Brevet FR2527831A1 — publié le 19831202

La présente invention concerne un noyau plongeur du genre destiné à être utilisé dans un électro-aimant, faisant par exemple partie d'un relais à seuil d'intensité, c'est-à-dire d'un dispositif changeant d'état en fonction de la valeur du courant qui le traverse. La présente invention concerne également un procédé pour réaliser le noyau plongeur précité. L'invention concerne également un relais à seuil d'intensité équipé de ce noyau plongeur. Les électro-aimants du genre précité comprennent un bobinage parcouru par le courant dont la valeur doit déterminer leur état. Quand cette valeur franchit le seuil prévu, le bobinage fait passer dfune position extrême à l'autre un noyau plongeur constitué par un barreau cylindrique en fer auquel est soudé un doigt de commande. Selon une application classique, le dispositif est un disjoncteur auquel cas le doigt de commande est lié mécaniquement à une serrure dont l'actionnement déclenche l'ouverture du circuit à protéger. Selon une autre application classique, le dispositif est un relais à maximum d'intensité, auquel cas le doigt de commande actionne un contact de commande. Ces dispositifs ont cependant plusieurs inconvénients. On considère généralement qu'ils ne changent pas assez rapidement d'état lorsque le seuil d'intensité prévu est franchi. D'autre part, le noyau passe parfois d'une position à l'autre alors que le seuil prévu n'a pas été franchi. I1 a en particulier été constaté selon l'invention que ce problème se pose de façon aiguë lorsque l'électro-aimant, par exemple monté sur une machine, est soumis à des secousses ou vibrations. Par ailleurs, l'électro-aimant est le plus souvent monté sur un support rigide portant également des contacts. I1 a été constaté selon l'invention que ces contacts ont alors tendance à s' user et se détériorer de façon particulièrement rapide, et que cette usure provient du choc provoqué par le noyau plongeur lorsqu'il arrive en fin de course après avoir changé de position, ce choc faisant décoller pendant un court instant les contacts voisins avec apparition d'arcs électriques néfastes pendant ces décollements. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en réalisant un noyau plongeur permettant de réaliser un électro-aimant dont la rapidité au changement d'état soit accrue, qui soit peu sensible aux sollicitations mécaniques, et qui n'entraine pas à son tour des sollicitations mécaniques préjudiciables aux appareillages avoisinants. L'invention vise ainsi un noyau plongeur destiné à être monté à coulisse dans un tube isolant faisant partie d'un électro-aimant comprenant en outre un enroulement électrique bobiné autour du tube isolant, ce noyau comportant un organe d'entralnement destiné à être en prise avec un dispositif à actionner. Suivant l'invention, ce noyau est caractérisé en ce qu'il comprend une paroi latérale qui porte à son extérieur les surfaces de guidage en translation dans le tube isolant et délimite à son intérieur un évidement s'étendant sensiblement selon la direction de coulissement du noyau. Ainsi, le noyau plongeur a une inertie affaiblie qui permet une réduction du temps de réponse du dispositif ainsi équipé. Cette sensibilité accrue du noyau aux sollicitations magnétiques s'accompagne d'une grande insensibilité aux sollicitations mécaniques externes telles que les secousses ou les vibrations. En effet, le noyau ainsi allégé ne peut pratiquement plus acquérir une énergie cinétique importante. Pour cette même raison, le noyau plongeur ne provoque plus de chocs préjudiciables aux appareillages avoisinants lorsqu'il parvient en fin de course. Selon un second objet de l'invention, le procédé pour réaliser le noyau plongeur précité, ainsi que le dispositif d'entraînement que porte ce noyau, est caractérisé par les étapes suivantes: on découpe un morceau de tole magnétique selon un contour sensiblement rectangulaire à l'un des cotés duquel est adjoint un appendice destiné à constituer par la suite un doigt pour entraîner le dispositif à actionner; et on forme la partie rectangulaire selon le profil voulu pour la paroi latérale du noyau. Gracie à ce procédé, la fabrication du noyau plongeur conforme au premier aspect de l'invention, qui parait a priori plus complexe que les noyaux plongeurs connus, est paradoxalement