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EP1583127A1 - Dispostif de commutation életctrique, relais, prise de courant et appareils électriques comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispostif de commutation életctrique, relais, prise de courant et appareils électriques comportant un tel dispositif Download PDF

Info

Publication number
EP1583127A1
EP1583127A1 EP05354007A EP05354007A EP1583127A1 EP 1583127 A1 EP1583127 A1 EP 1583127A1 EP 05354007 A EP05354007 A EP 05354007A EP 05354007 A EP05354007 A EP 05354007A EP 1583127 A1 EP1583127 A1 EP 1583127A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
electrical
magnet
bases
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP05354007A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1583127B1 (fr
Inventor
Pierre Schneider Electric Industries SAS Batteux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP1583127A1 publication Critical patent/EP1583127A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1583127B1 publication Critical patent/EP1583127B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/58—Electric connections to or between contacts; Terminals
    • H01H1/5822—Flexible connections between movable contact and terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature
    • H01H2051/2218—Polarised relays with rectilinearly movable armature having at least one movable permanent magnet

Definitions

  • the invention relates to a switching device comprising a contact block having a fixed part connected to at least one electrical terminal and having at least one electrical contact zone that can collaborate with a zone of contact of a moving part, an actuating device allowing moving the movable part from a closed position to an open position said electrical contact areas.
  • Electrom actuation means for controlling the moving one or more moving contacts relative to one or more fixed contacts, from a closed position to an open position and reciprocally.
  • the actuating means comprise, in particular, coils as well as permanent magnets (EP0686989B1, EP0272164B1).
  • these many devices differ among themselves in particular by their number of contacts or the number of positions of contacts according to control currents.
  • These devices manufactured in large series consist of a housing enclosing the contacts as well as the actuating means. Means of connection make it possible to connect the housing with the electrical devices to order.
  • a known electrical outlet includes a base 29 disposed in a space 28 of suitable size to receive said base.
  • the spaces 28 are arranged in the walls or partitions present in living quarters.
  • the base 29 includes two sockets 31 in which is inserted a device power socket electric. These bushings 31 are connected respectively to electrical wires of mains supply via power terminals 30. The electrical wires are held at the supply terminals 30 by fixing means 32.
  • a relay placed on at least one of the box poles 41 is driven by a control module 45 receiving in particular control commands opening or closing the relay by a radio module 46.
  • the relay is connected in series between at least one pin 44 and the corresponding socket 31.
  • the invention therefore aims to remedy the disadvantages of the state of the technique, so as to provide a simple switching device and little cumbersome.
  • An electrical switching device comprises a fixed part comprises at least two bases of magnetic material or magnetisable electrically insulated, an actuating device placed between said bases, and consisting of at least one electromagnetic coil magnetize the bases, a mobile part placed inside the device actuator comprising at least one magnet moving between two positions corresponding to a different electrical state of the device commutation, the magnet comprising at least one electrical contact zone being electrically connected to a first electrical terminal and capable of being in contact in at least one of the two stable positions with at least one of the bases having an electrical contact zone connected to a second terminal electric, the moving magnet operating a magnetic attraction with one of the two bases.
  • the device for actuator comprises an electrical coil having a winding for create a magnetic field to polarize the bases with polarities magnetic opposite.
  • the device for actuator comprises an electric coil having two winding sections connected in series and having opposite winding directions so that that said sections respectively create opposite magnetic fields.
  • the actuating device comprises two coils coaxial electrical devices connected to create magnetic fields opposed.
  • the two bases have the same polarities magnetic.
  • the magnet in one of the two stable positions, has an electrical contact zone in contact with a contact zone connected to a second electrical terminal.
  • the magnet in each of the two stable positions, comprises an electrical contact zone in contact with a zone of contact respectively connected to a second electrical terminal.
  • the magnet operates a magnetic attraction with one of the two bases.
  • the bases metal are respectively connected to two separate connection terminals.
