niveau particulier correspondant d'arrêt de la pompe de cale, ces niveaux étant fixés par un niveau supérieur et un niveau inférieur de liquide présentant par exemple une distance de 5 mm entre eux. En augmentant ou en réduisant la force de l'aimant permanent, on peut augmenter ou diminuer la distance entre les niveaux liquides jusqu'à un certain point mais la distance séparant le contact à lames et l'aimant permanent augmentera ou diminuera également pour la posi- tion de mise en marche (niveau de liquide supérieur). On peut compen- ser cet effet jusqu'à un certain point en augmentant ou en diminuant le nombre d'ampères-tours du contact à lames. Toutefois, il est en tout cas difficile d'obtenir une distance notable voulue entre le niveau supérieur et le niveau inférieur du liquide, c'est-à-dire entre la position d'activation et la position de désactivation du champ de force magnétique permanent du flotteur. Dans certains cas, par exemple du fait des mouvements du bateau dans une mer dure et des mouvements de roulis et de tangage qui s'ensuivent, ainsi que des mouvements de barbotage correspondants de l'eau rassemblée dans le fond du bateau, la distance mentionnée ci-dessus entre le niveau supérieur et le niveau inférieur de liquide est trop petite, de sorte que, en pratique, la pompe de cale peut se mettre en marche et s'arrêter de manière répétée par suite des mouve- ments du bateau. En conséquence de la distance relativement modérée existant entre le niveau supérieur et le niveau inférieur de liquide dans le fond du bateau, la pompe de cale a également tendance à expul- ser des quantités relativement modérées de liquide à chaque opération de pompage, et il se pose donc souvent la question de mises en marche et d'arrêts relativement fréquents de la pompe de cale entratnant un rendement relativement médiocre pour cette dernière et produisant une charge importante sur la pompe et l'interrupteur, dans le cas de conditions par ailleurs favorables correspondant à des mouvements modérés du bateau. Avec l'invention, le but est d'obtenir une distance sensiblement plus grande entre le niveau supérieur et le niveau infé- rieur de liquide, sans pour autant altérer l'aimant permanent et son champ de force mais néanmoins de façon à réaliser des mises en marche et des arrêts moins fréquents de la pompe de cale ainsi que des inter- valles plus longs de fonctionnement de la pompe de cale. Au même titre, le but est d'obtenir une séparation plus prononcée entre le niveau d'activation et le niveau de désactivation du contact à lames. On obtient ce but selon l'invention par le fait que le contact à lames est connecté en série avec un relais qui est dis- posé en couplage relativement serré avec le contact à lames et qui possède une bobine dont le champ de force électromagnétique est plus faible que le champ de force.de l'aimant permanent et est trop faible pour maintenir seul le contact à lames activé. Par la solution selon l'invention, on obtient l'acti- vation pour un niveau supérieur de manière connue en complète indé- pendance du champ de force de l'aimant permanent. Toutefois, lorsque le contact à lames a été une première fois activé, il est assuré que celuici restera activé puisque, dans le même temps, un champ de force supplémentaire est établi sur le contact à lames, ce champ étant produit par le champ de force électromagnétique de la bobine du relais. Ce champ de force supplémentaire coopère avec le champ de force de l'aimant permanent tant que le contact à lames est activé et, par conséquent, aussi longtemps que la pompe de cale est en ser- vice. Par la solution selon l'invention, on arrive donc, par suite de l'action combinée du champ de force de la bobine et de celui de l'aimant permanent, à pouvoir faire déplacer le flotteur et l'aimant permanent qui lui est associé sur une distance notablement plus importante entre le niveau de liquide supérieur et le niveau de liquide inférieur pour lequel le contact à lames s'ouvre et inter- rompt ainsi le courant envoyé au relais et à la bobine qui lui est associée tout en coupant le courant appliqué à la pompe de cale. De plus, selon l'invention, on obtient un niveau fixe pour la désacti- vation du contact à lames, et un' avantage principal de l'invention est que ce niveau fixe de désactivation du contact à lames est séparé franchement du niveau d'activation du contact à lames. Lors d'une nouvelle activation du contact à lames après que l'aimant permanent contenu dans le flotteur est remonté jusqu'au niveau supérieur de liquide, l'activation du contact à lames ne dépend que du champ de force de l'aimant permanent, puisque, à ce moment, le champ de force de la bobine n'est pas encore activé. Par conséquent, selon l'invention, on obtient des niveaux d'activation et de désactivation franchement séparés, avec une distance relative- ment grande entre les niveaux, si bien que la possibilité de mises en marche et d'arrêts accidentels non voulus est contrecarrée, tan- dis