Brevet FR2665021A1 — publié le 19920124

APPAREIL CONTACTEUR AYANT UN ELECTRO-AIMANT DONT LES PIECES FIXE ET MOBILE SONT SURMOULEES PAR UN REVETEMENT. L'invention se rapporte à un appareil contacteur ou relais en boîtier dans lequel des interrupteurs sont actionnés à l'aide d'une armature magnétisable mobile qui est attirée vers une culasse magnétisable fixe pour compléter un circuit magnétique présentant un entrefer, cette culasse et cette armature étant formées chacune par un empilage de tôles enrobées dans une enveloppe en matériau synthétique. Un appareil contacteur présentant la constitution mentionnée ci-dessus est connu par le brevet français 1 408 525, où l'enrobage a été essentiellement proposé comme un moyen de conserver à un entrefer interne une épaisseur constante dans une partie fixe du circuit magnétique où la culasse ne comporte que deux branches en forme de U. Lorsqu'un circuit magnétique présente une telle disposition, on peut craindre que le nombre élevé de percussions auquel il est soumis par l'armature en cours de fonctionnement ne provoque un tassement ou une déformation progressifs du matériau d'enrobage : des mesures particulières d'ancrage de la matière dans les pièces métalliques, qui sont proposées dans ce document pour pallier cet inconvénient, ne permettent pas toutefois de garantir une longévité suffisante de fonctionnement si l'on tient notamment compte du fait qu'aucune mesure particulière n'est prise pour assurer la fixation de l'ensemble de la culasse.L'application des mesures décrites dans ce brevet porte exclusivement sur des circuits magnétiques dans lequel l'entrefer n'est pas disposé en regard de la jambe centrale d'une culasse en forme de E, ou en regard d'une jambe latérale de culasse en forme de U, dispositions auxquelles il est reproché de conduire à une réduction progressive de l'entrefer au cours du fonctionnement les circuits illustrés sont par ailleurs plus spécifiquement adaptés aux électro-aimants à courant continu. L'utilisation de circuits magnétiques pour courants alternatifs dans lesquels la culasse prend par exemple la forme d'un E présente l'avantage de ne nécessiter que l'utilisation d'une seule bobine et de réduire les flux de fuite qui se produiraient dans ce cas pour l'art antérieur. Il est en outre clair que la fabrication d'un circuit magnétique comportant plus de deux pièces entraîne une augmentation non négligeable du coût technique puisque le nombre de pièces à contrôler et à assembler se trouve augmenté dans les mêmes proportions. On remarquera enfin que, faute de prévoir des moyens de maintien appropriés pour assurer de bonnes positions respectives entre deux pièces associées dans un moule, on peut légitimement craindre soit un dépassement important des tolérances de fabrication, soit la nécessité d'une conception très sophistiquée et donc coûteuse des moules, pour qu'un maintien efficace de ces pièces puisse être opéré avec quelque garantie. Dans l'art antérieur, des mesures de maintien sont évoquées de façon laconique et leur résultat est considéré comme insuffisant puisque l'on mentionne l'utilité d'une opération de reprise des circuits, sans définir l'existence de surfaces de référence. L'invention se propose de fournir un appareil contacteur ou relais comportant un électro-aimant dans lequel on mettra à profit des avantages découlant de la technique de surmoulage connue antérieurement, sans toutefois nécessiter d'opérations de reprise consécutives à des déformations du matériau d'enrobage et pour en faire bénéficier non seulement un circuit de forme particulière sans entrefer interne, mais encore pour donner à l'enveloppe d'enrobage une conformation autorisant le maintien efficace du circuit magnétique dans le moule. Selon l'invention, le but visé est atteint grâce au fait que l'enveloppe d'enrobage présente des régions dégagées aboutissant aux tranches des paquets de tôles empilées correspondants, et des zones libres aboutissant aux surfaces externes des tôles de ces paquets, cette enveloppe présentant en outre : d'une part en dehors du contour immédiat du circuit magnétique mobile des prolongements ou rainures, propres à assurer son guidage dans le boîtier, et d'autre part, en dehors du contour immédiat du circuit magnétique fixe, des prolongements ou cavités, aptes à coopérer avec des moyens de maintien mécanique disposés dans ce boîtier. D'autres buts annexes de l'invention se proposent de mettre à profit l'existence d'une enveloppe d'enrobage en matière synthétique moulée pour conférer à celle-ci des fonctions annexes qui, lorsqu'elles sont prises en compte à l'avance, permettent de réaliser de substantielles économies de coût technique, notamment grâce à une réduction importante du nombre des pièces détachées qui sont traditionnellement associées à un circuit magnétique d'électro-aimant de contacteur ou de relais, et qui peuvent s'étendre soit à des moyens de