Interrupteur à position de fonctionnement indifférente et relais utilisant un tel interrupteur

La présente invention concerne un interrupteur à position de fonctionnement indifférente muni de deux contacts électriques disposés respectivement sur un support et d'une lame mobile reliée à un troisième contact, chaque interrupteur étant disposé à l'intérieur d'un boîtier, ladite lame pouvant basculer du premier au deuxième contact ou vice-versa sous l'action d'un champ magnétique extérieur.

Un tel interrupteur a été décrit par exemple dans la demande française N° 80 00 308 déposée le 8 janvier 1980 au nom de la Demanderesse. Un tel interrupteur est constitué généralement d'une embase métallique comportant une sortie métallique qui lui est reliée électriquement et de contacts de sortie ou poteaux qui sont isolés de celles-ci par des perles de verre formant un scellement étanche. Sur l'embase est disposée une lame mobile en matériau magnétique pouvant pivoter librement et venant s'appuyer sur un premier ou un deuxième contact reliés par les supports aux poteaux. L'embase est recouverte d'un capot en matériau non magnétique scellé de façon étanche. L'intérieur du boîtier est mouillé par du mercure ce qui permet d'améliorer le fonctionnement de l'ensemble. Un tel interrupteur est généralement commandé à l'aide de deux bobines électro-magnétiques disposées latéralement et qui attirent la lame soit d'un côté soit de l'autre ou plus généralement à l'aide d'un aimant permanent disposé sur le capot et coopérant avec une bobine électro-magnétique. L'aimant permanent polarise l'extrémité des contacts fixes d'une façon permanente. La lame mobile sous l'action du champ magnétique créé par la bobine est polarisée dans un sens ou dans l'autre suivant le sens du courant d'excitation de la bobine de manière à la faire basculer d'une position à l'autre.

Les supports de contacts fixes habituellement utilisés dans ce type d'interrupteurs ainsi que dans tous les interrupteurs analogues sont généralement fabriqués à partir de matériau magnétique tel qu'un alliage de fer et de nickel. Il en résulte cependant un inconvénient du fait qu'une partie du flux magnétique permanent servant à polariser l'extrémité de ces contacts fixes est dérivée le long de ces contacts. Or, l'embase du boîtier étant généralement elle-même en matériau magnétique c'est-à-dire généralement en acier, le flux magnétique dérivé le long de ces contacts fixes suit un circuit qui se referme sur cette embase. Comme ce flux magnétique n'intervient pas dans le fonctionnement de l'interrupteur, il constitue une perte importante du flux délivré par l'aimant.

Lorsque la bobine électro-magnétique est excitée, le flux magnétique produit par la bobine et canalisé par le circuit magnétique en direction de la lame mobile se subdivise également en passant non seulement dans ladite lame mobile mais également dans les contacts fixes ce qui provoque également une perte importante de flux magnétique. Par conséquent, il est nécessaire d'avoir une puissance de commande suffisante pour, en tenant compte de ces pertes, permettre le basculement de la lame mobile d'un contact fixe à l'autre ou vice-versa.

L'interrupteur selon l'invention permet d'éviter cet inconvénient. Dans ce but, il est caractérisé en ce que le premier et le deuxième supports de contacts comportent une partie en matériau électriquement conducteur et amagnétique. De préférence, cette partie intermédiaire amagnétique disposée entre le contact électrique et le poteau, sera en cuivre ou en alliage de cuivre, par exemple avec le nickel. En particulier, on obtient de très bons résultats en utilisant les alliages amagnétiques des métaux ci-dessus bien connus sous la dénomination monel.

L'invention concerne également un relais électro-magnétique comportant des moyens de commande électro-magnétiques et un interrupteur tel que défini ci-dessus. Comme moyens de commande électro-magnétiques, on utilisera de préférence un aimant permanent disposé au-dessus du boîtier associé à une bobine électro-magnétique munie d'un circuit magnétique adapté. Ces moyens seront par exemple conformes à ceux définis ci-dessus.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent :

• - la figure 1, un interrupteur muni de moyens de commande électro-magnétiques selon l'art antérieur,
• - la figure 2, un relais muni d'un dispositif selon la figure 1,
• - la figure 3, un interrupteur selon l'invention muni de moyens de commande électro-magnétiques.

Sur la figure 1, est représenté un interrupteur 1 tel que décrit dans la demande de brevet français ci-dessus référencée. Il comporte une embase métallique 2 revêtue d'un capot non magnétique 3. Cette embase comporte un contact qui lui est relié électriquement 11, et percé en 12 et 13 pour recevoir les supports de contacts fixes 4 et 5 qui se prolongent par les contacts extérieurs ou poteaux respectivement 10 et 9. La traversée de l'embase en 12 et 13 s'effectue par l'intermédiaire d'une perle de verre étanche, permettant un scellement sous atmosphère contrôlé de l'embase 2 et des boîtiers 3. Une lame magnétique mobile 6 pivotant en 7 vient s'appuyer sur les contacts 24 et 25 qui prolongent les supports de contacts 4 et 5. Au-dessus du capot 3 est disposé un aimant permanent 14 et une bobine électro-magnétique 15 alimentée en courant par 17 et 18 et munie d'un circuit magnétique 16 disposé sensiblement au droit de la lame 6.