  • the magnet is electrically connected to one of the two metal bases by a flexible link.
  • the magnet is electrically connected to a third electrical terminal by a flexible link.
  • the moving magnet moves in one direction parallel to the longitudinal axis of the coils and inside the coils of the device actuating.
  • the metal bases have studs positioned projecting on their internal faces, the pads of said bases being placed opposite and are aligned with the longitudinal axis of the coils.
  • a side wall of magnetizable material extends between the two electrically insulated bases.
  • a relay according to a development mode of the invention comprises minus two electrical contact terminals and at least two electrical control and includes a switching device as defined above, the coils of said device being connected to the control inputs and the bases of said device being connected to the contact terminals.
  • An electrical apparatus comprises thermal triggering means and means of reset and includes a switching device as defined above associated with the thermal triggering means and the means of reset.
  • the resetting means comprise a pressure button acting on the moving part of the switching device via control means.
  • the thermal trigger means comprise a bimetal acting on the movable magnet via control means.
  • the thermal triggering means are electrically connected to one of the electrical terminals.
  • a control circuit of the actuating device of the switching as defined above sends a single order of repulsion or two consecutive command orders repulsion and attraction or two simultaneous command orders of attraction and repulsion.
  • a socket according to a development mode of the invention comprises a base on which are fixed at least two sockets connected to terminals and includes a switching device as defined above connected between at least one socket and a connection terminal.
  • the electrical switching device is a switching device bistable. It can take two corresponding stable operating states respectively at closed or open positions of the electrical terminals A, B.
  • the switching device 1 consists of a fixed part 2 comprising a first base 22 and a second base 23.
  • the two bases 22, 23 of magnetic or magnetizable material, of preferably of cylindrical form, are respectively connected to terminals of electrical connection A, B. These terminals A, B are themselves connected to a circuit electric.
  • the two metal bases 22, 23 are electrically insulated one the other.
  • the bases are arranged in such a way that their internal faces 24 and 25 are opposite, for example in parallel.
  • the space 10 between the two bases is occupied by a actuating device 5.
  • This device is constituted according to the embodiment presented by an electric coil 55 whose longitudinal axis Y is substantially perpendicular to the inner faces 24, 25 of the bases 22, 23 of the fixed part 2.
  • the electric coil 55 is powered between two inputs 11 and 12 by a power source capable of sending current commands or electrical impulses.
  • This pulse energy source may be constituted in particular a capacitor previously loaded.
  • the inner faces 24, 25 of the bases 22, 23 are preferably placed as close as possible to the radial faces of the coil 55.
  • the outside diameter of the cylindrical bases 22, 23 is advantageously at least equal to the outside diameter of the coil 55.
  • said coil in order to obtain an isolation between the bases 22, 23 and the coil 55, said coil is positioned in a support 9 made of electrical insulating material and permeable to the field electromagnetic created by the coil 55 when the latter is traversed by an electric current I.
  • a moving part is positioned in the space delimited by the volume located inside the coil 55 of the actuating device 5 and between the internal surfaces of the two bases 22, 23 of the fixed part 2.
  • the moving part of the actuating device consists of a permanent magnet 7 connected to one of the two electrical terminals A, B by a flexible link 8.
  • This link 8 has both mechanical and electrical characteristics. It allows a movement in translation of the magnet 7 in a direction parallel to the longitudinal axis Y of the coil 55 and it's used on the other hand as the electrical conductor of power between the terminals A and B.
  • One of the two bases 22, 23 can have a electrical connection 85 common with the flexible link 8, for example the base 22.
  • the base 22 and the link 8 may be connected to a terminal A. electric
  • flexible link consists of a metal braid of generally cylindrical shape and having one of the ends 26 in conical trunk form.
  • the end 26 is in contact with the inner face 24 of the base 22.
  • the permanent magnet 7 is fixed on its second end 27 of the flexible link 8.
  • the contact zones of the magnet may include electrical contact pads.
