Brevet FR3082353A1 — publié le 20191213

DESCRIPTION L'invention se rapporte à un relais électromagnétique monostable basse tension (entre 110V ET 400V) pourvu d'un dispositif mobile de basculement des contacts électriques à déclenchement rapide avec point d'inflexion et permettant une commutation ou un relâchement rapide. Etat des sachant : Un relais électromécanique est un organe électrique permettant l'ouverture et la fermeture d'un circuit (puissance) électrique par un second circuit (commande) électrique. Nous pouvons distinguer deux familles de relais : - Les relais électromagnétiques composés principalement d'un électroaimant qui, lorsqu'il est alimenté, transmet une force à un système de commutation électrique où se trouvent les contacts. L'électroaimant peut être, suivant les spécifications et les besoins, alimenté en TBT (Très Basse Tension) (moins de 12 V, 24 V, 48 V) continu ou alternatif ou en BT (Basse Tension) (110 V, 230 V, 400 V et même au-delà). Dans les systèmes mettant en oeuvre une puissance importante (>50KW), les relais sont appelés des contacteurs. Par ailleurs les contacteurs se distinguent des relais en ce que les tensions d'alimentation sne ont pas aussi précises que celle des relais. Dans cette famille des relais électromagnétiques, il existe deux sous familles : o Fonctionnement monostable : se caractérisant en ce que les contacts commutent quand la bobine est alimentée et le retour à l'état initial se fait immédiatement quand la bobine n'est plus alimentée, o Fonctionnement bistable : dont la technologie est basée sur le principe que l'on alimente la bobine pour que les contacts commutent. L'état de la position (commutée ou non) ne change pas quand la bobine n'est plus alimentée, tandis qu'un système mécanique bloque le retour. Pour revenir à l'état initial, il est nécessaire d'alimenter à nouveau la bobine pour débloquer le mécanisme, et dans certain cas en inversant la polarité de l'alimentation. - Les relais statiques réalisé à base de composants électroniques sans élément mécanique, ces relais supportent moins bien les tensions élevées et sont sans rapport à l'objet de notre invention. Dans la famille des relais électromagnétiques monostables (objet de la présente invention), il convient de comparer l'état de l'art au regard des évolutions sur différents aspects du fonctionnement d'un relais. Au regard des relais électromagnétiques monostables, l'état de l'art se caractérise par : - EP0476183 (page 2 coll. ligne 56) brevet basé sur les principes inventifs de l'augmentation des dimensions des éléments internes, qui permet d'accepter une puissance utile plus importante qui est également l'objet que nous recherchons. Mais cette invention n'indique pas de rapport direct avec la commutation rapide qui est le principe essentiel sur lequel repose notre invention. 2 - US4571567 Revendication 1 (ligne 5) décrit par l'ajout de ressorts une action rapide de la commutation des contacts, cependant ce ressort ne produit pas de point d'inflexion au changement de position. En cela il est différent de notre invention. 5 Dans le cadre de technologies de relais électromagnétiques pouvant trouver des applications compatibles au relais monostables et bistables, citons : - US4814564 : cette invention propose des solutions visant à atténuer le rebond au moment du contact, sans pour autant solutionner l'accélération du mouvement de commutation. Il ne possède donc pas de rapport avec la commutation rapide que nous 10 cherchons. - EP0476182 est une invention qui se rapporte à notre thématique en ce qu'il décrit l'ajout d'un ressort à lame déformable supportant des contacts, mais qui est différent en ce qu'il ne propose pas de point d'inflexion. Un autre brevet EP0208329 est similaire à EP0476182 et se diffère de ce dernier en ce qu'il propose une solution avec un basculement de 15 l'armature, où il n'y a pas de point d'inflexion. Ces technologies restent donc étrangères à notre invention, - EP0203515 repose sur les mêmes principes que EP0476182 et EP0208329 mais propose de contrecarrer les frottements des éléments mobiles au regard des éléments fixes lors du changement de position aux fins de réduire le rebond. Cette invention se base sur un 20 ressort ajouté dont le point de pivotement diffère du point d'appui de l'armature lors du mouvement. Cependant et comme vu précédemment, ce ressort ne produit pas de point d'inflexion au changement de position. Enfin des technologies mises en oeuvre dans le cadre de relais électromagnétiques bistables pourraient disposer de technologies s'assimilant à notre invention. Ces technologies se 25 caractérisent par le brevet DE3139285 qui utilise un ressort à lame, mais cela uniquement pour son maintien en position stable. Cette invention se rapporte à notre thématique en ce qu'elle décrit l'ajout d'un ressort pour une action rapide de la commutation des contacts. Toutefois elle diffère de notre invention en ce qu'elle ne propose pas de point d'inflexion. 