fixation amortis ou non, de guidage en translation ou en rotation, de support de contacts mobiles d'interrupteurs, etc..., qui sont étrangers à l'art antérieur, soit encore à des disposi tions déjà connues en soi telles que celles concernant la fixation de bagues de déphasage, évoquée dans le brevet français N" 1 353 593. Enfin, on mentionnera que des objectifs de fabrication en série pourront également être pris en considération dans la mesure où la présence de réserves de la matière d'enrobage qui laissent apparaître des portions de surfaces magnétiques, constituent d'excellentes bases de référence et de fixation par attraction magnétique, qui sont utilisables par exemple au cours d'opérations de rectification des surfaces polaires effectuées postérieurement à l'opération de surmoulage. L'invention ainsi que des avantages qui en découlent seront mieux compris à la lecture de la description cidessous et à l'examen des figures annexées qui l'accompagnent en illustrant à la figure 1, une vue en élévation d'un élec tro-aimant appliqué à un appareil contacteur ; à la figure 2, une vue en élévation d'une culasse fixe de cet électro-aimant, dans laquelle il a été procédé à une coupe partielle d'une branche par le plan PP' ; à la figure 3, une vue de dessus de la culasse de la figure 2 dans laquelle on a effectué une coupe partielle par le plan QQ' à la figure 4, une vue en élévation d'une arma ture mobile d'électro-aimant, qui est séparée d'un porte-courant à la figure 5, une vue de dessous de l'armature selon la figure 4. Un contacteur 1, voir figure 1, ayant un boîtier 2 reçoit à l'intérieur de celui-ci, un électro-aimant 3 comprenant une culasse fixe 6 et une armature mobile 5 ; à cette dernière se trouve associé un porte-contact isolant 4 qui supporte des pièces mobiles d'une multiplicité d' interrupteurs 7. L'électroaimant en forme de E comprend également sur une branche centrale 19 une bobine d'excitation 8 qui, lorsqu'elle est parcourue par un courant, attire l'armature contre la culasse en comprimant un ressort de rappel 9. Les mouvements de l'armature, entre une position de repos conférée par le ressort, et une position de travail représentée sur la figure, sont par exemple guidés grâce à des moyens de guidage tels que 10 qui coopèrent avec des surfaces appropriées 11 du boîtier. La culasse est fixée et maintenue dans ce boîtier par exemple à l'aide de prolongements élastiques 12, 12' qui sont encastrés dans des logements correspondants 13 de ce boîtier et se trouvent dans le cas présent au niveau de la traverse 21. Le circuit magnétisable 5, 6 est représenté ici par deux pièces ayant chacune la forme générale d'un E présentant, l'un 5 des branches 14, 15, 16 et une traverse 17, et l'autre 6 des branches 18, 19, 20 et une traverse 21. Dans la position de travail, où l'armature est attirée par la culasse, des extrémités en regard des branches, viennent appliquer les unes contre les autres des surfaces polaires rectifiées et opposées 22, 23, 24, 25, 26, 27. Les extrémités des branches 18, 20 portent des bagues de déphasage, en raison de la nature du courant d'excitation qui, dans ce cas, est du courant alternatif. Un faible entrefer -f- est généralement ménagé entre les faces polaires 24 et 25. Ainsi qu'on le voit mieux aux figures 2 et 3, la culasse 6 comporte un paquet de tôles empilées 28 qui est enrobé dans un revêtement en matière plastique 30 ; cet enrobage est effectué au cours d'une opération de surmoulage, qui l'applique sur la quasi-totalité de sa surface extérieure, à l'exception d'une part de certaines zones libres 34, 35, 36, 37, 38, et d'autre part de régions dégagées particulières 31, 32, 33 respectivement 39, 29, qui laissent apparaître la surface latérale des branches des tôles extérieures, et respectivement leurs tranches. Dans ces régions particulières et ces zones, l'absence de revêtement provient de la présence dans un moule 40, où s'effectue l'opération de surmoulage, d'une part de moyens d'alignement et de centrage 41, 42, 43, 44, 45 qui sont destinés à donner au paquet de tôles brutes de découpage une géométrie convenable, et d'autre part de moyens de serrage tels que 46, 47, 48, 49, 51, 52, etc..., voir figure 3, qui sont destinés à opérer en directions - F, G - opposées une compression de ce paquet de tôles 28, et à le maintenir dans une cavité 40' du moule. Pour un paquet de tôle déterminé par sa taille, le nombre des tôles et leur épaisseur, le choix des régions 34....38 est déterminé par la compacité que l'on souhaite conférer à la culasse afin d'éviter un foisonnement ultérieur de tôles. Le matériau destiné à enrober le paquet de tôles sera choisi pour que, après durcis sage et refroidissement, la qualité recherchée, et obtenue au moulage, soit conservée en cours de fonctionnement. La disposition et l'étendue des régions 39, 29 qui par exemple affleurent à la surface de la base revêtue 50 au voisinage