  • Contact pellets may be made of conventional contact material including copper or silver. As shown in FIG. 14, the end 27 of braid soft metal is then soldered directly to the contact pad surrounding the magnet 7.
  • the displacement of the magnet takes place over a total distance X subsequently called the total gap X.
  • the North Pole the magnet is arbitrarily positioned with respect to the inner face 24 of the base 22 and the south pole of the magnet is opposite the inner face 25 of 23.
  • the switching device will obviously operate according to the same principles of actuation if the permanent magnet is returned so as to that its North Pole is placed opposite with the inner face 25 of the base 23.
  • the separation distance of the contact zones is set to ensure isolation distances of the product in which is used switching device 1. For example, if the device of switching 1 is intended for the control of a socket 40, the gap is at least 3 millimeters in the open position.
  • the device for switching has two stable operating states.
  • a first state of operation where the magnet 7 is attached to the inner face 25 of the base 23.
  • second state where the magnet is then attached to the inner face 24 of the base 22.
  • the device actuation 5 When the coil 55 is not powered, the device actuation 5 is then inoperative. The magnet 7 is then in a first or second position respectively attached to the base 23 or the base 22.
  • the terminals A and B are electrically connected to one another via the base 22, the flexible link 8, a contact zone of the permanent magnet 7 and the base 23. switching is then closed.
  • the terminals A and B are no longer electrically connected because the contact area of the magnet 7 is not in contact with the contact zone of the base 23. switching device 1 is then open.
  • contact pads may be arranged on said zones of contact of the inner faces of the bases 22, 23.
  • the inputs 11 and 12 of the coil 55 are respectively fed so that the current I circulating in the coil 55 produce an electromagnetic field whose lines of field, have the effect of magnetizing the bases 22 and 23.
  • the base 22 temporarily becomes a North pole while the base 23 becomes a South Pole.
  • the south poles of the magnet and the base 23 repel each other with a repulsion force inversely proportional to a distance X1 squared.
  • the distance X1 then corresponds to the displacement distance separating the magnet 7 from the base 23.
  • the distance X1 tends towards zero at the beginning of the displacement and is equal at the total air gap X at the end of the trip.
  • the direction of the current I in the coil is then reversed which causes a change of direction of rotation lines of the electromagnetic field produces the coil 55.
  • the polarity magnetic bases 22, 23 is also reversed, the base 22 becomes a South pole and the base 23 becomes a North Pole.
  • the North pole of the permanent magnet is then attracted by the base 22.
  • the attractive forces between the North and South poles respectively of the magnet and of the base 22 are directly proportional to the square of the distance the separating.
  • the magnet 7 is closer to the base 22 plus the force of attraction is great.
  • the device can then stop feeding the coil 55.
  • the bases 22 and 23 are no longer polarized by the coil and the switching device 1 is in a new stable state. Electrical terminals A, B are no longer linked electrically and the switching device is then opened.
  • FIGS. 8a and 8b show a chronological diagram of different stages of operation described above.
  • a first cycle C of command orders is sent.
  • a first current command or pulse C1 is sent in the coil 55.
  • the switching device leaves a first stable state 70.
  • the magnet 7 is pushed back from the base 23 and moves towards the second base 22.
  • This displacement corresponding to an unstable state of the device, breaks down in two periods represented respectively between times f and g and between instants g and h.
  • the distance X1 traveled by the magnet 7 increases thanks to the force repulsion generated by the first pulse C1 as shown in FIG. 5.
  • the inertia of the magnet 7 allows it to travel a distance X1 greater than the half of the total air gap X as shown in FIG. particular embodiment of the control circuit 45, when the magnet is located in an intermediate position 71 where the distance X1 is preferably greater at half of X, a second command or pulse C2, sends into the coil a current I flowing in a contrary direction.
  • a second command or pulse C2 sends into the coil a current I flowing in a contrary direction.
  • the supply of the coil is of preferably cut off and the device is in a second stable state 72. This control mode, the coil 55 generates a repulsion force followed by a attraction force.
