Brevet FR2789512A1 — publié le 20000811

L'invention concerne un relais électromagnétique du type comportant une culasse, au moins une bobine portée par la culasse, une armature mobile entre une position de repos du relais et une position de travail dans laquelle le relais est excité, un dispositif de contacts électriques actionné sous l'effet du déplacement de l'armature et un capot avantageusement en matière thermoplastique enfermant les pièces constitutives du relais et comportant des ouvertures à travers lesquelles l'intérieur communique avec l'extérieur. Les relais de ce type, qui sont connus, présentent les inconvénients majeurs que l'évacuation des calories produites par les éléments actifs du relais et des gaz parasites dégagés par les matières plastiques de celui-ci est insuffisante et que les contacts électriques se détériorent sous l'effet des vapeurs des gaz d'acide nitrique qui se condensent sur les contacts de faibles niveaux. La présente invention a pour but de proposer un relais qui pallie les inconvénients qui viennent d'être énoncés. Pour atteindre ce but, le relais selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un capot dont la paroi supérieure est réalisée sous forme d'une plaque perméable à l'air et au gaz produit par dégazage des matières plastiques du relais et dont la face interne constitue une face de condensation des vapeurs d'acide nitrique produit à l'intérieur du capot en présence de l'humidité par des arcs électriques entre les éléments de contact. Selon une caractéristique de l'invention, la plaque perméable est formée par une plaque perforée dont la face inférieure est recouverte d'une couche métallique, avantageusement de cuivre, à la manière d'un circuit imprimé. Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaque perméable est réalisée en un feuillage métallique obtenu par électrodéposition ou en toile métallique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un relais selon la présente invention; - la figure 2 est une vue, avec arrachement et à plus grande échelle, en direction de la flèche II de la figure 1, l'armature occupant sa position de repos; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, à l'échelle réduite, mais montrant l'armature dans sa position de travail; - la figure 4 est une vue en perspective simplifiée montrant la culasse et les plaquettes d'antirémanent du relais selon l'invention à l'état de travail du relais, l'armature étant transparente pour illustrer la configuration du flux magnétique à l'intérieur du relais à l'état excité; - la figure 5 est une vue de dessus de la figure 4, avec représentation également de la palette de l'armature mobile du relais; - la figure 6 est une vue en perspective de l'armature mobile du relais selon l'invention, et des plaquettes d'antirémanent montées sur la palette; - les figure 7a et 7b sont respectivement des vues latérale et frontale d'une plaquette d'antirémanent à l'état de détente; - les figures 8a et 8b illustrent schématiquement respectivement le circuit d'alimentation des bobines du relais selon l'invention et la courbe caractéristique du courant d'alimentation en fonction du temps t; - la figure 9 est une vue en perspective de la face arrière de l'armature du relais selon l'invention; - la figure 10 illustrent le réglage des équerres de l'armature du relais selon l'invention pour un contact de travail et de repos; - la figure 11 est une vue en coupe le long de la ligne XI-XI de la figure 1, du capot du relais selon l'invention; - la figure 12 est une vue de dessus de la plaquette perforée du capot selon l'invention. On décrira ci-après, à titre d'exemple de la mise en oeuvre de l'invention, un relais électromagnétique à réponse rapide et à six contacts, tel que représenté sur la figure 1. Ce relais enfermé dans un couvercle 1 transparent en matière plastique comporte essentiellement une culasse 2 en forme d'un L dont une branche 3 porte deux noyaux 6, comme on le voit clairement sur la figure 4 chacun porteur d'une bobine 7, et une armature mobile 9 montée pivotant autour de l'extrémité 10 de l'autre branche 11 de la culasse 2, entre une position de repos écartée des faces frontales libres 12 des