d'arêtes extrêmes 39', 29', ou qui dépassent légèrement celle-ci, sont choisies pour rendre possible la fixation de la culasse sur un plateau magnétique utilisé lors de la rectification des surfaces polaires opposées 23, 25, 27, et pour servir de base de référence géométrique avec une assise aussi stable que possible. L'armature mobile 5 visible aux figures 4 et 5, qui est également constituée principalement par un paquet de tôles magnétisables empilées 60, fait ici également appel à une enveloppe de matériau synthétique 55 qui enrobe le paquet et qui est apportée au cours d'une opération de surmoulage comme dans le cas précédent. La forme en E que prend ici ce paquet peut dans certains cas être réduite à une forme très aplatie. On retrouve ici encore des zones libres 56, 57, 58 sur les branches 14, 15, 16, et des régions particulières telles que 59, 61, respectivement 62, 63, dont la présence est justifiée pour les mêmes raisons que précédemment. Il a été prévu ici d'associer à une enveloppe moins étendue que la précédente des rivets 64, 65, 66, qui sont représentés par une colonne de matière plastique introduite pendant le processus de moulage, et qui concourent à éviter un épanouissement des tôles au niveau des surfaces polaires 22, 24, 26 soumises à un nombre élevé de percussions. Selon les cas, on choisira pour la culasse fixe 6 et l'armature mobile 5 une réalisation avec ou sans rivets venus de moulage. Sur une surface externe 67 de l'enveloppe 55 opposée aux surfaces polaires, se trouve placé selon un premier mode de réalisation, un moyen d'association 68 avec un portecontact isolant séparé 4' qui peut être sensiblement placé dans un plan moyen contenant les branches du circuit, ou lui être perpendiculaire ; ces moyens peuvent prendre l'une d'une multiplicité de formes telle que par exemple une queue d'aronde 69 présentant en cas de besoin un talon d'arrêt tel que 71 ; selon un mode de réalisation différent l'enveloppe pourrait également faire corps avec des nervures latérales telles que 72, 73, représentées en traits interrompus, pour assurer le guidage longitudinal de l'armature à l'intérieur du boîtier au cours de ses déplacement de direction J. La figure 1 illustre un mode de réalisation de l'armature 5 dans lequel le porte-contact 4 est directement obtenu par un moulage simultané avec l'enveloppe 55' de l'armature 5. Afin qu'une opération de rectification des surfaces polaires 22, 24, 26 puisse être effectuée aisément lorsqu'un tel porte-contact solidaire présente une largeur voisine de celle de l'armature, il est préférable que des intervalles 75, 76 soient ménagés à proximité des zones dégagées 77, 78, qui serviront de base de référence pour cette opération, et seront avantageusement utilisés pour la fixation sur une table appropriée de machineoutil. La présence de bagues de déphasage, telles que celle représentée en 80 sur l'extrémité de la branche 18 de la culasse 6, justifie que la pièce de circuit magnétique qui la porte soit enrobée dans le matériau synthétique, jusqu'à un niveau élevé qui permettra d'opérer simultanément sa fixation, ainsi que cela apparaît sur la figure 2. Cette mesure étend les bénéfices mentionnés précédemment, à ceux qui résultent d'une fixation aisée de cette bague et à ceux qui découlent d'un meilleur transfert de la chaleur qui s'y développe en cours de fonctionnement. L'exemple d'association d'organes annexes, dont la présence est avantageusement résolue par le surmoulage de la carcasse, tel que cela est mentionné ci-dessus pour des prolongements transversaux élastiques 12 servant à la fixation de la culasse 6 dans le boîtier 2, voir figure 1, ne doit être considéré de façon limitative ni dans sa nature, ni dans ses formes ; dans cet exemple, voir aussi figure 3, des portions élastiquement déformables 12a, 12b sont reliées à l'enveloppe surmoulée 30 par des colonnes telles que 12c, 12d venant directement de moulage. Dans le cadre de démarches comparables, on pourra par exemple munir l'enveloppe 55 de la culasse 5, voir figures 4 et 5, d'un doigt transversal 81 qui traversera une ouverture du boîtier 2, soit pour actionner des blocs de contacts auxiliaires, (non représentés), soit encore pour s'accoupler à des moyens de verrouillage mécanique réciproque ainsi que cela est nécessaire lorsque deux appareils contacteurs sont mécaniquement et électriquement associés, afin d'établir par exemple les commutations nécessaires à la commande de moteurs polyphasés à deux sens de marche. Il doit être également compris que lorsqu'un portecontact tel que 4, voir figure 1, fait corps avec l'enveloppe surmoulée 55' de l'armature 5, celui-ci pourra également être muni de moyens d'accouplement tels que 82 pour actionner soit des boîtiers de contacts auxiliaires, soit des temporisateurs fixés sur une face frontale 2a du boîtier 2. Un électro-aimant réalisé selon les enseignements de l'invention et appliqué à