Brevet FR2561436A1 — publié le 19850920

La présente invention concerne un relais élec- tromagnétique polarisé avec interrupteur à simple coupure. Par relais avec interrupteur à simple coupure, on entend un relais dont l'interrupteur commandé par ce relais n'assure qu'une seule ouverture du circuit lorsqu' il est ouvert, contrairement à un interrupteur à double coupure, plus coûteux, qui comporte un organe mobile s'écartant à la fois des deux extrémités du circuit lorsqu'il est ouvert. Par relais électromagnétique polarisé, on entend un relais du genre décrit dans le FR-A 2 271 654 ou dont le circuit magnétique est du genre décrit dans le FR-A 2 466 844, ce circuit magnétique comprenant un aimant permanent. Ces relais ont des performances permettant de réduire leur encombrement et d'avoir de fortes pressions de contact. Dans un tel relais, l'élé- ment portant le contact mobile de 1' interrupteur et assurant sa liaison électrique, doit avoir une raideur suffisante, dans le cas d'un fonctionnement monostable, pour ramener l'armature de la position "travail" à la posi- tion "repos". Selon le brevet FR-A 2 520 152, le fonc- tionnement d'un relais polarisé peut êtrerendu monos- table en montant dans le circuit magnétique un second aimant, mobile par rapport au premier, de façon à se trouver en série avec le premier en position "repos" et en opposition avec le premier dans la position "travail". Le fonctionnement du relais monostable est ainsi plus fiable que lorsque le rappel est assuré par élasticité d'une lame souple portant le contact mobile. Dans ce cas, on a intérêt à ce que l'élément portant le contact mobile à simple coupure et assurant sa liaison électrique soitle plus souple possible sans quoi il risque d'opposer dans certains cas un effort que les forces magnétiques, assez faibles au voisinage de la mi-course du contact, ne pourront pas vaincre. On pourrait songer à utiliser une tresse métallique, mais l'emploi d'une telle matière est difficile à mettre en oeuvre dans un relais miniature. Une lame souple doit avoir une section minimale conditionnée par l'intensité pour laquelle est prévu le relais. Une telle lame ne peut donc avoir une grande souplesse qu' à condition d'être suffisamment longue. La longueur appropriée pour- rait être trouvée le long de la bobine. Cependant, avec une telle disposition, la section du relais prise per- pendiculairement à l'axe de la bobine serait augmentée sur toute la longueur axiale du relais et on serait amené à utiliser un boltier dont l'espace intérieur est mal utilisé. Par ailleurs, pour certaines utilisations, on impose une largeur maximale de 10 mm. Le but de l'invention est ainsi de proposer un relais polarisé à interrupteur à simple coupure dont l'encombrement soit très réduit, sans diminuer la capa- cité des contacts. L'invention vise ainsi un relais électroma- gnétique polarisé muni d'au moins un interrupteur à simple coupure, ledit interrupteur comprenant un contact fixe porté par un support solidaire d'un socle du relais, et un contact mobile porté par une extrémité d'une lame souple qui, au voisinage de son autre extrémité, est ancrée relativement au socle, et qui à un certain point entre son ancrage et le contact mobile est attachée à un organe d'entraînement solidaire d'une armature mobile du relais. Suivant l'invention, le relais est caractérisé en ce qu'entre sa région d'ancrage et le point d'attache précité, la lame est subdivisée en au moins deux bran- ches dont l'une au moins suit un trajet non rectiligne. Chaque branche, ayant une largeur plus petite qu'une lame simple, peut suivre un long trajet sinueux profitant des anfractuosités de l'espace réduit que l'on s ' attribue. Ainsi, la longueur moyenne de chaque branche est plus grande que celle qu'aurait pu avoir une branche simple plus large. Malgré cela, la section de passage du courant est déterminée par la somme des sections des deux branches et peut être facilement rendue suffisante. Ainsi, l'interrupteur peut avoir une lame suffisamment souple tout en étant logeable dans un espace très réduit. De préférence, l'interrupteur est logé à l'une des extrémités axiales d'une bobine d'excitation du relais. Dans ce cas, le relais est logeable dans