noyaux 6 et une position de travail dans laquelle l'armature est appliquée contre ces faces frontales, avec l'interposition de plaques d'anti- rémanent de détente 13 en un matériau élastiquement déformable, un socle isolant 15 supportant les deux bornes 16 et 17 de raccordement à la source de tension d'alimentation extérieure du relais et un dispositif 19 de contacts électriques configurés pour être actionnés par l'armature mobile 9. Les deux bobines 7 sont montées en série, raccordées impérativement par leurs sorties de bobinage. Ce montage a pour but de créer deux entrefers principaux de polarités opposées en série par l'armature mobile commune. L'adjonction d'une culasse commune crée une circulation de flux supplémentaire qui optimise les performances par rapport au relais à bobine unique. L'armature mobile 9 comporte une partie formant palette 21 et trois équerres 22a, 22b et 22c qui présentent la forme d'un L dont une branche est destinée à venir en appui contre la palette 21 et peut être rendue solidaire de celle-ci par une vis de fixation 24 tandis que l'autre extrémité est formée par deux bras 25 portant chacun à son extrémité libre un pion isolant d'actionnement 26 d'un contact électrique du dispositif 19 et de butée 27. Chaque pion est surmoulé sur l'extrémité du bras et présente la forme d'un petit cylindre s'étendant de part et d'autre du bras et comporte des portions supérieure 27 et inférieure 26 formant respectivement la butée et organe d'actionnement du contact électrique associé. Pour permettre un réglage de la position des équerres dans la direction perpendiculaire à l'axe de pivotement de la palette, le trou de passage de la vis de fixation 24 est formé par un trou oblongue s'étendant dans la direction de réglage. Ainsi une équerre 22a, b, c peut servir pour l'actionnement d'un contact normalement ouvert ou normalement fermé en fonction de sa position plus ou moins abaissée sur la palette 21. Entre les têtes de vis de fixation 24 et les équerres est interposé un élément de blocage 30 dont au moins un est configuré en languette de rattrapage de jeux et d'amortissement de vibrations 31, comme il sera expliqué plus loin. Une extrémité de cette languette est traversée par la vis de fixation 24 tandis que l'extrémité libre 32 est percée d'un trou 33 d'immobilisation de l'équerre lors du réglage. La languette est réalisée en un matériau ayant un module d'élasticité assez bas de façon à se conformer à la première fermeture de la palette en prenant appui sur une face de butée arrière 33 du socle, comme on le voit sur la figure 2. Elle canalise ensuite les vibrations générées par l'armature mobile au relâchement du relais, vers le socle en thermoplastique 15. La palette 21 comporte, au niveau de son bord inférieur des moyens d'articulation sur l'extrémité 10 de la branche de culasse 11. Comme on le voit notamment sur la figure 6, ces moyens d'articulation comportent au niveau de chaque équerre 22a, b, c en haut d'une saillie une nervure de faible longueur 36 qui s'étend parallèlement à l'extrémité 10 de la branche de culasse et, de part et d'autre de cette nervure 36, à une distance au-dessus de celle-ci, qui est légèrement supérieure à l'épaisseur de cette extrémité 10, des ergots 37. Au-dessus du niveau de ces ergots on reconnaît en 38 l'extrémité de la vis de fixation 24. La palette 21 et ainsi l'armature mobile dans son ensemble sont montées sur l'extrémité 10 de la branche de culasse 11 par engagement de cette extrémité entre les nervures 36 et les ergots 37. L'armature mobile 9 comporte en outre les deux plaquettes formant des antirémanents 13, qui sont réalisées en un matériau élastiquement déformable et présentent chacune une forme sensiblement rectangulaire en étant pliées selon un angle prédéterminé a le long d'une ligne de pliage 40 qui s'étend parallèlement à l'axe de pivotement de la palette 21 et à l'extrémité 10 de la branche de culasse 11, la partie inférieure de chaque plaque 13 comporte deux trous 41 d'un diamètre légèrement supérieur à celui des ergots 37 et un trou 42 d'un diamètre légèrement supérieur à l'extrémité 38 de la vis de fixation. Les trous sont disposés de telle façon que la plaquette 