Brevet FR2590721A1 — publié le 19870529

La présente invention concerne un relais à bimétal, & contacts normalement fermés, convenant particulièrement pour être utilisé comme relais de démarrage pour des moteurs monophasés à induction, du type employé dans les groupes compresseurs pour réfrigérateurs ou similaires. Plus précisément, l'invention concerne un relais à déclenchement rapide, à double bimétal, relativement insensible aux variations de la température ambiante. Comme on le sait, le moteur monophasé à induction ou asynchrone a besoin que des dispositions particulières soient prises pour surmonter l'obstacle du démarrage, en particulier sous charge, pour entrer ensuite en régime de fonctionnement normal. Ce problème du démarrage a été résolu par diverses dispositions, dont l'une consiste à utiliser un enroulement supplémentaire, dénommé précisément enroulement de démarrage, qui est mis hors circuit une fois que le moteur a démarré. Pour obtenir ce résultat, on utilise un relais monté en série avec l'enroulement de démarrage, comportant des contacts normalement fermés qui s'ouvre après un certain délai. Actuellement, pour cette application, on utilise une multiplicité de relais divers, présentant tous une certaine fonction de retardement - ce qui fait qu'on les appelle relais retardés ou relais à retardement - et pouvant tous être ramenés à deux types fondamentaux: - relais électromécaniques a gravité, - relais thermique à pastille résistante a C. T.P. (coefficient de température positif). Le but général de la présente invention est de réaliser un relais qui offre les avantages des deux types précités, mais Z2590721 sans en présenter les limitations relatives. Outre le fait de pouvoir avoir des contacts normalement fermés et d'en rendre ainsi possible l'utilisation avec des moteurs du type PSC (Permanent Start Capacitor = à condensateur de démarrage permanent), les autres caractéristiques que l'on veut obtenir dans le relais de la présente invention sont les suivantes: basse consommation d'énergie; - maximum d'indépendance des caractéristiques de fonctionnement à l'égard des variations de la température ambiante; - temps de rétablissement raisonnablement brefs; haute fiabilité, du niveau de millions de cycles; - résistance aux vibrations; - faible nombre d'éléments, de technique largement confirmée pour chacun d'entre eux, afin de limiter les coûts de fabrication; garantie de fonctionnement fiable dans n'importe quelle position et indépendance de la pesanteur. Les buts exposés ci-dessus et les caractéristiques structurales et fonctionnelles avantageuses déjà citées sont atteints avec la présente invention qui, dans sa forme de réalisation préférée, consiste en un relais thermique retardé comprenant une enveloppe estampée en matière plastique avec une première, une deuxième et une troisième bornes électriques déjà insérées, une première plaquette de bimétal en U intercalée entre la première et la troisième bornes électriques et portant en position intermédiaire un élément de contact qui, dans l'état normal de fermeture, coopère avec un élément de contact correspondant que porte une seconde plaquette de bimétal raccordée à la deuxième borne électrique, plaquettes de bimétal sur lesquelles sont prévus des moyens associés à aimant permanent et à armature d'aimant qui tendent à maintenir rapprochées lesdites plaquettes de bimétal et, par suite, à maintenir fermés les éléments de contact prévus sur celles-ci. Bien que l'invention soit décrite comme concernant un relais pour l'application indiquée ci-dessus, il doit naturellement être sous-entendu que le démarrage de moteurs à induction monophasés, dont on peut citer comme exemples les moteurs de compresseurs pour réfrigérateurs ou similaires, ne constitue pas la seule possibilité d'application de ces relais qui, en effet, peuvent être utilisés toutes les fois qu'il faut alimenter deux utilisateurs électriques, dont l'un doit être ensuite exclu de l'alimentation avec un certain retard. Les deux plaquettes de bimétai sont disposées de telle manière que l'élévation de leur température entraîne leur déformation dans le même sens, ce qui rend le fonctionnement du dispositif indépendant de la température ambiante. Du point de vue structural, les plaquettes de bimétal sont de type simple non pré-formé et à basse résistance, ce qui fait qu'assistées en plus par la présence des moyens magnétiques, elles sont capables de produire une ouverture brusque des contacts, en mesure d'établir entre ceux-ci une distance de l'ordre de quelques millimètres. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à ceux qui sont experts en la matière, à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, a titre d'illustration et sans caractère limitatif, la forme de réalisation préférée. La fig. 1 est une vue de dessus, avec coupe de l'enveloppe, du dispositif de la présente invention. La fig. 2 est une vue, avec coupe de l'enveloppe, faite suivant la flèche A de la fig. 1. La fig. 3 est une vue, également avec coupe de l'enveloppe, faite suivant la flèche B de la fig. 1. La fig. 4 représente schématiquement le circuit dans lequel est monté et dont fait partie le dispositif de la présente invention. En se référant maintenant aux dessins, on y voit que le relais comprend une enveloppe 11 fermée par un couvercle 12, estampé en matière plastique, avec trois bornes électriques 13, 14 et 15 déjà insérées pour son raccordement au circuit extérieur. Ce raccordement sera décrit ci-après en détail, en référence à la fig. 4. A la borne 13 est raccordée une plaquette de bimétal 20 et une autre plaquette de bimétal 21 est montée entre les bornes 14 et 15. La première plaquette 20 a une forme rectiligne allongée simple, par exemple rectangulaire, tandis que la seconde plaquette de bimétal 21 a la forme d'un U. La plaquette de bimétal 20 porte à son extrémité libre, c'est-adire a son extrémité la plus éloignée de la borne 13, un petit aimant permanent 16 qui coopère