un boîtierparaUléoiod'quesans augmentersasection transversale. La présence de l'interrupteur ne fait qu'accroître la plus grande longueur du parallélépipède, et non plus l'une de ses largeurs, ce qui représente une augmenta- tion de volume bien moindre par rapport au volume de base, incompressible, occupé par le bobinage et le circuit magnétique. D'autres particularités et avantages de l'in- vention ressortiront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titres d'exem- ples non limitatifs: 20. la figure 1 est une vue d'un relais selon l'invention, en coupe transversale à travers la bobine d'excitation, selon la ligne 1-1 de la figure 4; la figure 2 est une vue du même relais en coupe selon la ligne -IE de la figure 4; 25. la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 mais concernant une réalisation hypothétique permettant d'expliquer les avantages de l'invention; la figure 4 est une vue du relais en coupe axiale selon le plan W7-V de la figure 2, l'inter- rupteur n'étant pas représenté dans un but de clarté; la figure 5 est une vue partielle en plan de la face interne du socle du relais des figures 1, 2 et 4 dans la zone de l'interrupteur; et la figure 6 est une vue de dessus du relais odans la zone 'e l'interrunteur, avec coupe du capot. Dans l'exemDle représenté, le relais du type miniaturisé destiné à être monté sur un circuit imprimé est logé dans un boîtier parallélépipédique formé d'un socle rectangulaire 1 et d'un capot 2 complétant le parallélépipède. Un tel relais mesure par exemple lOxlOx28 mm. La partie électromagnétique du relais estdutypedécrit dans le FR-A-2 520 152. Il comprend une carcasse de bobine 3 dont l'axe s'étend selon la longueur du parallélépi- pède et autour de laquelle est enroulée une bobine d'excitation 4. - La carcasse 3 comprend un conduit axial 3a dans lequel est montée à coulisse une armature mobile 5 formée de deux pièces polaires 6 et 8 entre lesquelles est interposé un aimant permanent 7. Les faces de contact entre la pièce polaire 6 et l'aimant 7 d'une part et entre l'aimant 7 et la pièce polaire 8 d'autre part sont parallèles à l'axe de la carcasse 3 et l'axe d'aimantation de l'aimant permanent 7 est perpendicu- laire à la direction du déplacement. Le relais comprend en outre une culasse magnétique constituée de deux demi-culasses 9, 11 (figures 1,4 et6) entre lesquelles est interposé un aimant permanent 10. L'axe d'aimantation de l'aimant 10 est perpendiculaire aux faces de contact, parallèles entre elles, de chacune des demi-culasses 9 et 11. Comme le montrent les figures 4 et 6, la demi-culasse 9 est recourbée à l'une de ses extrémités pour venir en regard de l'une des extrémités de la pièce polaire 6, tandis que l'autre demi-culasse 11 est recourbée à l'une de ses extrémités pour venir en regard de l'au- tre extrémité de la pièce polaire 6. Le jeu de la pièce polaire 6 entre les extrémités recourbées des demi-culasses 9 et 11 détermine la course de l'arma- ture mobile 5 (l'armature est représentée à la figure 4 dans une position de mi-course qui n'est pas stable en pratique). La pièce polaire 8 est plus longue que la pièce polaire 6 et est recourbée à ses deux extrémités axiales de façon à venir en regard des extré- mités de la pièce polaire 6 mais de l'autre côté de la demi-culasse 9 ou il présente à chaque extrémité. La distance entre chaque extrémité de la pièce polaire 6 et!'extrémité en regard de la pièce polaire 8 est égale a la course de l'armature mobile 5 augmentée de l'épaisseur de l'extrémité recourbée de la demi-culasse 9 ou Il qui s'y trouve. On va maintenant décrire le fonctionnement électromagnétique du relais. Au repos, l'armature mobile 5 tend à prendre sa position extrême vers la droite à la figure 4, dans laquelle la pièce polaire 6 reliée au pôle nord de l'aimant 7 est au contact de la demi- culasse 9 reliée au pôle sud de l'aimant 10 tandis que la pièce polaire 8 reliée au pôle sud de l'aimant 7 est au contact de la demi-culasse 11 reliée au pôle nord de l'aim"ant 10o Lorsqu'on applique un certain courant à la bobine d'excitation 4 l'aarmature 5 devient le siège de force slectromagnéiquesqui la déplacent vers son autre position extrêrmeo Quand le courant dans la bobine 