13 puisse étre montée sur la face interne 43 de la palette en étant uniquement retenue par les ergots 37 passant à travers les trous 41. Chaque plaquette est dimensionnée de façon que ses bords inférieur et supérieur se situent respectivement légèrement au-dessus de la nervure 36 et en dessous du bord supérieur de la palette, la largeur correspondant à celle des équerres de réglage 22. On constate encore que la ligne de pliage 40 passe par le diamètre du trou 38. Une plaquette d'anti-rémanent de détente et d'amortissement 13 est associée à chaque noyau 6 mais est disposée de façon excentrée latéralement vers l'extérieur. Ainsi, lorsque la palette est attirée contre les faces frontales 12 de son noyau quand le relais est excité, la partie située entre la palette 13 et la face frontale 12 des noyaux est aplatie tandis que la partie latérale libre tend à conserver sa forme initiale cambrée, comme on le voit clairement sur les figures 4 et 5. Le module d'élasticité des pièces 13 est adapté aux ampèretours pour le maintien du relais et à l'entrefer principal, c'est-à-dire à l'angle D de pivotement de la palette entre ses positions de repos et de travail. Le socle isolant 15 sur lequel est fixée la branche de culasse libre 11 se compose de trois modules 44a, 44b, 44c sélectivement amovibles. Chaque module de socle comporte une paire de contacts électriques, qui peuvent être des contacts normalement fermés (contact de repos) ou normalement ouverts (contact de travail). Chaque contact comporte une lame mobile 46 qui est maintenue fixe à une extrémité en 47 dans le socle 44 et porte à son autre extrémité un élément de contact mobile 48 ou 48' destiné à coopérer avec un élément de contact fixe 49, 49' selon qu'il s'agit d'un contact de repos ou de travail. Les bornes de raccordement extérieures des contacts mobiles 48, 48' et fixe 49, 49' sont indiquées respectivement en 51 et 52, 52'. Le dispositif d'excitation du relais à réponse rapide selon l'invention comporte, conformément à la figure 8a, monté en série avec les deux bobines 7 polarisées de façon inverse, un montage en série d'une diode D1 et d'un montage en parallèle d'une résistance R1 et d'un condensateur C1. Sur la figure 1, la résistance R1 est divisée en deux résistances Ri' montées en série sur une plaque à circuit imprimé 54, le condensateur Cl se trouvant en dessous de la plaque. Le dispositif générateur de courant d'excitation produit en fonction du temps t un courant i tel que représentée sur la figure 8b, qui comporte une première phase brève au cours duquel les bobines sont suralimentées par l'écoulement d'un courant d'une intensité élevée, en raison du condensateur C1 en parallèle à la résistance Ri et une deuxième phase d'écoulement d'un courant plus faible. Le courant élevé de la première phase assure l'excitation rapide du relais tandis que le courant de la deuxième phase est le courant de maintien du relais. Le capot 1 de forme générale parallèlépipèdique est en matière thermoplastique. La paroi supérieure du capot est évidée et comporte une plaquette 56 en verre époxy dont la face interne 57 est recouverte d'une couche en cuivre à la manière d'un circuit imprimé. La plaquette 56 est percée d'un grand nombre de trous 58 de faibles diamètres qui sont arrangés selon un motif de rangées et de colonnes à un pas relativement faible. Ces trous 58 constituent des trous d'aération et de dégazage, comme cela est symbolisé par des petites flèches. A titre d'exemple, les trous pourraient être de 0,9 mm à un pas de 2,54 mm. Les numéros de référence 59 à 61 désignent respectivement la carotte d'injection, des raidisseurs et quatre évents d'aération. Ces évents en forme de cheminées se trouvent à la base du capot et sont formés par des rainures dans la face interne de paroi. La plaquette 56 ainsi perforée pourrait être remplacée par un feuillard métallique obtenu par électrodéposition ou en toile métallique. L'électrodéposition pourrait être fait en nickel/cobalt avec des microperçages d'un diamètre de par exemple 3 à pm et d'un pas de 50pm. La face interne de la plaque perforée 56 constitue l'endroit o à lieu la condensation des vapeurs d'acide nitrique que produisent en