fonctionnellement avec une petite armature d'aimant 19 solidaire de l'autre plaquette de bimétal 21, a laquelle elle est fixée dans la zone de l'anse de l'U, c'est-a-dire dans la zone la plus éloignée des deux bornes 14 et 15. En outre, les deux plaquettes de bimétal 20 et 21 portent respectivement deux éléments de contact 17 et 18 qui sont sollicités de manière à rester fermés par la force d'attraction exercée par la coopération fonctionnelle entre l'aimant permanent 16 et la petite armature d'aimant 19. Avec une structure ainsi réalisée et en référence au schéma de montage de la fig. 4, le fonctionnement du dispositif est le suivant. Sur la fig. 4, on voit que la borne 15 est connectée à l'une des bornes du réseau, tandis que les bornes 13 et 14 sont raccordées a l'autre borne du réseau par l'intermédiaire de deux enroulements respectifs: un enroulement de pointe ou de démarrage qui doit être mis hors circuit après le démarrage du moteur et un enroulement principal de fonctionnement normal. Au démarrage du moteur, grâce & l'état normalement fermé des contacts 17, 18, le courant de pointe Is passe a travers la borne 13 dans la plaquette de bimétal 20 qui est dimensionnée de telle manière que l'élévation de température dû & l'effet Joule du courant qui y circule soit négligeable, ce qui fait qu'elle reste dans sa position initiale,- même quand elle est traversée par le courant. Le courant Im de l'enroulement normal du moteur passe à travers la borne 14 et dans la première branche 21a de la plaquette de bimétal en U 21. Dans la seconde branche 21b de la plaquette 21, il passe donc un courant Is + I". La plaquette de bimétal 21 est dimensionnée de telle sorte que le réchauffement provoqué par les courants additionnés l'amène a fléchir dans un sens qui s'oppose a l'attraction de l'aimant fixé a la plaquette de bimetal 21, jusqu'à ce que la force d'attraction de l'aimant permanent 16 soit vaincue: à ce moment, les plaquettes de bimetal 20 et 21 s'écartent en ouvrant brusquement les contacts 17 et 18. L'enroulement de demarrage est ainsi exclu de l'alimentation par le réseau. En regime, le courant Im du moteur est tel qu'il maintient, dans la plaquette de bimetal 21, une température et, en conséquence, une déformation suffisantes pour que les contacts 17 et 18 restent ouverts et qu'ainsi, l'enroulement de démarrage reste hors circuit. Lorsque l'alimentation du moteur est interrompue, il ne circule plus de courant dans la plaquette de bimétal 21 et, en conséquence, celle-ci se refroidit et se rapproche de la plaquette de bimétal 20 jusqu'au point o la force d'attraction de l'aimant permanent 16 reprend la supériorité, ramenant en position (normalement) fermée les contacts 17 et 18. De la sorte, l'enroulement auxiliaire de démarrage est de nouveau en circuit. L'auto-échauffement du à l'effet Joule des courants qui circulent dans les plaquettes de bimétal est tel que le relais a une consommation limitée et absorbe une puissance inférieure & 1/10 de watt. Comme on l'a déjà souligné, l'ouverture brusque est garantie par la présence de l'aimant permanent 16 et, en conséquence, il n'y a pas à donner une forme particulière aux plaquettes de bimetal, qui peuvent donc travailler dans des conditions de sollicitation extrêmement faible, ce qui garantit la longue durée requise à la fatigue. Le principe exposé ci-dessus d'ouverture des contacts est tel qu'avec un dimensionnement approprié des éléments, la distance entre les contacts ouverts peut être de l'ordre de quelques millimètres, ce qui fait qu'on dispose de garanties contre la création d'arcs électriques et contre la fermeture accidentelle des contacts pour cause de vibrations. Cela est très important du point de vue de la satisfaction des exigences imposées par les normes nationales et internationales. Il a été décrit ci-dessus la forme de réalisation préférée de la présente invention, mais il est bien entendu que l'homme de l'art pourra introduire des modifications et variantes dans les détails de construction, sans s'écarter pour autant du cadre de la présente propriété industrielle. REVENDICATIONS L. Relais thermique à retardement, comprenant une enveloppe estampée en matière plastique avec une première (14), une deuxième (13) et une troisième (15) bornes électriques déjà insérées, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première plaquette de bimeétal (21) montée entre la première (14) et la troisième qui, à l'état normalement fermé, coopère avec un élément de contact correspondant (17) que porte une seconde plaquette de bimétal (20) raccordée à la deuxième borne électrique (13), plaquettes de bimétal (20, 21) sur lesquelles sont prévus des moyens associés à aimant permanent (16> et à armature d'aimant (19) qui tendent à maintenir rapprochées lesdites plaquettes de bimétal et, par suite, & maintenir fermés les éléments de contact (17, 18) prévus sur celles-ci. a2. Relais thermique à retardement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première plaquette de bimétal (21) a une forme d'U et est connectée auxdites deux bornes (14, 15) par les extrémités des deux branches de l'U. 3. Relais thermique à retardement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde plaquette de bimétal (20) a une forme allongée et est connectée par l'une de ses deux extrémités à ladite deuxième borne (13). 4. Relais thermique à retardement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de contact (17, 18) et les moyens à aimant permanent et à armature (16, 19) sont prévus sur les plaquettes de bimétal (20, 21) en positions éloignées par rapport aux bornes électriques (13, 14, >. E. Relais thermique à retardement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce que les plaquettes de bimetal sont du type non pré-forme et & basse résistance. t Utilisation du relais thermique à retardement, à double élément de bimétal, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comme relais de démarrage de compresseurs de refrigérateurs ou similaires.