Brevet FR2491676A1 — publié le 19820409

TRO/GLT 24916 76 La présente invention concerne des relais électromagnétiques et est destinée notamment à des relais à pouvoir de coupure de moyenne et forte valeurs, pouvant se situer par exemple dans une plage allant de 5 à 50 ampères environ. L'invention s'applique avantageusement à l'obtention de tels relais sous forme miniaturi- sée. Un relais peut être décomposé en deux parties, une partie motrice, encore appelée moteur, qui comporte et actionne des lames mobiles, et une embase qui supporte des contacts fixes. Chacun des contacts fixes est associé à une extrémité d'une lame mobile; cette extrémité constitue un contact mobile qui vient porter sur le contact fixe associé soit en position repos soit en position travail selon le cas. Le contact fixe est généralement serti ou soudé sur un support rigide et mince en forme d'équerre rendu solidaire par soudure électrique d'une tige de sortie qui traverse l'embase par l'intermédiaire d'un scellement verre-métal. L'autre extrémité de la tige, extérieure au relais, constitue une broche de connexion électri- que. Lors du fonctionnement du relais, il y a amorçage d'un arc électrique entre le contact fixe et le contact mobile correspondant actionné par le moteur, soit à la fermeture, soit à l'ouverture. Ce phénomène provoque une érosion des contacts et des vaporisations métalliques conséquentes, par suite de l'impédance thermique élevée qu'ils présentent. La soudure de l'équerre sur la tige et le sertissage du contact sur l'équerre constituent des goulots d'étranglement pour l'évacuation rapide des calories et entraînent une élévation en température en régime d'arc électrique. Pour assurer une longévité suffisante des contacts, il est par suite nécessaire d'agir sur la rapidité de la commutation pour limiter le plus possible la durée de l'arc électrique et par ailleurs, de limiter le pouvoir de coupure du relais. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients causés par les arcs électriques et de permettre d'accroître le pouvoir de coupure du relais tout en préservant, sinon en améliorant, les caractéristiques de celui-ci notamment du point de vue fiabilité et durée de vie. Un objet de l'invention est de perfectionner les contacts fixes pour leur permettre d'absorber l'énergie calorifique résultant des arcs électriques dans des conditions de passage d'un fort courant, chaque contact fixe étant réalisé au moyen d'un bloc métallique massif percé d'un trou pour recevoir et y souder l'extrémité de la tige correspondantes. Les avantages résultant sont une diminution de l'impédance thermique des contacs fixes et consécutivement une évacuation rapide des calories par des liaisons de haute qualité supprimant les goulots d'étranglement des montages précités0 Un autre objet de l'invention est de doter complémentairement le relais de moyens d'extinction de l'arc électrique permettant d'allonger celui-ci et d'en amenuiser les effets. Pour un courant de passage donné, un arc électrique s'inter- rompt lorsque sa longueur atteint une certaine valeur. L'extinction prématurée de l'arc électrique est rendue possible par allongement de celui-ci selon diverses techniques mises en oeuvre dans des disjoncteurs de puissance sur des réseaux de distribution électrique. Une solution pneumatique utilise le soufflage par air comprimé. Une autre solution, magnétique, procède par création d'un champ magné- tique dans un plan perpendiculaire au courant électrique traversant l'arc. Le champ d'induction magnétique donne naissance à une force de Laplace qui allonge l'arc électrique. Le champ d'induction magné- tique est créé au moyen d'une bobine traversée par le courant élevé circulant entre les contacts, et correctement positionnée par rap- port à ceux-ci. Cette solution à bobine n'est pas transposable à un relais électromagnétique de faibles dimensions compte-tenu d'une part de la valeur trop faible du courant de passage, notamment dans la plage 5 à 50 ampères, et d'autre part pour des questions d'encombrement. 249 1 676 Suivant l'invention, le relais comporte des moyens d'extinction d'arc électrique constitués sous faible dimension par un ou plusieurs aimants permanents. Les avantages résultant sont d'amenuiser l'érosion des contacts et des vaporisation métalliques, de diminuer l'énergie calorifique à dissiper et l'échauffement local, d'accroître le pouvoir de coupure, et de réduire la consommation électrique à pouvoir de coupure équivalent. Les particularités de l'invention apparaîtront dans la descrip- tion qui suit donnée à titre non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent: - Figure 1, un schéma d'un montage antérieur conventionnel, d'un contact fixe; - Figure 2, une vue sperspective d'une réalisation d'un contact fixe conforme à l'invention; - Figure 3, une réalisation préférentielle d'un contact fixe selon l'invention; - Figure 4, un schéma illustrant le phénomène d'allongement de l'arc électrique par effet magnétique dans un relais conforme à l'inven- tion; - Figure 5 à 9, divers m'odes de réalisation des moyens d'extinction de l'arc électrique utilisés selon la figure 4; et - Figure 10, une vue éclatée d'un relais électro-magnétique minia- ture polarisé, doté des perfectionnements selon l'invention. La figure 1 rappelle le montage antérieur avec un contact fixe 1 serti sur une pièce en forme d'équerre 2 supportée par une tige de sortie 3 moyennant une soudure électrique 4. Le contact mobile associé est constitué par un contact 5 serti en l'extrémité d'une lame mobile 6 actionnée par le moteur du relais. La figure 2 représente un contact fixe aménagé conformément à la présente invention. Il comporte un bloc métallique massif 10, par exemple de forme parallélipipédique, correspondant à l'organe support. Sur ce bloc l'élément 11 constitue le contact proprement- dit qui est en un matériau différent. Le bloc 10 comporte une partie évidée 12 de forme et de dimensions adaptées pour recevoir l'extrémité correspondante de la tige de connexion 