présence d'humidité les arcs électriques entre les éléments de contact avec charge élevée et qui se condensent dans un air confiné à l'intérieur du capot sur les surfaces les plus froides. Ces surfaces, dans les relais connus, sont celles des contacts avec faible charge qui ne sont pratiquement pas échauffées, ni par les micros-arcs qu'ils génèrent ni par la bobine. Dans le relais selon l'invention, la plaque perforée 56 dans la paroi supérieure du capot se comporte comme un radiateur par rapport à l'environnement extérieur. La plaque 56 constitue un aérateur, l'air chaud s'échappant à travers les trous de la plaque et les quatre évents à la base du capot permettent l'appel d'air frais. Selon le diamètre des trous, la plaque perforée peut être imperméable. D'autre part, il y a lieu, à l'intérieur du relais, un dégazage des matières plastiques, lent mais continu, qui peut être accéléré par l'échauffement de la bobine. Un même processus de dégradation avec éventuellement polymérisation des polymères de friction se produit sous l'action des battements mécaniques des lames mobiles et en absence d'arcs suffisant sur les contacts de faible niveau pour détruire de tels films de surface. Les gaz occasionnés par le dégazage de matières plastiques peuvent s'évacuer à travers les trous ou micros-trous qui, dans le cas d'une plaquette en nickel/ cobalt d'un diamètre de 3 à 5 pm sont encore 30 fois supérieur aux molécules des gaz indésirables. On décrira ci-après brièvement le fonctionnement général du relais selon l'invention et certaines caractéristiques spécifiques de fonctionnement fondamental du relais selon l'invention. L'excitation rapide du relais, c'est-à-dire le passage de l'état de repos à l'état de travail par exemple dans un délai aussi bref que 6 msec, rebonds compris, est dû au condensateur C1 qui court-circuite la résistance R1 au début de processus et crée donc la pente de montée raide du courant i qu'on voit sur la figure 8b. En effet, les bobines sont suralimentées pendant un temps très bref, à savoir le courant de charge du condensateur d'excitation. La consommation instantanée des relais est doublée pendant ce temps, puis se stabilise à sa valeur nominale déterminée par la résistance en série Ri pour le maintien du relais au travail. L'impulsion de tension ainsi obtenue est nécessaire pour exciter le relais, c'est-à-dire assurer le passage de l'état de repos à l'état de travail. L'excitation des bobines provoque le pivotement de la palette qui est attirée par les noyaux parcourus par des flux d'induction de sens contraire. Les bras 25 solidaires de la palette 21 vont alors, par l'intermédiaire des pions isolants 26 entrainer les lames mobiles 46 pour provoquer l'ouverture des contacts au repos, puis la fermeture de contact de travail. Pincées entre la palette 21 et la culasse 2 et placées devant chaque noyau 6, les deux plaquettes antirémanentes et de détente 13 servent d'amortisseurs. Ils évitent à la palette 21 tous risques de rebonds à la percussion et étouffent les vibrations. Au relâchement du relais, c'est-à-dire au passage de l'état de travail à l'état de repos, lorsque la tension de commande est coupée, les forces des six lames mobiles de travail et de repos 46, auxquelles s'ajoutent les forces des deux plaquettes anti-rémanent de détente 13 qui sont élastiquement déformées, assurent l'ouverture des contacts de travail par le rappel de l'armature mobile. Dans la continuité de son déplacement s'établissent ensuite la fermeture des contacts au repos, c'est-à-dire normalement fermés. A cet instant l'action des lames mobiles des contacts de repos cesse, ainsi que les forces des plaquettes antirémanentes 13 maintenant détendues. Le déplacement de l'armature mobile, lui, persiste en étant entretenu par les lames mobiles 46 des contacts de travail jusqu'à ce que les pions isolant 27 des bras 25 correspondant aux lames mobiles des contacts de repos butent sur la face inférieure de la branche de la culasse 11, qui constitue ainsi une référence commune. C'est donc la hauteur de ces pions isolants des seules lames mobiles avec contact de repos, qui définit de part la construction un jeu constant h entre la portion