que des durées de fonctionnement relativement plus longues de la pompe de cale sont garanties à chaque fois que celle-ci est mise en marche. Selon l'invention, il est obtenu une mise en marche et un arrêt précis par le fait que la direction axiale du contact à lames est à angle droit de la direction axiale de la bobine du relais. Selon une structure pratique spécialement préférée du coupe-circuit de l'invention, cette structure se distingue en ce que ses composants électriques, qui, de manière connue, sont encas- trés dans une matière plastique synthétique électriquement isolante dans la partie boitier du coupe-circuit, sont disposés dans une partie supérieure en forme de manchon de la partie boîtier, et en ce que la partie inférieure du bottier forme une chambre de guidage pour un flotteur servant de support à l'aimant permanent, la partie inférieure du boîtier étant dotée à sa partie supérieure d'un pas- sage d'air et, à sa partie inférieure, d'un passage pour le liquide. De cette manière, il est obtenu une solution pratique qui entraîne une fabrication facile des divers composants et diverses parties de l'interrupteur, ainsi qu'un montage simple de ces composants et de ces parties. Il est préféré que la partie boîtier soit faite d'un tube rectangulaire de matière plastique (de préférence d'un tube de -polychlorure de vinyle) et que sa partie inférieure comporte un flotteur à section droite rectangulaire empêchant tout déplacement angulaire du flotteur par rapport au bottier. Plus spécialement pour permettre un montage aisé, mais également dans le but d'assurer un démontage facile en vue de l'exa- men et du nettoyage du flotteur et de sa chambre de guidage, il est préféré que le flotteur soit logé dans un élément rapporté du type tiroir fait d'un morceau de tuyau de section droite rectangulaire, deux parois latérales opposées de l'élément rapporté formant une limite supérieure et une limite inférieure de la chambre de guidage du flotteur. - La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de couplage électrique d'un dispositif de commutation utilisé en relation avec une pompe de vi- dange de cale qui est immergée dans un liquide au fond d'un bateau; - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de commutation de la figure 1, montrant différentes parties du dis- positif axialement tirées vers l'extérieur les unes par rapport.aux autres afin que soient illustrés la structure simple et le montage simple des parties constituant le dispositif de commutation; - la figure 3 est une autre vue en perspective du dispositif de commutation de la figure 1, montrant le dispositif près à être couplé avec la pompe de cale ou un autre moyen électrique et avec la source d'alimentation associée à courant continu; et - les figures 4 et 5 sont des croquis illustrant deux modes de montage différents du dispositif de commutation de la fi- gure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, la pompe de cale 10 à courant continu et le dispositif 11 de commutation commandé par flotteur réagissant à deux niveaux de liquide, à savoir un ni- veau de liquide supérieur 12 indiqué en trait plein et un niveau de liquide inférieur 13 indiqué en trait interrompu, sont électrique- ment couplés l'un à l'autre. Les deux niveaux de liquide 12 et 13 sont les niveaux de liquide réels au fond d'un bateau. Le niveau supérieur 12 indique le niveau de démarrage de la pompe de cale 10, tandis que le niveau inférieur 13 indique le niveau d'arrêt de la pompe de cale. La pompe de cale est immergée au-dessous du niveau inférieur et, en tout cas, il est prévu que l'entrée d'admission de la pompe de cale soit placée au-dessous du niveau inférieur 13. D'une source de courant continu, par exemple une batterie de 12 volts (non représentée), qui est illustrée par des bornes positive 15 et négative 14> il part un premier fil 16 allant de la borne négative 14 à un côté de la pompe de cale et, de l'autre côté de la pompe de cale, il part un deuxième fil 17 menant à un premier côté d'un contact de travail 18, tandis que, de l'autre côté du contact de travail 18, il part un troisième fil 19 aboutissant à la borne positive 15. Ces fils 16, 17 et 19 forment un circuit de travail allant de la batterie à la pompe de cale en passant par le dispositif de commutation 11 commandé par flotteur. Du fil 16, il part un fil dérivé 20 conduisant via une première diode 21 de 100 mA au premier côté d'un contact à lames 22 ayant de 25 à 30 ampères-tours. Du côté opposé du contact à lames 22, il part un fil 23 conduisant au premier côté d'une bobine 24 d'un relais 25 qui comprend le contact de travail 18. La bobine 24 est dimensionnée de manière à admettre une intensité électrique de 100 à 110 MA. Du côté opposé de la bobine 24, il part un fil 26 conduisant au fil 19. Entre deux bornes 27 et 28, qui sont chacune connectées à un côté respectif de la bobine 24, est insérée une deuxième diode 29 de 100 mA en parallèle avec la bobine 24. Les