30 En conséquence de l'état des connaissances, aucun dispositif connu ne permet une commutation rapide des contacts en utilisant une lame ressort activant dans son fonctionnement un point d'inflexion. Description : 35 L'invention se rapporte à un relais électromagnétique monostable caractérisée par un dispositif mobile de basculement des contacts électriques à déclenchement rapide. Ce dispositif mobile de basculement (f) se caractérise par : - une lame ressort (i) qui est à la fois un composant électrique et mécanique produisant un point d'inflexion lors du basculement, 3 - Une palette (g) qui a pour objet d'être attirée sur le noyau (c) de l'électro-aimant lorsque l'on applique une tension aux bornes de la bobine (d), Un prisme isolant (h) placé sur la palette (g) et reçoit la lame ressort (i) aux points de contact (o et o') en la maintenant isolée électriquement l'une de l'autre, 5 Un ressort de traction (k) positionné entre le corps du relais (a) et la palette (g). Le dispositif est environné des composants suivants : Le bloc relais composé d'un corps de relais (a), d'un connecteur (b), un ergo (I) d'attache du ressort de traction (k), 10 D'un circuit électromagnétique de commande composé d'un noyau (c), d'une bobine électrique (d) disposant d'un fil produisant le champ magnétique dont le courant passe d'une extrémité (r) à une autre (r') placée sur son support (e), et raccordé de bornes électriques (q et q'), D'un circuit électrique de puissance composée de bornes électriques (q' et q"), et de contacts (s, s', s", et s'"). 15 La palette (g) dispose : - d'encoches (j) placées de part et d'autre de la palette à l'objet de faire office d'axe de rotation de la palette (g) dans son mouvement par rapport au corps du relais (a), - d'une extrémité (m) ayant pour fonction d'attacher le ressort de traction (k) sur la palette. 20 Le noyau (c) dispose d'une surface supérieure (n) ayant pour objet de recevoir la palette (g) lorsque celle-ci est attirée par le phénomène de tension électrique, La lame ressort (i) dispose : 25 d'une découpe intérieure (t) qui distingue deux zones dans la lame (i), une zone intérieure (u) et une zone extérieure (u'), de cambrages distincts : o le premier cambrage (p) placé de chaque côté de la lame ressort (i) sur la zone extérieure (u') qui se caractérise par une courbure qui fait une fonction ressort, 30 o Le second cambrage (p') placé sur la zone intérieure (u) de la lame ressort (i) qui exerce une fonction ressort orientée inversement à celle produite par le premier cambrage (p). L'ensemble du relais doté de son dispositif mobile de basculement (f) est assemblé de la façon suivante : - Le corps du relais (a) est vissé sur le connecteur (b), 35 - le noyau (c) est fixé sur le corps du relais (a), - la bobine (d) est montée sur le noyau (c) par l'intermédiaire d'un support bobine(e), - les bornes électriques (q) (q') (q") sont identifiées sur le connecteur (b), - les bornes électriques (q et q') sont reliées à chacune des deux extrémités (r) (r') de la bobine (d), - le dispositif mobile (f) comprend la palette (g) sur laquelle est fixée un prisme isolant (h) qui reçoit lui- même la lame ressort (i), 4 - le dispositif mobile (f) possède une liaison pivot sur le corps par l'intermédiaire d'encoches (j) situées sur la palette (g), - Sur les bornes (q et q') sont rivés des contacts (s et s'), - Sur la lame mobile sont rivés deux contacts (s") et (s'"), 5 Le fonctionnement du relais est régi selon le procédé suivant : Lorsque la bobine(e) du relais n'est pas alimentée électriquement : aucune tension n'est appliquée entre les bornes (q) et (q'), Un ressort de traction (k) attaché sur l'ergot (I) du corps du relais (a) et sur l'extrémité (m) de la palette (g) produit un couple qui a pour effet de créer un 10 entrefer entre la surface supérieure du noyau (n) et la palette (g), dans cette position la lame mobile permet le contact entre les bornes notées (q") et (q'). Lorsque la bobine(e) du relais est alimentée électriquement : une tension est appliquée entre les bornes (q) et (q'), le noyau (c) subit le champ magnétique et produit un effort d'attraction sur la palette mobile, la palette mobile entre alors en contact avec le noyau, dans cette position le 15 contact entre les bornes (q") et (q') est interrompu. La lame ressort (I) en position « repos » (non alimenté électriquement) du relais, c'est-à-dire sans excitation de la bobine, est soumise à des forces qui s'appliquent aux points de contact (o) (o') avec le prisme. 20 Le double cambrage (p et p') de la lame ressort (i) produit un effet de ressaut (c'est-à-dire une inflexion rapide lors du changement de position de l'ensemble mobile) lorsque la bobine (d) est mise sous tension. Cette même mise sou tension provoque le déplacement de la palette (g) qui vient en contact avec la surface supérieure (n) du noyau (c). Ce phénomène de ressaut a pour effet d'accélérer le changement d'état et de réduire 25 significativement le temps de commutation. Figures : 1) Vue d'ensemble du relais non alimenté électriquement 30 2) Vue d'ensemble du relais en position alimenté électriquement 3) Sous ensemble mobile 4) Déformation de la lame Glossaire : 35 (a) corps du relais (b) connecteur (c) noyau en fer pur (d) Une bobine (e) support bobine 40 (f) ensemble mobile 5 (g) une palette (h) prisme isolant (i) lame mobile en cuivre d'épaisseur 0.15mm (j) encoches situées sur la palette 5 (k) ressort de traction (I) ergot du corps du relais (m) extrémité de la palette (n) surface supérieure du noyau (o) (o') lieu de contact avec le prisme. 