EP0061383B1

EP0061383B1 - Switch with indifferent working position and its application to a relay

Info

Publication number: EP0061383B1
Application number: EP19820400420
Authority: EP
Inventors: Jacques Legrand; Gérard Holvoet; Philippe Pouyez
Original assignee: Socapex SA
Current assignee: Socapex SA
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1982-03-09
Publication date: 1985-01-09
Also published as: FR2502389B1; DE3261807D1; EP0061383A1; FR2502389A1

Description

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, ledit boîtier étant constitué d'une embase en matériau magnétique et d'un capot en matériau non magnétique, ladite lame pouvant basculer du premier au deuxième contact ou vice-versa sous l'action d'un champ magnétique extérieur.The present invention relates to a switch in any operating position provided with two electrical contacts disposed respectively on a support and a movable blade connected to a third contact, each switch being disposed inside a housing, said housing being constituted a base made of magnetic material and a cover made of non-magnetic material, said blade being able to tilt from the first to the second contact or vice versa under the action of an external magnetic field.

Un tel interrupteur a été décrit par exemple dans l'article « New construction for a mercury wetted switch for operation in any position - Proceeding of the 10th international conference an electronic contact phenomena - 25/29 août 1980 - Vol. 2 - pages 625 à 634 (Legrand et Frances).Such a switch has been described for example in the article "New construction for a mercury wetted switch for operation in any position - Proceeding of the 10th international conference an electronic contact phenomena - 25/29 August 1980 - Vol. 2 - pages 625 to 634 (Legrand and Frances).

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.Such a switch generally consists of a metal base having a metal outlet which is electrically connected to it and outlet contacts or posts which are isolated therefrom by glass beads forming a tight seal. On the base is disposed a movable blade of magnetic material which can pivot freely and which comes to bear on a first or a second contact connected by the supports to the posts. The base is covered with a cover of non-magnetic material sealed in a sealed manner. The interior of the case is wetted with mercury which improves the functioning of the assembly. Such a switch is generally controlled using two electromagnetic coils arranged laterally and which attract the blade either on one side or the other or more generally using a permanent magnet placed on the cover and cooperating with an electromagnetic coil. The permanent magnet permanently polarizes the end of the fixed contacts. The movable blade under the action of the magnetic field created by the coil is polarized in one direction or the other according to the direction of the excitation current of the coil so as to cause it to switch from one position to another.

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.The fixed contact supports usually used in this type of switches as well as in all similar switches are generally made from magnetic material such as an alloy of iron and nickel. However, this results in a drawback of the fact that part of the permanent magnetic flux serving to polarize the end of these fixed contacts is derived along these contacts. However, the base of the housing being generally itself made of magnetic material, that is to say generally of steel, the magnetic flux derived along these fixed contacts follows a circuit which closes on this base. As this magnetic flux does not intervene in the operation of the switch, it constitutes a significant loss of the flux delivered by the magnet.

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.When the electromagnetic coil is energized, the magnetic flux produced by the coil and channeled by the magnetic circuit towards the moving blade is also subdivided by passing not only in said moving blade but also in the fixed contacts which also causes a significant loss of magnetic flux. Consequently, it is necessary to have sufficient control power to, taking into account these losses, allow the tilting of the movable blade from one fixed contact to the other or vice versa.

Il a été proposé dans le brevet DE-A- 19 54 237 de réaliser pour les relais de type « Reed à à enveloppe de verre des contacts électriques dont la partie centrale traversant l'enveloppe de verre est en cuivre, de manière à améliorer l'étanchéité des traversées verre-métal.It was proposed in patent DE-A-19 54 237 to produce electrical glass contacts for the "Reed with glass envelope" type relays, the central part of which passes through the glass envelope is made of copper, so as to improve the sealing of glass-to-metal bushings.