fils 20, 23 et 26 forment, avec le contact à lames 22 et la bobine 24, un circuit de commande du relais 25 permettant de commander le contact de travail 18. Par l'effet de la diode 21, la formation d'étincelle dans le contact à lames 22 est contrecarrée par l'ouverture de ce dernier, et par le moyen de la diode 29, un couplage défaillant des fils 16 et 19 aux bornes positif et négatif de la batterie est empêché. Sur la figure 1, on voit que les composants électriques du dispositif de commutation, à savoir le contact à lame 22, le relais 25 et les diodes 21 et 29, sont logés en la partie supé- rieure 30a d'un bottier 30 en forme de manchon fait d'un tuyau rectangulaire en polychlurure de vinyle, tandis que la partie infé- rieure 30b du bottier forme un guidepour un flotteur 31, qui possède une section droite rectangulaire correspondante et qui comporte un aimant permanent 32 encastré dans un élément 33 en mousse de matière plastique. L'extérieur de la mousse de matière plastique est entouré, de quatre côtés, par une enveloppe 34 faite d'un fragment de tuyau rectangulaire en polychlorure de vinyle, et, sur les deux cotés extérieurs, se trouve un revêtement d'une matière plastique durcis- sante à base de résine époxyde fabriquée par la société Emerson and Cunning, Inc, de Belgique sous la référence "STYCAST 2651" avec le catalyseur "9". La partie inférieure 30a du bottier 30 est définie par une partie rapportée 35 du type tiroir ayant la forme d'un frag- ment de tuyau rectangulaire en polychlorure de vinyle. Le fragment de tuyau 35 est placé sur un bord tel que deux de ses côtés opposés forment des surfaces supérieureet inférieure de limitation pour le flotteur 31. Sur la figure 1, le flotteur 31 est représenté, en trait plein, en position supérieure, et il est représenté, en trait interrompu, en position inférieure dans la partie inférieure du bottier 30. On peut voir un passage d'air supérieur 36 dans la paroi du bottier 30 juste au-dessus du flotteur 31 se trouvant dans sa position supérieure et un passage inférieur 37 destiné au liquide dans la paroi du bottier 30, juste audessous du flotteur 31 se trouvant dans sa position inférieure. Il est prévu que le passage 37 pour liquide ouvre dans le guide du bottier 30, à un niveau nota- blement inférieur au niveau inférieur de liquide 13 afin de contre- carrer l'effet produit par la pénétration d'huile flottant sur le dessus du liquide dans le fond du bateau. Le passage 37 pour liquide à des dimensions telles que le mouvement d'ondulation ou le mouve- ment d'éclaboussure du liquide à l'extérieur du bottier 30 aient peu d'influence sur le niveau du liquide dans le bottier. Il est prévu que la direction nord-sud de l'aimant permanent 32 soit parallèle à la direction axiale du contact à lames 22 et que son pôle nord soit tourné vers le c'té positif du contact de relais 22 tandis que son pôle sud est tourné vers le côté négatif du contact de relais 22. A cet égard, il est important que le flot- teur 31 et le guide intérieur au bottier 30, ainsi que la partie rapportée 35, soient conçus de manière à présenter des sections droites rectangulaires correspondantes évitant toute rotation non voulue du flotteur dans le bottier 30. La partie rapportée 35 s'en- fonce (en même temps que le flotteur 31) dans le bottier 30, comme cela est indiqué sur les figures 1 et 2, avec un jeu relativement étroit, tandis que le flotteur 31, comme cela est indiqué sur les figures 1 et 2, est reçu avec un jeu relativement important dans le bottier 30 et la partie rapportée 35. Sur la figure 1, la direction axiale de la bobine 24 est représentée, par simplification, parallèlement à la direction axiale du contact à lames 22, mais, en pratique, il est prévu que la direction axiale de la bobine coupe à angle droit la direction axiale du contact à lame de façon que les lignes de champ de force coïncident avec les lignes de champ de force de l'aimant permanent. Pour le montage des composants électriques du dis- positif de commutation dans le bottier 30, il est utilisé un relais 25 qui est construit dans un bottier 25a, et ce dernier est fixé, par l'intermédiaire de serre-fils de couplage 38, 39 et 40 à un câble 41 à trois conducteurs (comportant les fils 17, 19 et 20) possédant un revêtement extérieur en polychlorure de vinyle, ainsi que cela est visible sur la figure 2. Les diodes 21 et 29 et le contact à lames 22, ainsi que les fils qui leur sont associés, sont fixés à l'extérieur du bottier du relais 25, comme on peut le voir sur la figure 2. Après que la partie rapportée 35, contenant le flot- teur 31,a été enfoncéeà sa place dans la partie inférieure du bot- tier 30, il est procédé d'abord à la formation d'un joint d'étan- chéité entre la partie rapportée 35 et le bottier 30, par exemple au moyen d'un revêtement de silicone. Après cela, on remplit la partie supérieure du bottier 30 d'une quantité appropriée de ladite matière plastique de durcissement à base de résine époxyde à