Brevet FR2502392A1 — publié le 19820924

A RELAIS ELECTRO-MAGNETIQUE A POSITION DE FONCTIONNEMENT INDIFFERENTE La présente invention concerne un relais électromagnétique comportant au moins interrupteur muni de deux contacts électriques disposés respectivement sur un support et d'une lame mobile reliée à un troisième contact électrique, chaque interrupteur étant disposé dans un boîtier, ladite lame pouvant basculer du premier au deu- xième contact ou viceversa sous l'action d'un champ magnétique extérieur créé par un aimant permanent et une bobine de comman- de, disposée au dessus du boîtier, ladite bobine étant munie d'un circuit magnétique. De tels relais sont connus et sont utilisés dans de nombreuses applications. Généralement, ces relais sont prévus pour fonctionner dans une position particulière lorsqu'il s'agit de relais à contacts mouillés au mercure. Comme cela a été décrit dans l'article de Messieurs 3.A. 1S LEGRAND et M. FRANCES intitulé "New construction for a mer- cury wetted switch for opération in any position" - Proceeding of the 10th international conférence on Electronic contact phenomena - 25/29 août 1980, volume 2 page 625 à 634, il est souvent souhaitable d'avoir des relais mouillés au mercure dont la position de fonctionnement est indifférente. Dans cet article, il est décrit notamment comment un relais muni d'un interrupteur à contacts mouillés au mercure peut être commandé à l'aide d'un aimant permanent associé à une bobine munie d'un circuit magnétique. L'aimant permanent est disposé au-dessus du boîtier contenant le premier et le second contact contre lesquels la lame mobile vient s'appuyer. L'aimant permanent donne à chacun de ces contacts fixes une polarité magnétique opposée. Par envoi d'une impulsion électri- que ayant un sens déterminé dans la bobine, on crée une impulsion magnétique qui polarise la lame mobile dans un sens identique à la polarisation de la lame fixe sur laquelle elle repose. Il se produit par conséquent un effet de répulsion de cette lame fixe et d'attraction par l'autre lame fixe de polarisation opposée qui fait basculer la lame mobile d'un contact à l'autre. Inversement, en envoyant une impulsion de signe opposé dans ladite bobine, la lame mobile bascule à nouveau contre le premier contact. La présence de cet aimant permanent permet notamment d'améliorer considérablement l'immunité aux chocs d'un tel relais, évitant le basculement intempestif d'une position à l'autre au cours d'un choc. Toutefois, on constate que la puissance de commande engendrée dans la bobine est relativement importante lorsque celle- ci est munie d'un circuit magnétique habituel. Or, dans de nombreu- ses utilisations, il est souhaitable d'avoir une puissance de com- mande aussi faible que possible. Dans ce but, le relais électromagnétique selon l'invention est caractérisé en ce que ledit circuit magnétique vient entourer chaque boîtier de manière à rendre solidaire chaque boîtier et son aimant de la bobine et assurer la fermeture du champ magnétique extérieur. De préférence, l'embase du boîtier conduira le champ magnétique pour assurer la fermeture du champ extérieur, le capot étant en matériau non magnétique de façon que le champ magnétique puisse polariser les lames à travers ce capot. Selon un mode préférentiel de réalisation dans lequel le circuit magnétique de la bobine se compose d'une première partie disposée dans la bobine et d'une seconde partie située à l'extérieur de celle- ci, le relais selon l'invention est caractérisé en ce que la seconde partie du circuit magnétique a la forme d'un U dont l'une des branches vient se positionner sous l'embase du bottier. Avec une telle structure du circuit magnétique, on a constaté que le simple fait de rajouter cette seconde partie en forme de U au circuit magnétique permettait d'augmenter le gain de puissance de commande d'un facteur d'environ 2 par rapport au même circuit magnétique non refermé. Par ailleurs, la forme de ce circuit permet de rendre sensiblement solidaire la bobine, l'aimant et le boîtier qui forme ainsi un ensemble compact. Par ailleurs, cette deuxième partie de circuit magnétique viendra de préférence s'appuyer sur l'embase du relais procurant un bon positionnement de l'ensemble S dans le boîtier du relais. Il est bien entendu qu'une telle structure s'applique à tout type de relais à lame mobile disposée dans un bottier, ainsi qu'à tout type de fonctionnement monostable ou bistable dudit relais. En particu- lier, l'interrupteur utilisé dans le relais selon l'invention sera de 1o préférence du type décrit dans la demande française Né 80 00 308 déposée le 8 janvier 1980 au nom de la Demanderesse. Le fonction- nement monostable ou bistable du relais selon l'invention dépend de la position relative des contacts de l'interrupteur et des p8les de l'aimant permanent. Lorsque ceux-ci sont disposés de façon symétri- que par rapport aux contacts fixes de l'interrupteur, on obtient alors un fonctionnement bistable, tandis que si l'on décale d'un c8té ou de l'autre ledit aimant permanent, on obtiendra un retour automatique de la lame dans une position ou dans l'autre. On améliore encore la fiabilité des contacts en utilisant des interrupteurs à contacts mouillés au mercure ou tout