simplifiée. En effet, les constructions en tôle découpée et pliée sont notoirement économiques. Dans le cas présent, on a en outre l'avantage de réaliser en même temps le dispositif pour entraîner le contact de coupure, ce qui supprime la nécessité du soudage ultérieur. De plus, cette réaliser tion en tôle permet de donner à l'évidement des dimensions très importantes, et d'alléger de surcroit le dispositif d'entraînement par rapport à la réalisation antérieure. Selon un troisième aspect de l'invention, le relais à seuil d'intensité comprend un enroulement électrique bobiné autour d'un tube isolant et destiné à être monté en série avec le circuit dont l'intensité détermine l'état du relais, et un noyau plongeur conforme au premier aspect de l'invention, éventuellement réalisé selon le second aspect de l'invention, ce noyau étant monté à coulissement axial dans le tube isolant et portant un organe d'entraînement destiné à etre en prise avec un dispositif à actionner, le noyau étant mobile entre une position de repos vers laquelle il est sollicité en permanence par un ressert, et une position vers laguelle se déplace l'effort magnétique engendré par @@enroulement lorsque ce dern@er est rraversé par un @@@@@ant depassal@ le seuil preva. 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Le relais à seuil dintensité représenté aus figure comprend une carse en matière plastique isolante 1 comprenant un tube cylindrique 2 portant à chacune de ses extrémités une plaque d'extrémité 3 ou 4 servant de façon connue à fixer le relais à un support et/ou à y aménager ses bornes d'entre et de sortie (non représentées). L'alésage axial 6 du tube 2 traverse la plaque d'extrémité 3. L'alésage 6 communique egalement avec l'extérieur par un orifice 7 ménagé à travers la plaque 4 et entouré d'une collerette 8. Un enroulement électrique 9, aménagé autour du tube isolant 2, est destiné à être monté par ses deux extrémités 11, 12 (figure 1) en série dans le circuit à protéger (non représenté). De façon usuelle, les extrémités 11 et 12 sont fixées aux bornes du relais (non représentées), portées par les plaques 3 ou 4. Un noyau plongeur 13 est monté à coulisse dans l'alésage du tube 2. A son extrémité 14 émergeant de la plaque 3, le noyau 13 porte un doigt 16 dont l'extrémité crochue 15 sert de façon classique à commander un contact (non représenté) en fonction de la position axiale du noyau 13. A sa base, le doigt 16 porte un ergot 17 dirigé perpendiculairement à l'axe Z-Z du noyau 13 (figure 2) et engagé dans une glissière 18 parallèle à l'axe Z-Z. La glissière 18 est définie entre deux colonnes 19 réalisées en une seule pièce avec la plaque 3. A leur base, les colonnes 19 sont réunies par une butée 21 pour l'ergot 17. A leur extrémité libre, les deux colonnes 19 sont épaulées l'une vers l'autre en 22. Les épaulements 22 constituent eux aussi une butée pour l'ergot 17. Au-delà des épaulements 22, il subsiste entre les colonnes 19 une fente 23. Entre cette fente et l'extrémité des colonnes 19, ces dernières présentent chacune un biseau d'engagement 24. Un ressort hélicoïdal de compression 26 est monté autour du noyau 13, entre l'ergot 17, et un dégagement annulaire 27 ménagé dans la plaque 3 autour de la sortie de l'alésage 6. L'extrémité du ressort 14 opposée à la plaque 3 s'appuie également contre un épaulement 28 porté par le doigt 16 à l'opposé de l'ergot 17, et aligné avec le bord de l'ergot 17 dirigé vers la plaque 3. Ainsi, le noyau 13 est mobile entre une position de repos dans laquelle l'ergot 17 est en butée contre les épaulements 22 tandis que le noyau 13 est partiellement dégagé du tube 2 du côté de la plaque 3, et une position d'excitation dans laquelle l'ergot 17 est en appui contre la butée 21 tandis que le noyau 13 est engagé en quasi-totalité dans l'alésage 6 du tube 2. Le ressort 26 sollicite en permanence le noyau 13 vers sa position de repos. Quand l'intensité dans le bobinage 9 dépasse le seuil prévu, celui-ci engendre sur le noyau 13 un effort magnétique axial capable de vaincre la résistance du ressort 26 et d'amener ainsi le noyau 13 en position d 'excitation. Conformément à l'invention, le noyau 13 comprend une paroi latérale 29 dont la surface extérieure est un cylindre dont le diamètre correspond à celui de l'alésage 6 moyennant les jeux nécessaires au