  • the second current control or pulse C2 can be suppressed. So when the device is in an intermediate state 71, about at times g or n, the coil 55 is no longer powered. The magnet 7 will then continue its displacement under the effect of the forces of inertia to finally come into contact with the second base. In this case, the control of the coil only generates forces of repulsion causing the displacement of the magnet 7. At the end of the race, the attraction of the magnet 7 on the bases of magnetic or magnetizable materials is produced without the action of the coil.
  • the device as represented in FIGS. 3 to 7 is particularly intended for electric remote switches.
  • studs 13 are arranged projecting on the internal faces of the bases 22 and 23.
  • This structure makes it possible to reduce the length of the permanent magnet while keeping the same length of the total air gap X. This makes it possible in particular to reduce the costs of the permanent magnet 7.
  • a side wall made of magnetizable material 60 extends between the two bases 22, 23.
  • an insulating portion 9 is interposed between the bases.
  • the device 5 comprises a coil 55 whose winding is made in two sections 56, 57.
  • the winding of the wire on the first section 56 is in a first direction of rotation and the winding of the wire on the second section 57 is in a second direction of rotation contrary to the first.
  • the lengths of the two windings are substantially equal.
  • the mode of operation of the device is then the following. Chronologically, like this is represented in FIGS. 13a and 13b, at an instant e, before sending an order control device 5, said device is located in a first stable state 70.
  • a first command order C1 is sent to the coil 55 via the inputs 11, 12.
  • the fields local electromagnetic waves created by the two winding sections 56, 57 of the coil 55 can magnetize the bases 22 and 23 with poles identical magnetic Indeed, the two sections of windings create respectively local magnetic fields whose field lines 62, 63 turn in opposite directions.
  • the base 22 as well as the base 23 become South poles.
  • a repulsion force is generated between the South pole of the magnet 7 and the south pole of the base 23. This force tends to repel the magnet which is in contact with the inner face 25 of the base 23 in the direction 14.
  • a force of attraction is generated between the North Pole of magnet 7 and the pole South of the base 22. This force tends to attract the magnet towards the base 22.
  • the switching device 1 then leaves the first stable state 70.
  • the magnet 7 pushed back from the first base, begins to move in direction of the second base. This displacement, corresponding to a state unstable device, between times f and h1.
  • the terminals A, B are then open and the device is in a steady state open 72. Then, at time h2, the coil supply can be then cut and the bases are no longer polarized by said coil.
  • the duration of the pulse C1 between the instants f and h2 is then advantageously greater than the duration of the total stroke of the magnet 7 moving from the first base to the second base.
  • a second control command C2 is sent at a time m.
  • the sense of the electric current I flowing in the coil 55 is then reversed as this is shown in Figure 12.
  • the North Pole of the magnet which is in contact with the inner face of the base 22 is pushed back along the direction 14.
  • the magnet 7 is attracted by the base 23.
  • the terminals A, B are at again in closed position. Then, the supply of the coil 55 can then be cut at the instant 02 and the bases 22, 23 are no longer polarized by said coil.
  • FIGS 15 to 18 show embodiments of the switching device 1 for use in a socket 29 of a socket current 40.
  • the bases 22, 23 of the switching device 1 comprise then respectively a bushing 31 and a power supply terminal 30.
  • the terminals supply 30 comprise means 32 for securing the cables or wires Power.
  • an alternative embodiment of the device actuator 5 comprises two adjacent and connected coils 58, 59 electrically.
  • the winding of the winding wire of these two coils 58, 59 generate opposite magnetic fields.
  • the lengths of the two windings are substantially equal.
  • Electrical inputs 11, 12 of the actuating device are respectively connected to the coils 58 and 59.
  • the operation of this variant is similar to that of the first preferential mode as shown in Figures 10 to 12 and described above.
  • the actuating device 5 comprises two coils 58, 59 adjacent and electrically independent.