4 cesse, les aimants periïanents 7 et 10 assurent le retour de. 1l armature 5 vers la première citée des positions extrémes. Le relais comprend en outre un interrup- eur 30 logé à l'une des extrémités axiales de la bobine 4, et plus particulièrement à celle vers laquelle est d-olacée l'armature 5 en position de repos. L'interrupteur 30 comprend deux contacts fixes, à savoir un contact fixe travail 31 et un contact fixe repos 32, se faisant face l'un à l'autre et entre lesquels est disposé avec un certain jeu un contact mobile 20 ayant deux faces de contact opposées 20a et 20b destinées à coopérer respective- ment avec les contacts fixes 31 et 32. Les trois contacts 31, 20, 32 ont sensiblement un axe commun parallèle à celui de la bobine 4 et sont disposés à linterieur du capct 2 au voisinage de l'une de ses arétes longitudinales oppocsées au socle 1. Plus partc.1..e..re..ntl l'aimant 1O firgures 1 et 6) et la zone des deux demi-culasses 9 et 11 qui coopère avec lui sont montés à côté de La bobine 4 qui se trov7e ainsi décalée latérale- ment dans le bdtieret es ccntat 1, 2c 32 son-l di me-me cos au boîtier que l'aimant 10. Le contact fixe tsavai 31 es por par un suppot con- ducteur 22 dont l'extrémité opposée au contact 31 est constitue en cosse 23 traversant le socle isolant 1. De même, le contact fire repos 32 est porté par un support conducteur 33 dont l'extrémité opposée au con- tact 32 est conformée en cosse (non représentée) traversant le socle isolant 1. Le contact 20 est portée par une lame métalli- que souple 12 dont!'extrmité opposée au contact mobile est conforme en cosse 13 traversarnt le socle isolant 1. Juste en deçà de la cosse 13, la lame 12 présente une région 14 qui est encastrée dans une fente 34 {figure 5) pratique dans le socle 1 perpendiculairement à l'axe de la bobine et en une position du boîtier qui est diagona- lement ooposée aux contacts 20, 31, 32. La lame 12 est repliée sur elle-même dans les régions 13 et 14 de façon que cette double épaisseur ren- force la rigidité de la cose 13 etaugmente la laeur dela fente 34. Comme le montrent les figures 2 et 6, entre la région d'ancrage 14 et le contact mobile 20, la lame 12 est engagée dans la tente 36 (voir aussi figure 4) d'un organe -ou fourche- d'actionnement 21 en matière plastique surmoulé sur l'extrémité recourbée adjacente de la pièce polaire 8. Entre la région d'ancrage 14 et la région 17 engagée dans la fente 36, la lame souple 12 est subdi- visée en deux branches 15 et 16 ayant chacune pour largeur la mtoi de lalargeurde la lame 12 dans larégion 14. Lesdeuxbranches et 16 ont également même Ingueur. Eles définissent entre eles une ouverture 18 et sont raccordées l'uneà l'autre dune part au voisinage de la réion 14 et d'autre part dans la fente 35 de la fourche 21. L'une des branches 15 vient effectuer un méandre entre les supports 22 et 33 sous le contact 20 avant de revenir vers la fente 36. L'autre branche 16 va effectuer un méandre vers l'arête longitudinale du capot 2 opposée à celle à laquelle sont adjacents les contacts 20, 31, 32 avant de revenir vers la fente 36. Comme le montre la figure 2, la branche 16 effectue un retour vers le socle 1 avant de se raccor- der à la zone 17 engagée dans la fente 36. Ainsi, la lame 12 présente dans la zone engagée dans la fente 36 une encoche 37 laissant de la place pour l'âme 38 (figure 4) de la fourche 21. En référence à la figure 4, la zone exis- tant à chaque extrémité de l'armature mobile 5 entre les extrëmités des pirces polaires 6 et 8 sont des zones o se développent en service les forces magnétiques déplaçant l'armature 5, ces deux zones définissent un axe X-X selon lequel s'exercent les efforts magnétiques et qui est parallèle à la direction de translation de l'armature 5. L'axe X-X passe sensiblement par le centre de la région 17 de la lame 12 qui occupe la fente 36. Comme le montrent les figures 2 et 5, le socle 1 présente un évidement 39 ayant en vue de dessus la forme d'un triangle aplati dont la direction d'allongement est sensiblement parallèle à la largeur du socle 1 et dont l.'extremité pointue rejoint la fente 34. Vu en section transversale à l'axe de la bobine 4 (figure 2), l'évidement 39 a une profondeur qui