un appareil contacteur de calibre 25 A a permis de vérifier la longévité au cours d'un essai portant sur 16 millions de manoeuvres à 4 Hz. Des tôles 1,7 W/Kg/T d'épaisseur 0,5 mm ont été soumises à un dégraissage suivi d'un préchauffage à 110 avant introduction dans un moule approprié. Après démoulage, les surfaces polaires ont été rectifiées et une imprégnation d'huile a été appliquée. Il a été possible d'observer un gain de consommation du courant de la bobine de l'ordre de 5 à 10 %, qui est pour partie imputable à l'absence de court-circuit entre les tôles, et qui est due pour partie à une réduction de la masse des pièces magnétisées obtenue par l'élimination de diverses ouvertures nécessitées auparavant soit pour solidariser l'armature et le porte-contact, soit pour opérer la fixation de la culasse.Aucun décollement des bagues de déphasage n'a été observé, tandis qu'une meilleure évacuation de leur énergie et qu'une plus grande régularité de leurs résistances propres ont pu être constatées. Des matériaux d'enrobage tels que des polyamides chargés de verre, des produits tels que ceux connus sous le nom commercial de "ARNITE", type polyéthylène-téréphtalate, ont été utilisés avec succès pour réaliser l'enveloppe. Enfin un fonctionnement plus silencieux de l'électroaimant a été constaté en raison de l'amortissement conféré par le matériau d'enrobage. Dans les différents modes de réalisation illustrés, des moyens de guidage de l'armature, respectivement des moyens de fixation de la culasse, ont été représentés sous la forme de nervures ou d'excroissances du matériau de l'enveloppe, qui s'étendent au-delà d'un contour immédiat de l'enveloppe, déterminé par son épaisseur propre -e-. Il doit être compris que les formes ainsi données pour l'exécution des fonctions correspondantes pourraient également être représentées par des rainures ou respectivement des cavités ménagées dans une enveloppe de matériau présentant localement une surépaisseur appropriée. Bien que l'exemple d'application ait été limité à un circuit magnétique pour courant alternatif, l'homme de l'art sera en mesure de concevoir, d'après les enseignements de l'invention, un circuit magnétique pour courant continu en donnant à l'entrefer -f- une plus grande épaisseur et en supprimant les bagues de déphasage. Revendications 1. Appareil contacteur ou relais en boîtier dans lequel des interrupteurs sont actionnés à l'aide d'une armature magnétisable mobile qui est attirée vers une culasse magnétisable fixe pour compléter un circuit magnétique présentant un entrefer, la culasse et/ou l'armature étant formées par un empilage de tôles enrobées dans une enveloppe en matériau synthétique, caractérisé en ce que - ltenveloppe d'enrobage (30, 55) présente des régions dégagées (29, 39) et (31, 32, 33) respectivement (14, 15, 16) et (59, 61), aboutissant aux tranches des paquets de tôles empilées correspondants, et des zones libres (34...38) respectivement (62, 63), aboutissant aux surfaces externes des paquets de tôles, - l'enveloppe présente en dehors du contour immédiat du circuit magnétique mobile (5) et/ou fixe (6) des conformations telles que des prolongements (72, 73, 12) ou évidements, propres à assurer son guidage ou son maintien dans le boîtier (2). 2. Appareil contacteur pour courant alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique (5, 6) utilise au moins une pièce en forme de E (28) dont les branches externes (18, 20) portent des bagues de depha- sage (80) qui sont surmoulées par l'enveloppe d'enrobage (30). 3. Appareil contacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe d'enrobage (30) présente au niveau d'une traverse (21) des prolongements élastiques (12, 12') destinés à sa fixation. 4. Appareil contacteur selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'enveloppe d'enrobage (55) de l'armature mobile (5) fait corps avec un porte-contact (4), qui présente des moyens de guidage (10). 5. Appareil contacteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe d'enrobage (55) de l'armature mobile (5) comporte des moyens d'association (68) avec un porte-contact séparé (4'). 6. Appareil contacteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les régions dégagées (29, 39) et (31, 32, 33 ; 59, 61) et (56, 57, 58) sont placées à des extrémités opposées du circuit magnétique (6, 5) et respectivement aux extrémités des branches (18, 19, 20 ; 14, 15, 16). 7. Appareil contacteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les zones libres (34.. .38) et (62, 63) aboutissent à des branches et à des traverses des circuits magnétiques (6, 5). 8. Appareil contacteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les régions dégagées (56, 57, 58) voisines des surfaces polaires (22, 24, 26) d'une armature (5) comportent des rivets (64, 65, 66) d'assemblage du paquet de tôles (60), qui sont réalisés lors de l'opération de surmoulage de l'enveloppe (55).