10 (p) (p') deux cambrages distincts de la lame mobile (q) (q') (q") Les bornes (r) (r') extrémités de la bobine (s) contact rivé sur la borne (s') contact rivé sur la borne 15 (s") et (s"') contacts rivés sur la lame mobile (t) découpe intérieure (u) zone intérieure de la lame (u') REVENDICATIONS1. Dispositif mobile de basculement (f) pour relais électromagnétique monostable basse-tension, le relais comportant un corps relais et un circuit électromagnétique de commande composé d'un noyau et d'une bobine, caractérisé par : une lame ressort (i) qui est â la fois un composant électrique et mécanique produisant un point d'inflexion lors du basculement, Une palette (g) qui a pour objet d'être attirée sur le noyau (c) du circuit électromagnétique de commande lorsque l'on applique une tension aux bornes de la bobine (d), - Un prisme isolant (h) placé sur la palette (g) qui reçoit la lame ressort (i) sur des points de contact (o et o') en les maintenant isolées électriquement l'une de l'autre, - Un ressort de traction (k) destiné à être positionné entre le corps du relais (a) et la palette (g). 2. Dispositif mobile de basculement (f) pour relais électromagnétique monostable basse-tension, selon revendication 1, caractérisé en ce que la palette (g) dispose : d'encoches (j) placées de part et d'autre de la palette à l'objet de faire office d'axe de rotation de la palette (g) dans son mouvement par rapport au corps du relais (a), d'une extrémité (m) ayant pour fonction d'attacher le ressort de traction (k) sur la palette. 1 Dispositif mobile de basculement (f) pour relais électromagnétique monostable basse-tension, selon revendication 1, caractérisé en ce que la lame ressort (i) dispose : d'une découpe intérieure (t) qui distingue deux zones dans la lame (i), une zone intérieure (u) et une zone extérieure (u'), de cambrages distincts : o le premier cambrage (p) placé de chaque côté de la lame ressort (i) sur la zone extérieure (u') qui se caractérise par une courbure qui fait une fonction ressort, o Le second cambrage (p') placé sur la zone intérieure (u) de la lame ressort (i) qui exerce une fonction ressort orientée inversement à celle produite par le premier cambrage (p). 30 4. Relais électromagnétique rnonostable basse-tension, comportant un dispositif mobile de basculement(f) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble du relais doté de son dispositif mobile de basculement (f) est assemblé de la façon suivante : - Le corps du relais (a) est vissé sur un connecteur (b), 35 - le noyau (c) est serti sur le corps du relais (a), - la bobine (cl) est montée sur le noyau (c) par l'intermédiaire d'un support bobine(e), - des bornes électriques (q) (q') (q") sont identifiées sur le connecteur (b), certaines des bornes électriques (q et q') étant reliées à chacune des deux extrémités (r) (r') de la bobine (d), des contacts (s et s') étant rivés sur ces bornes, 7 - sur la palette (g) est fixé un prisme isolant (h) qui reçoit lui-même la lame ressort (i), - le dispositif mobile (f) possède une liaison pivot sur le corps par l'intermédiaire d'encoches (j) situées sur la palette (g), - Sur la lame ressort sont rivés deux contacts (s") et (s"' 5 5. Relais électromagnétique monostable basse-tension selon revendication 4, caractérisé en ce que le noyau (c) dispose d'une surface supérieure (n) ayant pour objet de recevoir la palette (g) lorsque celle-ci est attirée par le phénomène de tension électrique, 10 6. Procédé de fonctionnement du relais selon ne es quelconque revendication 4 et 5, caractérisé en ce que: Lorsque la bobine(e) du relais n'est pasakmnentéeé|ecthquementsuitenposiÜunnepos aucune tension n'est appliquée entre les bornes (q) et (q'), un ressort de traction (k) attaché sur l'ergot (I) du corps du relais (a) et sur l'extrémité (m) de la palette (g) produit un couple qui a pour effet 15 de créer un entrefer entre la surface supérieure du noyau (n) et la palette (g), dans cette position la lame ressort permet le contact entre les bornes notées (q") et (q'), Lorsque la bobine(e) du relais est alimentée électriquement : une tension est appliquée entre les bornes (q) et (cil, le noyau (c) subit le champ magnétique et produit un effort d'attraction sur la palette mobile, la palette mobile entre alors en contact avec le noyau, dans cette position le 20 contact entre les bornes (q") et (q') est interrompu. 7. Procédé de fonctionnement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'en position « repos » du relais, c'est-à-dire sans excitation de la bobine, la lame ressort (i) est soumise à des forces qui s'appliquent aux points de contact (o) ( ) avec le prisme. 25 8. Procédé de fonctionnement selon la revendication 7 prise dans dépendance à la revendication 5, caractérisé en ce que la mise sous tension provoque le déplacement de la palette (g) qui vient en contact avec la surface supérieure (n) du noyau (c).