  • the coils 58, 59 are respectively electrically powered between inputs 11a, 12a and 11b, 12b.
  • the winding direction of the winding wire of the two coils 58, 59 as well as the choice of electrical polarity of the inputs 11a, 11b, 12a and 12b allows to move the magnet 7 of the base 22 to the base 23 and vice versa.
  • the winding directions of the wire coils of the two coils 58, 59 are opposite and the lengths of the two windings are substantially equal.
  • the device is in a first stable state 70, terminals A and B are in the open position. To go from the open position to a closed position, the operating mode of the device is then the next.
  • a first command order or pulse C11 is sent to the coil 58, the terminals 11a and 12a are then fed respectively negatively and positively.
  • the electric current I flowing in the coil 58 generates a local magnetic field. This field allows to magnetize the pad 13 of the base 22.
  • the stud of the base 22 then becomes a pole North.
  • the base 23 has no magnetic polarity.
  • a repulsion force is generated between the North Pole of the magnet and the North pole of the base 22. This force tends to repel the magnet which is located in contact with the inner face 24 of the base 22.
  • the magnet is subjected to a electromagnetic force that tends to move it in the direction of movement 14.
  • the magnet After moving between the two bases, the magnet is positioned on the base 23, the terminals A, B are then closed. The power of the coils can then be cut, the magnetic pole of the base 22 disappears. The device is in a closed stable state 72 with the magnet in contact with the base 23.
  • a second control command C22 is sent to the second coil 59 as shown in Fig. 19B.
  • the terminals 11b and 12b are respectively powered positively and negatively.
  • the electric current I flowing in the coil 59 generates a local magnetic field. Said field makes it possible to magnetize the pad 13 of In the embodiment example, as shown in FIG. stud of the base 23 then becomes a South pole.
  • the base 22 has no polarity magnetic.
  • a repulsion force is generated between the south pole of the magnet and the south pole of the base 23. This force tends to repel the magnet which is in contact with the inner face 25 of the base 23.
  • the magnet is subjected to a force electromagnetic which tends to move it in the direction of travel 14.
  • the magnet After moving between the two bases, the magnet is positioned on the base 22, the terminals A, B are then open. The power of the coils can then be cut, the magnetic pole of the base 23 disappears. The device is in an open stable state 70 with the magnet in contact with the base 22.
  • the flexible link 8 is connected to a third electrical terminal C separate from terminals A and B.
  • An electrical insulator additional 99 is then used to separate the flexible link 8 from the base 22 on which the link was previously fixed.
  • the magnet then has two zones electrical contact that can collaborate respectively with the two bases 22, 23.
  • the displacement of the movable part 2, in particular of the magnet 7 of a first stable position at a second stable position allows to connect successively the terminals A and C then the terminals C and B.
  • the electrical terminals are soldered on a plate of circuit board 101 serving to support a cover 100 enclosing the device of switching 1 said inverter.
  • the devices as shown in FIGS. 10 to 20 are particularly intended for so-called bistable electrical relays.
  • an electrical appliance comprises a switching device 1 and thermal trigger means 73 as well as means for rearming 80.
  • the thermal trigger means 73 make it possible to open terminals A and B in case of electrical overload of switching device 1. They include a bimetal 75 associated with a control shaft 76.
  • bimetallic strip 75 can be connected directly to one of the electrical terminals B of the switching device 1.
  • the bimetal 75 may not be electrical contact with the electrical terminals A, B.
  • a winding 81 surrounding the bimetal 75 is then connected directly to one of the electrical terminals B.
  • the control shaft 76 is an electrical insulator. A first end of said axis is permanently connected to bimetal 75.
  • the axis longitudinal axis of the control axis 76 is preferably merged with the axis longitudinal Y of the coils 58, 59.
  • the control shaft 76 is mounted sliding through one of the bases, preferably the base 23.
  • a passage of an excessive electric current inside the bimetallic strip 75 or inside the coil 81 causes a heating of said bimetal and therefore its deformation.