deux constituants ("STYCAST 2561" et le catalyseur "9"), après quoi on immerge le relais 25 et les fils de connexion associés, ainsi que le contact à lames et les diodes dans la matière plastique de dur- cissement. On fait en sorte que la matière plastique de durcissement remplisse le boîtier jusqu'à un niveau convenable couvrant la gaine en polychlorure de vinyle du câble 41. Grice à la matière plastique 42, durcie, il est obtenu une connexion mécanique efficace entre la gaine du c&ble 41 et le boîtier 30 (ainsi qu'avec la partie rappor- tée 35), dans le même temps que les composants électriques et les connexions associées sont logés d'une manière protégée dans le bot- tier, car elles sont encastrées dans un matériau électriquement isolant et ininflammable. Au lieu de la connexion mécanique illustrée entre la matière plastique de durcissement et la partie rapportée 35, il est possible de loger la partie rapportée de manière axialement mobile dans le bottier 30 de façon que l'on puisse retirer la partie rap- portée, avec le flotteur associé 31, en vue de son nettoyage et d'un éventuel remplacement du flotteur, lorsque cela semble souhai- table. Dans le cas qui vient d'être mentionné, il est par exemple possible de fixer la partie rapportée 35 dans le bottier grâce à un ajustement par frottement, ou bien il est possible de réaliser la fixation au boîtier à l'aide d'une vis de fixation transversale ou d'un autre moyen de fixation approprié. Sur la figure 3, on voit le dispositif de commutation Il dans l'état entièrement construit, le câble associé 41 étant prêt pour le montage. Un trou 43 de fixation par vis est présenté à l'extrémité supérieure du dispositif de commutation afin de per- mettre de fixer ce dernier à un moyen approprié se trouvant au fond du bateau, comme cela est illustré sur la figure 4, de sorte que le dispositif de commutation est alors fixé en position stationnaire au fond du bateau dans un trou 44 fraisé dans la quille. Il est également possible de suspendre librement le dispositif de commuta- tion en le faisant librement pendre au-dessus d'un fond 46 du trou fraisé dans la quille par l'intermédiaire du câble 41 du dispositif de commutation, ainsi que cela est présenté sur la figure 5. Le cas mentionné en dernier peut se révéler particulièrement adapté à une situation dans laquelle le trou contrefraisé de la quille est rela- tivement profond et o il peut être difficile de fixer le dispositif de commutation à un niveau suffisamment bas dans le trou contrefraisé de la quille. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure-d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses va- riantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation électrique qui comprend un contact à lames pouvant s'ouvrir et se fermer sous l'action du champ de force d'un aimant permanent, la direction axiale du contact à lames étant parallèle à la direction nord-sud dudit aimant, une force agissant extérieurement étant destinée à rapprocher et éloi- gner ledit aimant dudit contact à lames suivant une trajectoire de déplacement rectiligne commandée avec précision, le dispositif étant caractérisé en ce qu'un relais (25) est disposé en position relativement serrée vis-à-vis du contact à lames (22) et est connecté en série avec celui-ci, ledit relais possédant une bobine (24) dont le champ de force électromagnétique est plus faible que le champ de force dudit aimant et est trop faible pour maintenir seul le contact à lames activé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un flotteur (31) porte l'aimant permanent (32), et la force agis- sant extérieurement est la flottabilité du flotteur (31). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la direction axiale du contact à lames (22) fait un angle droit avec la direction axiale de la bobine (24) du relais (25). 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un bottier (30) logeant ses com- posants électriques, lesquels sont encastrés dans un matériau élec- triquement isolant dans le bottier, une partie manchon supérieure (30a) du bottier contenant lesdits composants électriques, et une partie inférieure (30b) du bottier formant une chambre de guidage pour ledit flotteur (31) et étant dotéeà sa partie supérieure d'un pas- sage d'air (36) et, à sa partie inférieure, d'un passage (37) pour liquide. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bottier (30) est constitué d'un tuyau rectangulaire fait en une matière plastique synthétique, et le flotteur (31) a une section droite rectangulaire afin d'empêcher son déplacement angulaire par rapport à la partie inférieure (30b) du bottier. 6. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la partie inférieure (30b) du bottier (30) possède une partie rapportée (35) du type tiroir formée d'un tuyau à section droite rectangulaire, deux côtés opposés de ladite partie rapportée formant la limite supérieure et la limite inférieure de la chambre de guidage du flotteur (31).