liquide équivalent. Toutefois, on a constaté que pour obtenir un bon fonctionnement répétitif de l'interrupteur sous l'action du champ magnétique extérieur, il était nécessaire de munir les contacts fixes de l'interrupteurs de petites plaquettes amagnétique disposées en saillie par rapport auxdits contacts. En effet, il existe un phénomène d'attraction de deux p8les magnétiques de même nature lorsqu'ils sont au contact intime l'un de l'autre. Il est donc nécessaire de laisser une certaine distance entre la lame souple et les contacts mobiles pour éviter ce phéno- mène d'attraction. Enfin, l'invention s'applique bien entendu au cas ou plusieurs interrupteurs sont disposés dans le même ensemble pour former un relais: dans ce cas, le circuit magnétique selon l'invention s'appuie- ra sur les bottiers d'interrupteurs. Egalement, plusieurs bobines et une pluralité d'interrupteurs pourront être disposés dans le même ensemble et former un seul relais, vu de l'extérieur, tout en restant dans le cadre de l'invention. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec S5 les figures qui représentent: - la figure 1, un interrupteur muni d'une bobine de commande selon l'art connu, - la figure 2, un relais muni de l'interrupteur commandé selon la figure 1, 10. - la figure 3, un interrupteur muni d'un circuit magnétique de commande selon l'invention, la figure 4, un relais muni d'un dispositif selon la figure 3, - la figure 5S un schéma de contacts électriques munis de plaquettes amagnétique, 1S la figure 6, un exemple- de réalisation de l'invention avec plusieurs interrupteurs composant le même relais. Sur la figure 1, on a représenté un interrupteur muni d'un aimant et d'une bobine de commande selon l'art connu. Un tel dispositif est décrit par exemple dans l'article mentionné ci-dessus. Il comporte un interrupteur 1 constitué d'une embase 2 et d'un capot 3 disposés sur celle-ci. A l'intérieur de l'embase o règne générale- ment ou une atmosphère contr8lée 8, sont disposés deux supports de contacts fixes 4 et 5 prolongés par les contacts 24 et 25 et traversant respectivement l'embase 2 à travers des perles de verre 12 et 13 puis se terminant par les poteaux 10 et 9. Une lame mobile 6 au contact de mercure 7 peut basculer du contact 24 au contact 25 et vice versa. L'articulation de cette lame 6 avec le mercure 7 est décrite dans la demande de brevet ci-dessus référencée. L'embase 2, est reliée à une électrode de contact 11. Sur le capot 3 de l'interrupteur 1 est disposé un aimant permanent 14 sur lequel est placée une bobine 15 alimentée en courant par 17 et 18 et dans laquelle est disposé un circuit magnétique 16 de forme linéaire bien connu de l'homme de l'art. Le fonctionnement de ce dispositif est aisé à comprendre: L'aimant permanent 14 positionné ici de façon sensiblement symétrique par rapport aux contacts 4 et 5, place la lame mobile sur l'un ou l'autre des contacts 4 ou S (sur le contact 4 sur la figure 1). Sous l'action d'un champ magnétique créé par la bobine alimentée par une impulsion via 17 et 18, on crée un champ magnétique qui polarise la lame mobile 6 dans un sens identique à celui du contact sur lequel elle repose et opposé à celui de l'autre contact. Sous l'action de ce champ extérieur, la lame mobile 6 vient alors s'appuyer sur le contact fixe 25. Compte tenu de la disposition symétrique de l'aimant permanent 14, ladite lame 6 reste au contact de 25. Ainsi que cela a été expliqué ci-dessus, une disposition asymétrique de l'aimant 14 par rapport aux contacts 24 et 25 provoquerait un fonctionnement monostable de ce relais (et donc un retour de la lame 6 sur le contact 24 lors de la suppression du champ de la bobine). Sur la figure 2, est représenté un relais utilisant le dispositif décrit sur la figure 1. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux de la figure précédente portent les mêmes références. Le relais 100 comporte une embase 102 et un capot 101 ainsi que des pattes de contact dont seules certaines ont été représentées, telles que 103 et 104. Le dispositif de la figure 1 est placé dans le sens horizontal ainsi que cela est représenté sur cette figure. Le fonctionnement de ce relais est identique à ce qui a été expliqué à l'aide de la figure 1. Sur la figure 3, est représenté un dispositif semblable à la figure 1, mais muni d'un circuit magnétique selon l'invention. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Le circuit magnétique 16 se prolonge par un circuit magnétique 106 ayant la forme d'un U, dont la branche 107 est reliée à 16 et se prolonge par la branche verticale 108 puis la branche horizontale 109 qui vient se fixer sous l'embase 2 de l'interrupteur 1. Le fonctionnement de ce dispositif est rigoureu- sement identique à celui du dispositif de la figure 1. Toutefois, on constate qu'une telle structure permet un gain en puissance d'un facteur 2. Dans ce but, Pexemple ci-dessous montre clairement ce gain en puissance: On prend un relais tel que représenté sur la figure 1 avec une bobine, capable de faire commuter l'interrupteur sous 140 A x tours, de 12 mm de hauteur et comportant un noyau magnétique 16 de 1,5 mm de diamètre. Toutes choses égales par ailleurs, en utilisant un circuit magnétique en forme de U comportant