3. Cette dernière est représentée avec la traversée verre-métal 7 sur l'embase 8 du relais. La tige 3 est soudée au bloc support 10 dans la partie évidée 12 pour assurer une liaison de haute qualité du point de vue thermique et électrique entre ces deux organes. De manière préférée comme représentée sur la figure 3, la partie évidée 12 est constituée par un trou qui traverse totalement le bloc 10 en sorte de faciliter l'exécution d'une liaison par brasure 13 mouillant parfaitement les matériaux en présence. Le bloc support 10 est en matériau bon conducteur de la chaleur et de l'électricité tel un alliage de cuivre. Le contact fixe 11 doit présenter en sus des caractéristiques anti-usure et peut être réalisé en un alliage à base d'argent disposé sur une face du bloc 10 selon diverses techniques, par soudure par exemple. L'ensemble 10-11 peut ainsi être exécuté par bilaminage. Les figures 4 à Il suivantes se rapportent à l'aménagement du relais avec des moyens d'extinction de l'arc électrique par produc- tion d'un champ magnétique. Sur la figure 4 - est représentée la direction du courant de passage 1 entre la paire de contacts associés, le contact fixe 11 et le contact mobile. La présence d'un champ magnétique représenté par le vecteur induction B de direction orthogonale à celle du courant, donne naissance à une force de Laplace F ayant la direction indiquée et qui produit l'allongement de l'arc A. Le champ magnétique est élaboré au moyen d'un aimant permanent 20 et donc sous faible dimension. Cette solution intéres- sante du point de vue de l'encombrement, de l'efficacité et de la consommation, est avantageusement, utilisable pour des relais élec- tromagnétiques miniatures. Les figures 5 à 9 montrent différents modes de réalisation. L'aimant est disposé à proximité d'une paire de contacts peut être en forme de fer à cheval (figure 5 ou figure 8), ou de forme circulaire (figure 7). Sur ces figures, le contact fixe 10-11 a été représenté de manière non limitative du type massif décrit précé- demment. Dans la figure 6, le contact 11 est de dimension plus impor- tante pour recevoir un aimant 24 de forme évidée. Le cas de la figure 9, illustre un exemple d'une configuration comportant plu- sieurs contacts fixes côte-à-côte 1OA, lB et 10C et une pluralité d'aimants permanents 20A, 20B, 20C et 20D disposés latéralement à chaque extrémité et dans les intervalles entre contacts voisins. La figure 10 correspond a une application de l'invention à un relais électromagnétique miniature, polarisé. Le moteur à la partie supérieure comporte les éléments suivants: une culasse 30, deux bobines 31 et 32, les noyaux 33 et 34 formant avec la culasse 30 le circuit magnétique des bobines, un aimant 35, les liaisons électri- ques d'excitation des bobines 36, 37, 38 reliées à des broches 39 et de l'embase 41, la palette 42, deux lames mobiles 43 et 44 portant à chaque extrémité des contacts tels que 45 et 46, des pièces isolantes 47, deux contre-lames telles que celle 48 visible sur la figure et, deux liaisons par ressort dont une 49 est représentée, ces liaisons assurant la connexion électrique entre les lames et les broches correspondantes 50 et 51 de l'embase, cette liaison étant dite point commun. Sur l'embase on distingue quatre contacts fixes massifs 52, 53, 54 et 55. Les moyens d'extinction de l'arc électrique sont constitués par des aimants 56, 57 logés dans un piège à étincelles 58 en matériau isolant et qui est interposé entre le capot non figuré et les contacts; une configuration analogue, non repré- sentée par souci de simplification, est prévue du côté des contacts fixes 52 et 53. Un relais électromagnétique doté des perfectionnements qui viennent d'être décrits présente une plus grande longévité des contacts en fort courant ce qui se traduit par une amélioration de ses caractéristiques, en particulier du pouvoir de coupure, de la durée de vie et de la fiabilité. A titre indicatif, et non limitatif, la mise en oeuvre des techniques exposées dans un relais miniature d'un demi-pouce cube autorise aisément un pouvoir de coupure de dix ampères environ. REVENDICATIONS 1. Relais électromagnétique comportant une embase traversée par des tiges de connexion, au moins un contact fixe supporté par une pièce métallique soudée à une extrémité d'une tige de conne- xion, et au moins une lame actionnée par une partie motrice, le contact fixe coopérant opérationnellement avec un contact mobile correspondant situé à une extrémité d'une lame mobile, caractérisé en ce que la pièce support de contact fixe (11) est réalisée sous forme d'un bloc massif (10) , doté d'une partie évidée (12) pour y recevoir l'extrémité de la tige de connexion correspondante (3). 2. Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie évidée traverse le bloc support lequel est rendu solidaire de la tige par brasage (13). 3. Relais selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ensemble bloc support et contact fixe est produit par bilaminage. 4. Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bloc support (10) est de forme parallélipipé- dique ainsi que le contact fixe (11) lequel est de plus faible dimension et est plaqué sur une face du bloc support. 5. Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'extinction d'arc électrique par allongement de l'arc, ces moyens comportant, pour chaque paire de contacts associés, l'un fixe et l'autre mobile, au moins un aimant permanent (20) produisant un champ magnétique (B) de direction orthogonale à celle du courant de passage (1) entre les contacts associés. 6. Relais selon la revendication 5s caractérisé en ce que l'aimant est de forme parallélipipédique (56, 57) et logé dans un piège à étincelles (58). 7. Relais selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'aimant à la forme d'un fer à cheval (21, 22). 8. Relais selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'aimant est de forme circulaire (23). 9. Relais électromagnétique miniature réalisé selon l'une quel- conque des revendications l à 8.