coulissement. A son intérieur, la paroi 29 délimite un évidement cylindrique 31 s'étendant axialement sur toute la longueur du noyau 13. Comme le montre la figure 3, la paroi latérale 29 du noyau 13 s'étend selon un profil circulaire dont l'épaisseur e est constante, de sorte que la surface cylindrique interne de la paroi 29 est également d'axe Z-Z. L'évidement 31 communique avec l'extérieur par l'extrémité du noyau 13 dirigée vers la plaque 4. I1 communique également avec l'extérieur par l'autre extrémité du noyau 13, d'un côté seulement du doigt 16. L'évidement 13 communique encore avec l'extérieur de la paroi 29 par une fente 32 s'étendant axialement sur toute la longueur de la paroi 29. Dans le cas d'un noyau 13 de trois millimètres de diamètre par exemple, la fente peut avoir 0,25 mm de largeur. Le relais qui vient d'être décrit s'utilise et fonctionne de la façon suivante: pour monter le relais, une fois la bobine 9 réalisée, il suffit de mettre le ressort 26 autour du noyau 13, d'engager celui-ci dans l'alésage 6, en faisant passer à force l'ergot 17 par la fente 23 à la faveur des biseaux 24. La bobine 9 est branchée en série dans le circuit d'un appareil ou d'une installation dont l'intensité qui la traverse doit déterminer l'état du relais. A cet effet, le relais peut sans inconvénient être monté sur un support soumis à des secousses ou des vibrations. Tant que l'intensité ne dépasse pas le seuil prévu, le noyau 13 demeure eii position de repos. Même si la carcasse 1 est soumise à des librations ou des secousses, le noyau 13 considérable- ment allégé est maintenu sans difficulté en position de repos par le ressort 26.La fente 32 empêche l'apparition de courants de Foucault, de sorte é les effets d'hystérisis sont efficacement combattus et le temps de réponse magnétique est faible. Quand l'intensité dans la bobine 9 dépasse le seuil prévu, le noyau 13 et le doigt 16 passent très rapidement en position d'excitation compte tenu de leur très faible inertie. On va maintenant décrire en référence aux figures 6 -et 7, le procédé pour réaliser le noyau 13 et le doigt d'entraînement 16. Dans une tôle en matériau magnétique, tel que le fer, ayant par exemple 0,4 mm d'épaisseur si l'on désire réaliser un noyau de 3 mm de diamètre, on réalise une découpe 33 comprenant une partie rectangulaire 113 dont la longueur correspond sensiblement à la longueur du noyau 13 et dont la largeur est égale au périmètre du noyau 13 à réaliser. Partant sensiblement du milieu de l'une des largeurs du rectangle 113, la découpe 33 comprend également un appendice 116 dont le contour correspond à celui du doigt 16 y compris l'ergot 117 pour l'instant adjacent à la largeur du rectangle 113. On pratique ensuite le long de la largeur en question du rectangle 113, une entaille 34 qui sépare le futur ergot 17 du rectangle 113, et le long de la même largeur du rectangle 113, de l'autre côté de l'appendice 116, une entaille 128 qui, du côté du futur doigt 16, définira par la suite l'épaulement 28. On emboutit ensuite la découpe 33 en direction perpendiculaire à son plan, au moyen d'un poinçon 36 représenté en pointille aux figures 6 et 7. Le poinçon 36 a une extrémité semi-cylindrique dont l'axe coïncide en fin de poinçonnage avec l'axe Z-Z. De son côté dirigé -'er la découpe 116, l'extrémité semi-cylindrique du poinçon 36 est arrondie selon un quart de sphère 37 (figure 5 > . Cet emboutissage d pour effet de donner au rectangle 113 le profil d'un U dont le fond semicylindrique est raccordé au plan de l'appendice 116 par une zone bombée sensiblement en quart de sphère 38 figures 1,2,5 et 7). Au cours du même emboutissage, onréalise avec un poinçon 39 (figure 6) lié au poinçon 36, une nervure allongé 41 orientée longitudinalement sur le doigt 16 pour renforcer ce dernier. Comme representé en pointillé sur la figure 7, il suffit ensuite pour terminer le noyau 13 et le doigt 16, de rabattre l'une vers l'autre les deux extrémités du U en réservant entre elles une distance correspondant à celle de la fente 32. Le procédé qui vient d'être décrit a l'avantage de simplifier considérablement la fabrication du noyau plongeur conforme à luinvention et de son doigt d'entraînement. Bien entendu, l'invention nnest pas limitée aux exemples décrits et représentés, et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples, sans