est maximale au voisinage de la fente 34 et qui décroît progressivement jusqu'à son autre extrémité en épousant le profil du début du méandre de la branche 15. Revenant à la figure 5, on note que l'évide- ment 39 a vu de dessus une forme dissymétrique qui tient compte de certains impératifs de positionnement des cosses 13, 23 et de la cosse non représentée associée au contact repos 32,et d'éloignement du contact fixe travail 31 par rapport à la demi-culasse 9 qui est recourbée de ce côté ci de la bobine. Il est souhaitable que la lame souple 12 soit détendue, c'est-à-dire ne tende à rappeler le contact ni dans un sens ni dans l'autre lorsque le contact est à mi-chemin entre les contacts fixes 31 et 32. En effet, les forces magnétiques sont relativement faibles à ce stade de la course de l'armature 5 et un effort élastique dans un sens ou dans l'autre pourrait empêcher le fonctionnement du relais ou provoquer un déplacement non brusque de la lame mobile lorsque la tension d'excitation varie progressivement. Malgré le décalage précité entre les positions relatives des cosses telles que 13 et 23 et les positions relatives des contacts 31 et 32, la lame 12 est assez souple pour ne pas nécessiter de réglage par cambrage. Les branches 15 et 16 ont sensiblement même longueur et même largeur, et ladite largeur est telle que, compte tenu de l'épaisseur de la tôle utilisée, la somme des sections de passage pour le courant dans les deux branches suffit pour le courant maximal eue l'on souhaite pouvoir faire passer Dar 1'interrunteur 30. Du côté de la zone 17 opposé aux branches 15 et 16, la lame souple 12 présente une région 19 s'étendant selon un tracé rectiligne jusqu'à son extrémité qui porte le contact mobile 20. En outre, la largeur de la région 19 est supérieure à la somme des largeurs des branches 15 et 16. On remarque que la f ernte 36 est approfondie du côté de la région 19 de façon à accueillir non seulement la région 17 mais le départ de la région 19. On va maintenant exposer le fonctionnement et les avantages du relais qui vient d'être décrit: Comme on l'a vu plus haut, le fonctionnement monostable du relais ne résulte pas d'une force de rapoel exercée par la lame 12, mais d'une structure pa-ticuliére du circuit magnétique 5 à 11. On désire au contraire que la lame 12 ait la plus faible rigidité possible entre la zone d'ancrage 14 et la zone 17 coopérant avec la fourche 21. Grâce à la subdivision en deux branches, chaque branche 15, 16 peut avoir une longueur telle qu'elle a une souplesse suffisante pour le bon fonctionnement du relais. De plus, la disposi- tion représentée dans laquelle la zone 17 est centrée sur l'axe X-X permet à l'armature mobile 5 de se déplacer sans frottement dans la carcasse de bobine 3g ce qui va également dans le sens du bon fonctionnement monostable du relais. On a représenté ô titre comparatif à la figure 3 la longueur sensiblement maximale qu'il aurait eté possible de donner à la lame souple 12a entre la région d'ancrage 14a et la région 17a coopérant avec la fourche 21 si, contrairement à l'invention, la lame 12a n'était pas subdivisée en deux branches. On pourrait estimer possible d'accuser davan- tage les deux méandres de la lame 12a pour augmenter la longueur de sa ligne moyenne mais en fait ceci est impossible car la lame n'aurait plus aux extrémités des méandres la largeur nécessaire pour l'intensité maximale prévue. La comparaison des figures 2 et 3 fait immédiatement apparaître l'avantage que procure l'invention quant à la longueur de la lame 12 soumise à la flexion. L'évidement 39 permet à la lame 12 de tra- vailler en flexion dès la frontière avec la région encastrée 14. Il a été trouvé qu'un tel évidement n'affaiblit pas abusivement le socle 1. Il est par contre souhaitable que la région 19 s'étendant depuis la fourche 21 jusqu'au contact 20 soit la plus rigide possible pour que les mouvements assurés par l'armature mobile 5 soient efficacement transmis au contact mobile 20. La grande largeur de la région 19, sa faible longueur, et son encastrement dans la fourche 20 satisfont à cette condition. Par rapport à un relais conventionnel équiva- lent tel que celui décrit dans le DE-OS 2 219 315, le brevet FR-A 2 466 844 permet de diminuer de plus de moitié le volume de l'électro-aimant tout en donnant des forces utiles en fin de course plus que doublées. Mais cette rédution de volume n'est pleinement intéres- sante que si les lames de contact peuvent également occuper un volume réduit de plus de moitié. La présente invention permet donc de remplir cette dernière condi- tion, tout en permettant de transmettre aux contacts l'importante force utile en fin de course et de satisfaire à la condition de souplesse de la lame mobile nécessitée par le rappel monostable par aimant du brevet FR-A 2 520 152. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté et de nombreux amé- nagements peuvent être apportés à cet exemple sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'une des branches pourrait être rectiligne si, dans certains cas, il n'y a de place pour le trajet sinueux que d'une seule branche. La branche rectiligne peut être relativement étroite et l'autre relativement large. Il peut y avoir plus de deux branches. Les deux branches peuvent au moins en partie se chevaucher lorsqu'elles sont vues comme à la figure 2. On peut ainsi résoudre certains cas d'espace disponible très exigu o il n'est pas possible de trouver des régions distinctes pour les deux branches de la lame. Dans l'exemple représenté, toutes les régions 14 à 17, 19 de la lame 12 sont réalisées d'un seul tenant par découpage d'une tôle, mais bien entendu, il est possible de procéder autrement, notamment en assemblant plusieurs éléments. REVENDICATIONS 1. Relais électromagnétique polarisé muni d'au moins un interrupteur à simple coupure (30), ledit interrupteur comprenant un contact fixe (31) porté par un support (22) solidaire d'un socle (1) du relais, et un contact mobile (20) porté par une extré- mité d'une lame souple (12) qui, au voisinage de son autre extrémité (14) est ancrée relativement au socle (1), et qui, dans une certaine région (17) entre son ancrage (14) et le contact mobile (20) est attachée à un organe d'entraînement (21) solidaire d'une armature mobile (5) du relais, caractérisé en ce qu'entre sa région d'ancrage (14) et sa région d'attache précitée (17), la lame (12) est subdivisée en au moins deux branches (15, 16) dont l'une au moins suit un trajet non rectiligne. 2. Relais conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les deux branches (15,16) ont sensiblement même longueur moyenne. 3. Relais-conforme à l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux branches (15,16) ont sensiblement même largeur. 4. Relais conforme à l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que l'interrupteur (30) est logé à l'une des extrémités axiales d'une bobine d'excitation (4) du relais. 5. Relais conforme à la -revendication 4, caractérisé en ce que la région d'ancrage (14) de la lame (12) et le contact mobile (20) se trouventsensible- ment en deux points diagonalement opposés d'un boîtier (1,2) de forme générale parallélépipédique renfermant le relais. 6. Relais conforme à l'une des revendica- tions 4 ou 5, dans lequel l'armature (5), associée à deux zones d'entrefer, a un mouvement de translation selon l'axe de la bobine (4), caractérisé en ce que la région d'attache (17) entre la laine souple (12) et l'organe d'entra nement (21) est sensiblement dans un axe (X-X) passantpar les deux zones d'entrefer parallèement au mouvement de la translation de l'armature (5). 7. Relais conforme à l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que le socle (1) pré- sente sur sa face interne un évidement (39) communi- quant avec une fente (34) dans laquele east ancréela région d'ancrage (14) de la lame mobile (12), et en ce que l'une au moins des branches (15,16) est partiellement située dans cet évidement (39). 8. Relais conforme à l'une des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'entre la région d'attache (17) et le contact mobile (20), la lame souple (12) a une largeur supérieure à la somme des largeurs des branches (15,16). 9. Relais conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe d'entraînement (21) 2 est une fourche d'actionnement (21) pincant la lame mobile dans la zone d'attache (17) et au départ de la région présentant ladite largeur supérieure.