Le fonctionnement d'un tel interrupteur est le suivant :

L'aimant permanent 14 polarise les contacts 24 et 25 qui sont en matériau magnétique. Lorsqu'on désire faire basculer la lame mobile 6 d'un contact fixe à l'autre, on envoie une impulsion de courant de sens déterminé dans la bobine électro-magnétique 15. Celle-ci engendre par conséquent un champ magnétique canalisé par le circuit magnétique 16 en direction de la lame 6 elle-même en matériau magnétique. Par conséquent, celle-ci se polarise sous l'action de ce champ magnétique et lorsque ledit champ est de sens approprié, il créé à l'extrémité de celle-ci un pôle de signe identique à celui du contact fixe qui lui est adjacent, créant ainsi une répulsion de celui-ci et par conséquent une attraction de l'autre contact qui est de pôle opposé. Inversement, une impulsion de signe opposé dans la bobine permet le retour de la lame dans sa position initiale. Bien entendu, une position symétrique de l'aimant et de la bobine par rapport au plan de symétrie des contacts 4 et 5 permet un fonctionnement bistable de l'interrupteur, tandis qu'un positionnement asymétrique de ces moyens de commande électro-magnétiques permettrait d'obtenir un fonctionnement monostable dudit interrupteur.

Sur la figure 2, on a représenté un relais électro-magnétique muni d'un dispositif tel que représenté sur la figure 1, les mêmes éléments que ceux de cette figure portant les mêmes références. Ce dispositif est disposé dans un boîtier 100 comportant une embase 102 et un capot 101, deux contacts de sortie étant représentés 103 et 104.

La figure 3 représente un dispositif semblable à celui de la figure 1 mais muni d'électrodes selon l'invention qui améliorent considérablement le fonctionnement du relais. Sur cette figure, les mêmes éléments que ceux des figures précédentes portent les mêmes références. Les supports de contacts 4 et 5 de la figure 1 ont ici été remplacés par des supports 44 et 45 en matériau amagnétique tel que le monel. A leur extrémité sont disposés respectivement des contacts en matériau magnétique 46 et 47 orientés sensiblement perpendiculairement aux parties amagnétiques 44 et 45. Les supports de contacts 44 et 45 sont par ailleurs reliés à leur autre extrémité aux poteaux 10 et 9, les liaisons s'effectuant dans les deux cas sans aucune difficulté par exemple par soudure.-La longueur de ces parties amagnétiques 44 et 45 dépend bien entendu de l'intensité du champ magnétique engendré par le barreau magnétique 14 et la bobine 15. Selon les cas, l'homme de l'art adaptera leur longueur afin d'éviter les pertes magnétiques. De cette manière en effet, la présence des parties non magnétiques 44 et 45 permet de couper le circuit magnétique, générateur de pertes. L'avantage d'une telle structure est d'améliorer de façon sensible la fermeture du circuit magnétique engendré par l'aimant permanent sur les extrémités 46 et 47 des contacts fixes. De cette manière, on réduit ainsi de façon considérable les pertes de flux magnétique provenant de la bobine et traversant la palette mobile. On constate alors une amélioration importante de la sensibilité de l'interrupteur ce qui conduit à une économie d'énergie appréciable au niveau de la commande de cet interrupteur. A titre d'exemple, un interrupteur fabriqué conformément aux indications données ci-dessus a nécessité une puissance de commande deux fois moins importante que celle nécessaire à la commande du même interrupteur mais réalisé conformément à la figure 1.

De préférence, chaque contact 46 et 47 sera muni d'une partie amagnétique 61, 62 qui débordera d'au moins 0,05 mm et de préférence 0,1 mm des contacts 46 et 47. Ceci améliore le fonctionnement du relais en évitant à la lame de coller en contact lorsque les deux sont de même pôle et en contact intime. Ce phénomène est bien connu de l'homme de l'art.

De manière surprenante, on a remplacé les parties 44 et 45 des contacts de la figure 3, qui sont cylindriques dans le cas précédent (comme les poteaux 9, 10 et 11) par des lames plates en monel amagnétique. On a constaté que, dans le cas d'un interrupteur disposé dans un boîtier 1 du type TO 5 (comme c'est le cas dans les exemples précédents) une lame plate de 0,04 à 0,45 mm et de préférence de 0,1 à 0,2 mm d'épaisseur, de 0,45 à -4 mm et de préférence de 0,5 à 1 mm de largeur et de 0,5 à 4,5 mm et de préférence de 1,7 à 2,2 mm de hauteur, permettait généralement de supprimer le phénomène de rebondissement du relais bien connu de l'homme de l'art : lorsque les contacts sont trop rigides, la lame, sous l'effet du choc contre le contact, rebondit plusieurs fois avant d'être définitivement liée au contact. La présence de mercure atténue généralement ce phénomène, en particulier au niveau électrique. Toutefois, l'utilisation de lames telles que définies ci-dessus ayant une souplesse suffisante pour consommer l'énergie développée par le choc sur le contact, permet de supprimer complètement le phénomène de rebondissement. Cette lame, comme précédemment, peut être en matériau amagnétique conducteur, mais elle peut être également en matériau magnétique, reliée à la partie amagnétique du support de contact.

Par ailleurs, il est bien entendu que le support de contact et le poteau peuvent être constitués par une seule et même pièce, continue, en matériau amagnétique, présentant éventuellement une partie aplatie à l'intérieur du boîtier.