Toutefois, ce document ne pose pas le problème des fuites magnétiques au niveau de l'embase métallique utilisée dans l'article précité. L'interrupteur selon l'invention permet de résoudre le problème ainsi posé. 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 manière à réduire les pertes de flux magnétique. 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@.However, this document does not pose the problem of magnetic leaks at the metal base used in the aforementioned article. The switch according to the invention makes it possible to solve the problem thus posed. For this purpose, it is characterized in that the first and second contact supports include a part made of electrically conductive and non-magnetic material, so as to reduce the losses of magnetic flux. Preferably, this non-magnetic intermediate part disposed between the electrical contact and the post will be made of copper or a copper alloy, for example with nickel. In particular, very good results are obtained by using the non-magnetic alloys of the above metals well known under the name 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.The invention also relates to an electromagnetic relay comprising electromagnetic control means and a switch as defined above. As electro-magnetic control means, use will preferably be made of a permanent magnet placed above the casing associated with an electromagnetic coil provided with a suitable magnetic circuit. These means will for example conform to those defined above.

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.

The invention will be better understood with the aid of the following embodiments given without limitation, together with the figures which represent:

FIG. 1, a switch provided with electro-magnetic control means according to the prior art,
FIG. 2, a relay provided with a device according to FIG. 1,
Figure 3, a switch according to the invention provided with electromagnetic control means.

Sur la figure 1, est représenté un interrupteur 1 tel que décrit dans l'article ci-dessus référencé. 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.In Figure 1, there is shown a switch 1 as described in the article above referenced. It comprises a metal base 2 coated with a non-magnetic cover 3. This base comprises a contact which is electrically connected to it 11, and drilled in 12 and 13 to receive the fixed contact supports 4 and 5 which are extended by the external contacts or posts respectively 10 and 9. The crossing of the base in 12 and 13 is carried out by means of a bead of watertight glass, allowing sealing under a controlled atmosphere of the base 2 and of the housings 3. A mobile magnetic blade 6 pivoting at 7 comes to bear on the contacts 24 and 25 which extend the contact supports 4 and 5. Au- above the cover 3 is disposed a permanent magnet 14 and an electromagnetic coil 15 supplied with current by 17 and 18 and provided with a magnetic circuit 16 disposed substantially in line with the blade 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 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 crée 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 le 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.

The operation of such a switch is as follows:

The permanent magnet 14 polarizes the contacts 24 and 25 which are made of magnetic material. When it is desired to tilt the movable blade 6 from one fixed contact to the other, a current pulse of determined direction is sent into the electromagnetic coil 15. This consequently generates a magnetic field channeled by the circuit magnetic 16 towards 6 itself made of magnetic material. Consequently, the latter becomes polarized under the action of this magnetic field and when the said field is of appropriate direction, it creates at the end of the latter a pole of sign identical to that of the fixed contact which is adjacent to it, thus creating a repulsion of it and consequently an attraction of the other contact which is of opposite pole. Conversely, a pulse of opposite sign in the coil allows the blade to return to its initial position. Of course, a symmetrical position of the magnet and the coil relative to the plane of symmetry of the contacts 4 and 5 allows bistable operation of the switch, while asymmetrical positioning of these electromagnetic control means would allow '' obtaining a monostable operation of said switch.