  • This deformation of bimetallic strip 75 is transmitted to the axis of command 76 via its first end and causes a movement in translation of said axis 76 in a direction parallel to the longitudinal axis Y of coils 58, 59.
  • the second end of said axis may be in contact with said magnet.
  • the mechanical resetting means 80 make it possible to close terminals A and B manually when the magnet is on the base 22.
  • mechanical resetting means 80 include a press button 77 acting on a second control axis 79 via means elastic members 78.
  • a first end of the second control axis 79 is connected permanently to the elastic means 78.
  • the longitudinal axis of the axis of control 79 is preferably coincident with the longitudinal axis Y of the coils 58, 59.
  • the control shaft 79 is slidably mounted through one of the bases, preferably the base 22.
  • An action on the pressure button 77 is transmitted to the control pin 79 via its first end and causes a translational movement of said axis 79 in a direction parallel to the axis longitudinal Y of the coils 58, 59.
  • FIG. 21 represents the device in stable position of operation. Terminals A and B are then closed, bimetal 75 has not suffered deformation due to any heating.
  • bimetal 75 When the device is subjected to an electrical overload, bimetal 75 is deformed as shown in FIG. 22. This deformation of the bimetal 75 then tends to move the control pin 76 to the magnet 7. increasing detachment force FB then applies to the magnet 7 by via the control axis 76. This force FB tends to oppose the magnetic attraction force FA of the magnet on the first base 23. The force FA directly depends on the intrinsic characteristics of the magnet 7.
  • the force of separation FB is much lower than the force of attraction magnetic FA.
  • the strength FB increases. Beyond a certain deformation, the intensity of the force FB becomes very greater than the force FA and causes a sudden detachment of the magnet 7 from the first base 22. As shown in Figure 23, the magnet 7 is going to paste on the second base 22. The switching device 1 is then open.
  • the rearming of the device can be done through two types of means.
  • the means elastic members 78 When the pressure button 77 is depressed, the means elastic members 78 having undergone deformation exert a compression force FP on the second control axis 79. This compression force FP then acts directly on the magnet 7 which is on the base 22 and tends to take off from the latter.
  • the stiffness of the elastic means 78 is calibrated so as to to be able to take off the magnet 7 from the base 22 when the force FB exerted on the magnet 7 by the first transmission axis 76 is minimal. In other words, if the bilame 75 has not returned to its original form and still exerts an FB force on the magnet 7 via the control pin 76, the mechanical resetting means 80 are inoperative.
  • the bimetallic strip 75 will cool down and return to its original shape.
  • the FB detachment force tends to zero.
  • This type of device then comprises two types of rearming.
  • the switching device 1 also keeps its functions remote opening and closing command initials.
  • the command electrical coils 58 and 59 can be made remotely while the means resetting mechanisms 80 are preferably controlled by a operator located next to the device.
  • an electrical apparatus comprises a switching device 1 and thermal triggering means.
  • This type of device is particularly intended to be used as a thermal breaker or as an electric thermostat.
  • the thermal triggering means 82 allow to open terminals A and B in case of temperature increase environment in which the device is located.
  • the thermal means of trigger 82 are associated with a control axis 76.
  • the deformation of the thermal trigger means 82 due to an increase in temperature causes a displacement of the axis control 76 which acts on the moving part, in particular the magnet 7 of the device switching 1.
  • Figures 28 and 29 show alternative embodiments of a control module 45 of the actuating device 5.
  • the control module 45 is particularly intended to control switching devices according to Figures 10 to 12. It comprises a circuit 88 composed of four power transistors 91 mounted in known manner in H. The coils 56, 57 are connected to said transistors. The transistors 91 are controlled via a control circuit 87 powered by a source 86 and receiving control commands of a reception module 46.
  • control module 45 is particularly intended to control switching devices according to Figures 16 to 18. It comprises a circuit 88 composed of two power transistors 91 connected respectively to the coils 58 and 59. The transistors are controlled via a control circuit 87 powered by a source 86 and receiving these control commands from a receiving module 46.