d'actionnement de pion 26 et la lame de contact de repos 46, comme on le voit sur la figure 2. L'intervalle de la hauteur h est appelée accompagnement de repos et constitue une réserve d'usure. L'action des forces des lames mobiles de travail persiste sur l'armature mobile et définit l'angle d'ouverture 3 de la palette. Cependant, le mouvement de rappel de l'armature mobile n'est pas terminé. Il faut encore absorber l'énergie cinétique emmagasiné. La languette de rattrapage de jeu 31 en absorbe une partie. Par inertie, la masse d'armature mobile quitte l'extrémité 10 de la branche de culasse 11. L'axe de rotation est transféré des éléments de matriçages de la palette, c'est-à-dire de la nervure d'articulation 36 et des ergots 37 aux pions 27 des contacts de repos. Suite aux couples de rappel de la languette de rattrapage de jeu 31 et des lames mobiles de travail 46, la palette rebondit et retrouve son axe de pivotement et son angle de départ lors de ce pivotement inverse. Le rebond est étouffé par les deux antirémanents détendus 13 et les lames mobiles de travail. Il ressort de la description de la structure du relais à réponse rapide selon l'invention et de la description des caractéristiques de fonctionnement, qui vient d'être faite, que le relais selon l'invention présente de nombreux avantages. Grâce à l'invention, le temps de réponse pourrait être de 6 msec à l'action comme au relâchement sur toute une plage de tensions d'utilisation pouvant aller de 0,8 à 1,1 fois la tension nominale et dans toute la plage de températures de -10 C à 55 C définie dans les normes. Ce temps de réponse est pratiquement indépendant de la position du relais et les performances sont tenues dans tous les types de combinaisons de contacts. Les combinaisons de contact séparées permettent d'économiser, par rapport au relais standard, avec contacts inverseurs, 50% des contacts fixes et des pièces annexes. Le volume du relais, notamment sa surface de base est réduite. Le relais présente une excellente tenue aux chocs et vibrations. Concernant la maintenance, un changement de socle pour nettoyer ou remplacer les contacts par paires est aisé à effectuer et peut être accompli sans déréglage. La durée de vie et la stabilité sont améliorées par le capot qui, par sa plaque perforée, fait que la condensation des vapeurs nocives ait lieu sur la surface inférieure de cette plaquette et préservant ainsi les résistances des contacts électriques, et assure l'évacuation de la chaleur et des gaz dégagés par les matières plastiques. Un autre avantage réside dans la simplicité du réglage sans outillage sophistiqué par des cales 63 des accompagnements indiqués sur la figure 10 et des entregrains des contacts. La simultanéité des contacts est assurée grâce à la référence commune et interne au relais, que constitue la branche de culasse 11. On comprend que l'armature mobile le socle isolant et le capot contribuent à procurer ces avantages. Concernant l'armature mobile, on constate que les deux antirémanents de détente 13 ont la quadruple fonction d'agir comme antirémanent pour stabiliser la tension de retombée par leur épaisseur, de servir d'amortisseur à l'action et au relâchement, de remplir le rôle de "lanceur" de la palette au relâchement pour vaincre l'inertie de l'armature mobile et de définir, par la double surépaisseur aux extrémités de la palette parfaitement l'axe de pivotement de l'armature mobile. Les antirémanents sont significatifs par leur matière amagnétique, leur épaisseur, leur galbe orienté vers le noyau, leur montage en semiliberté, c'est-à-dire sans fixation rigide, leur "mise à plat" à l'action, circonscrite au seul diamètre du noyau correspondant et o la partie latérale "épargnée" garde la "mémoire" élastique au montage. Le module d'élasticité de ces antirémanents est adapté aux ampèrestours de maintien et à l'entrefer principal, c'est-à-dire à l'angle 3 de départ de la palette. Les languettes de rattrapage de jeu 31 dont au moins une doit être prévu ont la triple fonction de limiter le déplacement au repos de l'armature mobile, de jouer le rôle de rondelles dont le trou 33 à l'extrémité libre permet de les immobiliser en rotation au moment de la