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.In Figure 2, there is shown an electromagnetic relay provided with a device as shown in Figure 1, the same elements as those of this figure bearing the same references. This device is arranged in a housing 100 comprising a base 102 and a cover 101, two output contacts being shown 103 and 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.FIG. 3 represents a device similar to that of FIG. 1 but fitted with electrodes according to the invention which considerably improve the operation of the relay. In this figure, the same elements as those of the previous figures have the same references. The contact supports 4 and 5 of FIG. 1 have here been replaced by supports 44 and 45 made of non-magnetic material such as monel. At their ends are arranged respectively contacts made of magnetic material 46 and 47 oriented substantially perpendicular to the non-magnetic parts 44 and 45. The contact supports 44 and 45 are also connected at their other end to the posts 10 and 9, the connections being made in both cases without any difficulty, for example by welding. The length of these non-magnetic parts 44 and 45 depends of course on the intensity of the magnetic field generated by the magnetic bar 14 and the coil 15. Depending on the case, those skilled in the art will adapt their length in order to avoid losses. magnetic. In this way, in fact, the presence of the non-magnetic parts 44 and 45 makes it possible to cut the magnetic circuit, which generates losses. The advantage of such a structure is that it appreciably improves the closing of the magnetic circuit generated by the permanent magnet on the ends 46 and 47 of the fixed contacts. In this way, the losses of magnetic flux coming from the coil and passing through the movable pallet are thus considerably reduced. There is then a significant improvement in the sensitivity of the switch, which leads to appreciable energy savings when it comes to controlling this switch. By way of example, a switch manufactured in accordance with the indications given above required a control power half as large as that necessary to control the same switch but produced in accordance with FIG. 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.Preferably, each contact 46 and 47 will be provided with a non-magnetic part 61, 62 which will project at least 0.05 mm and preferably 0.1 mm from the contacts 46 and 47. This improves the operation of the relay by avoiding the blade sticking in contact when the two are of the same pole and in intimate contact. This phenomenon is well known to those skilled in the 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.Surprisingly, the parts 44 and 45 of the contacts of FIG. 3, which are cylindrical in the previous case (like the posts 9, 10 and 11), have been replaced by flat blades made of non-magnetic monel. It was found that, in the case of a switch arranged in a housing 1 of the TO 5 type (as is the case in the previous examples) a flat blade of 0.04 to 0.45 mm and preferably of 0 , 1 to 0.2 mm thick, 0.45 to 4 mm and preferably 0.5 to 1 mm wide and 0.5 to 4.5 mm and preferably 1.7 to 2, 2 mm in height, generally made it possible to suppress the rebound phenomenon of the relay well known to those skilled in the art: when the contacts are too rigid, the blade, under the effect of the shock against the contact, bounces several times before to be definitively linked to contact. The presence of mercury generally attenuates this phenomenon, in particular at the electrical level. However, the use of blades as defined above having sufficient flexibility to consume the energy developed by the impact on the contact, makes it possible to completely eliminate the rebound phenomenon. This blade, as before, can be made of non-magnetic conductive material, but it can also be made of magnetic material, connected to the non-magnetic part of the contact support.

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.Furthermore, it is understood that the contact support and the post may consist of one and the same continuous piece, made of mate non-magnetic line, possibly having a flattened part inside the housing.

Claims

1. A switch comprising two electrical contacts (46, 47) arranged respectively on a support, and a movable plate (6) connected to a third contact, each switch being located inside a case, said case being composed of a base (2) made of a magnetic material and a cover (3) made of a non-magnetic material, said plate being adapted to pivot from the first to the second contact, or vice versa, under the action of an outside magnetic field, characterized in that the first (44) and second (45) supports of the contacts (46, 47) comprise a part made of an electrically conducting and non-magnetic material in order to reduce the losses of magnetic flux.

2. A switch according to claim 1, characterized in that the first (44) and second (45) supports of the contacts (46, 47) are extended, respectively, by a pole (9, 10) crossing the base of the case (1), with each pole being of non-magnetic material.

3. A switch according to claim 1, characterized in that the support of the contact and the pole from a single piece of non-magnetic material.

4. A switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the non-magnetic part is made of copper or an alloy of copper.

5. A switch according to claim 3, characterized in that the non-magnetic part is made of non-magnetic Monel.

6. A switch according to one of the claims 1 to 5, with the case (1) comprising a base (2) traversed by the first and the second poles on which are fixed, respectively, the first and second contact supports, characterized in that said contact supports are composed respectively of a vertical part of non-magnetic material extending substantially at 90° by an end made of electrically conducting magnetic material.

7. A switch according to one of claims 1 to 6, characterized in that the contact support (46, 47) positioned inside the case (1) comprises at least one plane part, the plane of wich is disposed substantially parallelly to that of the movable plate, in such a manner that the flexibility of said plane part absorbs the energy developped by the impact of the plate on said contact.

8. A switch according to claim 7, characterized in that the plane part of each contact is of a smaller thickness than the pole.

9. An electromagnetic relay comprising at least one switch and electromagnetic control means, characterized in that each switch is realized according to one of the claims 1 to 8.

10. An electromagnetic relay according to claim 9, characterized in that the electromagnetic control means are constituted by at least one winding provided with a magnetic circuit associated to a permanent magnet, the latter being disposed above the cover of the case, in which the cover is made of a non-magnetic and the base is made of a magnetic material.

11. A bistable relay according to one of the claims 9 or 10, characterized in that the permanent magnet and the magnetic circuit of the winding are symmetrically disposed with respect to the plane to the plane of the movable plate.