une branche 106 de 25 mm de long et deux branches 107 et 109 de 5 mm de long et de même section que le noyau magnétique 16 précédent, la commande s'effectue dans les mêmes conditions sous 100 A x tours, soit un gain de puissance de l'ordre de 2. Sur la figure 4, a été représenté le dispositif de la figure 3 monté dans un boîtier de relais identique à celui décrit sur la figure 2. Sur cette figure 4, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent donc les mêmes références. Il est à noter simplement que le circuit magnétique en forme de U 106 vient s'appuyer par son bras 108 sur l'embase 102 du relais, tandis que son bras vertical 107 vient au contact du rebord 111 que fait l'embase au voisinage du contact de sortie 104. Ceci permet une meilleure fixation mécanique du dispositif de la figure 3 dans le bottier de relais. Sur la figure 5, on a représenté schématiquement les contacts de l'interrupteur 1 muni de plaquettes amagnétique permettant un fonctionnement répétitif du relais selon l'invention. Les contacts électriques 24 et 25 sont respectivement revêtus d'une plaquette amagnétique conductrice électriquement 113 et 112, ayant un léger débordement par rapport auxdits contacts. Sur la figure, les plaquet- tes 112 et 113 ont un débordement identique égal à e. Dans la pratique, on a constaté que cette distance e était de préférence comprise entre et 0,05 mm et 1 mm et de préférence 0,1 mm à 0,5 mm. Le fonctionnement de l'interrupteur muni de ses plaquettes est le suivant: la lame mobile 6 a son extrémité qui est par exemple un p8le nord, le contact 25 étant également un p8le nord. Si les deux contacts 25 et 6 étaient en contact intime l'un de l'autre, on sait qu'il se produirait une attraction de ces deux lames malgré la présence du champ magnétique extérieur H. Dans le but d'améliorer le fonctionnement du relais, on dispose donc des lames amagnétique 112 et 113 qui maintiennent une certaine distance entre respecti- vement les contacts 24 et 25 et la lame 6. S La figure 6 représente un relais selon l'invention avec deux interrupteurs et un circuit magnétique en forme de U. Les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Les deux bottiers 1 et 121 sont disposés tête-bêche face au noyau magnétique 16. Le boîtier 121 est isolé électriquement du noyau 16 (généralement conducteur) par l'isolant 123 qui sépare également l'aimant 120 dudit noyau 16. Chaque boîtier est bien entendu, comme dans les exemples précédents un bottier électri- quement conducteur du type de ceux utilisés pour l'encapsulation des transistors, en particulier les boîtiers de type TO 5, dont les 1.5 dimensions permettent bien de mettre en oeuvre l'invention. Le circuit magnétique 106 s'appuie par ses branches 107 et 109 respec- tivement sur l'embase des boîtiers 1 et 129. Un isolant électrique 122 est disposé entre la branche 109 et l'embase de 121 pour éviter les courtcircuits. Les capots des boîtiers 1 et 121 sont en matériau non magnétique, les embases étant en matériau magnétique. Comme précédemment, on obtient un gain en puissance de l'ordre de 2. REVENDICATIONS 1. Relais électromagnétique comportant au moins un inter- rupteur muni de deux contacts électriques disposés respectivement sur un support et d'une lame mobile reliée à un troisième contact, chaque interrupteur étant disposé dans un bottier, ladite lame _S pouvant basculer du premier au deuxième contact ou vice-versa sous l'action d'un champ magnétique extérieur créé par un aimant perma- nent et une bobine de commande, disposés au-dessus du bottier, chaque bottier étant associé à un aimant, ladite bobine étant munie d'un circuit magnétique, caractérisé en ce que ledit circuit magnéti- que (16) vient entourer chaque bottier (1) de manière à rendre solidaire chaque bottier (1) et son aimant (14) de la bobine (1[) et assurer la fermeture du champ magnétique extérieur. 2. Relais électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel le circuit magnétique se compose d'une première partie (16) 1, disposée dans la bobine et d'une seconde partie (106) située à l'extérieur de celle-ci, caractérisé en ce que la seconde partie (106) du circuit magnétique a la forme d'un U (107, 108, 109). 3. Relais électro-magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit circuit magnétique (106) s'appuie sur l'embase du relais. 4. Relais électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque contact électrique (24, 25) de l'interrupteur (1), en matériau magnétique, est revêtu d'une pièce de contact (112, 113) en matériau amagnétique. 5. Relais électromagnétique selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la pièce de contact (112, 113) en matériau amagnétique assure un espacement entre les contacts fixes et la lame mobile d'au moins 0,05 mm. 6. Relais électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux interrupteurs (1, 121) commandés par la même bobine (l5), la seconde partie du circuit magnétique (106) en forme de U s'appuyant par ses deux branches latérales (107, 109) sur le boîtier de chaque interrupteur (1, 121), des pièces isolantes électriquement (122, 123) étant éventuel- S5 lement disposées entre le circuit magnétique (16, 106) et les boîtiers pour éviter les courts-circuits électriques.