sortir du cadre de celle-ci. C'est ainsi que pour faciliter le formage du rectangle 113, sans affecter la planéité de l'appendice 116, on peut prévoir un perçage à la jonction entre le rectangle 113 et l'appendice 116, ce perçage laissant subsister un pont de liaison entre lui et chacune des découpes 34 et 128. Bien entendu, dans certains cas, le périmètre du noyau est plus grand que sa longueur axiale, et l'appendice 116 est alors adjacent à l'une des longueurs du rectangle 113. Le procédé conforme à l'invention n'est pas le seul moyen de réaliser le noyau plongeur conforme à l'invention. REvENDICATIONS 1. Noyau plongeur destiné à être monté à coulisse dans un tube isolant (2) faisant partie d'un électro-aimant comprenant en outre un enroulement électrique (9) bobiné autour du tube isolant (2), ce noyau comportant un organe d'entraînement (16) destiné à être en prise avec un dispositif à actionner, caractérisé en ce que le noyau (13) comprend une paroi latérale (29) qui porte à son extérieur les surfaces de guidage en translation dans le tube isolant (2) et délimite à son intérieur un évidement (31) s'étendant sensiblement selon la direction (Z-Z) de coulissement du noyau (13). 2. Noyau plongeur oenforme à la revendication 1, caractérisé en çe que la paroi latérale (29) s'étend selon un profil d'epaisseur constante (e) correspondant sensiblement au contour interne du tube isolant (2). 3.Noyauplongeurconforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'évidement (31) communique avec l'extérieur par une fente (32) ménagée dans la paroi latérale (29), selon une direction sensiblement axiale (Z-Z). 4. Procédé pour réaliser.un noyau plongeur conforme à l'une des revendications 1 à 3, et le dispositif d'entraînement (16) que porte ce noyau (13),-carac térisé par les étapes suivantes: on découpe un morceau de tôle (33) selon un contour sensiblement rectangulaire (113) à l'un des côtés duquel il est adjoint un appendice (116) destiné à constituer par la suite un doigt (16) pour entraîner le dispositif à actionner; et on forme la partie rectangulaire (113) selon le profil voulu pour la paroi latérale (29) du noyau (13). 5. Procédé conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'au cours de la découpe, on ménage de chaque cbté-de la base du doigt (16) un epaulement (34,128) dirigé vers le rectangle (113) et destiné à servir d'appui à un ressort de rappel (26). 6. Procedé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'on réalise cesépaulements (34,128) en entaillant la base du doigt (16) suivant le côté adjacent du rectangle (113). 7. Procédé conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que de l'un des côtés au moins du doigt (16), on réalise un ergot (17) adjacent à cet épaulement (34) et destiné à coopérer en service avec une butée (22) délimitant la position de repos du noyau (13). 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lors de la découpe, on fait en sorte que l'appendice (116) soit attaché sensiblement au milieu de l'un des côtés du rectangle (113), et en ce que pour former la paroi latérale (29) du noyau (13), on donne au rectangle (113), par emboutissage, un profil en U tandis qu'on réalise dans la base de l'appendice (116) une déformation bombée (38) reliant le plan de l'appendice (116) à la partie arrondie du profil en U, et en ce qu'on rapproche ensuite les deux extrémités du profil en U. 9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'on réalise par emboutissage une nervure longitudinale (41) dans l'appendice (116). 10. Relais à seuil d'intensité comprenant un enroulement électrique (9) bobiné autour d'un tube-isolant (2) et destiné à être monté én série avec le circuit dont l'intensité détermine l'état du relais, et un noyau plongeur (13) conforme à l'une des revendications 1 à 3 ou réalisé selon le procédé de l'une des revendications 4 à 9, ce noyau étant monté à coulissement axial dans le tube isolant (2) et portant un organe d'entraînement (16) destiné à être en prise avec un dispositif à actionner, le noyau (13) étant mobile entre une position de repos vers laquelle il est sollicité en permanence par un ressort (26), et une position vers laquelle le déplace l'effort magnétique engendre par l'enroulement (9) lorsque ce dernier est traversé par un courant dépassant le - seuil prévu.