fixation des équerres de réglage 22 sur la palette, ce qui est indispensable pour assurer la simultanéité des contacts, et de se conformer à la première fermeture de la palette en prenant appui sur la butée du socle et de canaliser ensuite les vibrations générées par l'armature mobile au relâchement vers le socle en thermoplastique. Le module d'élasticité de la palette doit être choisi assez bas, de façon correspondante. Les équerres de réglage, rigides avec la paire de pions thermoplastiques surmoulés, sont fondamentales pour l'amortissement, la cinématique des contacts et des combinaisons de contacts. Ils présentent les particularités de permettre un réglage en hauteur par paires de contacts, d'accomplir la double fonction d'entrainement des lames mobiles et de butée de réglage sur un plan commun formé par la culasse. L'invention permet un blocage lors de la fixation de chaque équerre, ce qui préserve la simultanéité des contacts. Le réglage permet d'effacer les dispersions des tolérances et toutes les combinaisons de contacts par décalage des équerres dans une plage de non-chevauchement minimum. Les équerres fixent l'angle d'ouverture constant de la palette et définissent les accompagnements de travail et de repos. Elles garantissent les distances entre les contacts fixes et mobiles, c'est-à-dire normalement ouverts et normalement fermés. Elles permettent un contrôle simple des relais terminés par l'introduction d'une paire de cales appropriées entre la branche de culasse 11 et les pions 27 de tous les contacts pour assurer les accompagnements repos et travail et les entregrains. Concernant le socle et le dispositifs de contacts, on constate que les lames mobiles appartiennent au socle et ce sont les lames de travail qui assurent en permanence le rappel de la palette, sans adjonction d'un ressort parasite et son jeu de l'armature mobile. La solution des contacts séparés permet également d'économiser 50% des contacts fixes. Cet avantage s'accompagne de la récupération des accompagnements correspondants, donc d'une réduction de l'angle P de débattement de la palette. En effet, cet angle est réduit à peu près de moitié et les accompagnements et entregrains voisins sont réduits tout en maintenant identiques les pouvoirs de manoeuvres. Ceci permet d'accroitre de 40% la force des contacts de repos et de diminuer la course de 50%, ce qui contribue à augmenter la rapidité de la réponse du relais selon l'invention. REVMENDICATIONS 1. Relais électromagnétique du type comportant une culasse, au moins une bobine portée par la culasse, une armature mobile entre une position de repos du relais et une position de travail dans laquelle le relais est excité, un dispositif de contacts électriques actionné sous l'effet du déplacement de l'armature, et un capot notamment en matière thermoplastique enfermant les éléments constitutifs du relais et comportant des ouvertures à travers lesquelles l'intérieur communique avec l'extérieur, caractérisé en ce qu'il comporte un capot (1) dont la paroi supérieure est réalisée sous forme d'une plaque (56) perméable à l'air et au gaz produits par dégazage des matières plastiques du relais et dont la face interne (57) constitue une face de condensation des vapeurs d'acide nitrique produit à l'intérieur du capot en présence d'humidité par les arcs électriques entre les éléments de contact. 2. Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (56) est formée par une plaque perforée dont la face inférieure est recouverte d'une couche métallique notamment en cuivre à la manière d'un circuit imprimé. 3. Relais selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un trou de perforation (58) a un diamètre maximum de 0,9 mm et un pas de 2,54 mm. 4. Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette précitée est réalisée en un feuillard métallique obtenu par électrodéposition ou en toile métallique. 5. Relais selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrodéposition est faite en un matériau tel que du nickel-cobalt ayant un diamètre de trous de quelques pm et un pas de 50 pm. 6. Relais selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capot (1) comprend à sa base des évents d'aération (61).