  • the switching device 1 may be intended for the control of power outlets 40.
  • FIG. 2 shows an electrical outlet in which has been placed a switching device 1 according to the embodiments of the invention. Said switching device 1 is placed respectively between sockets 31 and the power supply terminals 30 and thus allows cutting simultaneously or separately the two electrical poles of the socket 40.
  • External orders of electrical control of the devices of switching may be received in particular by receiving modules 46 connected to the control module 45. External orders may also be transmitted by other means such as carrier currents.

Landscapes

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  • Connections Arranged To Contact A Plurality Of Conductors (AREA)

Abstract

Dispositif de commutation (1) comprenant un bloc de contact ayant une partie fixe reliée à au moins une borne électrique et ayant au moins une zone de contact électrique pouvant être en contact avec une zone de contact d'une partie mobile, un dispositif d'actionnement (5) permettant de déplacer la partie mobile d'une position de fermeture à une position d'ouverture desdites zones de contact. La partie fixe comprend deux embases (22, 23). Le dispositif d'actionnement (5) est constitué d'au moins une bobine électrique (55, 58, 59) placée entre les embases (22, 23). La partie mobile comporte un aimant (7) pouvant se déplacer entre deux positions stables. L'aimant (7) comporte une zone de contact électrique reliée électriquement à une première borne électrique (A, B, C) et pouvant être en contact électriquement avec des zones de contact reliées à une seconde borne électriques (A, B, C). <IMAGE>

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention est relative à un dispositif de commutation comprenant un bloc de contact ayant une partie fixe reliée à au moins une borne électrique et ayant au moins une zone de contact électrique pouvant collaborer avec une zone de contact d'une partie mobile, un dispositif d'actionnement permettant de déplacer la partie mobile d'une position de fermeture à une position d'ouverture desdites zones de contact électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans une installation électrique classique, l'établissement et la coupure du courant électrique à distance sont généralement réalisés à l'aide de contacteur ou de relais.
Ces appareils largement répandus, comportent notamment des moyens d'actionnement électromagnétique destinés à commander le déplacement d'un ou plusieurs contacts mobiles par rapport à un ou plusieurs contacts fixes, d'une position de fermeture à une position d'ouverture et réciproquement. Les moyens d'actionnement comportent notamment des bobines électriques ainsi que des aimants permanents (EP0686989B1, EP0272164B1).
En outre, ces nombreux appareils diffèrent entre eux notamment par leur nombre de contacts ou le nombre de positions des contacts en fonction des courants de commande. A titre d'exemple, on peut avoir des contacteurs ou relais classiques ou des appareils plus complexes à deux positions stables dits bistables.
Ces appareils fabriqués en grande série sont constitués d'un boítier renfermant les contacts ainsi que les moyens d'actionnement. Des moyens de connexion permettent de raccorder le boítier avec les dispositifs électriques à commander.
Cependant, l'implantation de ces appareils dans des environnements confinés peut poser certains problèmes. En effet, il devient par exemple difficile de les intégrer dans une prise de courant électrique 40 telle que représentée sur la figure 1. Une prise de courant électrique connue comprend un socle 29 disposé dans un espace 28 de taille adaptée à la réception dudit socle. De manière connue, les espaces 28 sont disposés dans les parois ou cloisons présentes dans les pièces des lieux d'habitation. Le socle 29 comprend deux douilles 31 dans lesquelles vient s'insérer une prise d'alimentation d'appareil électrique. Ces douilles 31 sont reliées respectivement à des fils électriques de l'alimentation secteur via des bornes d'alimentation 30. Les fils électriques sont maintenus aux bornes d'alimentation 30 par des moyens de fixation 32.
Compte tenu de la taille et des caractéristiques des dispositifs de commutation connus ainsi que des moyens de commande à distance associés, notamment un module radio, il est très difficile de positionner tous ces composants à l'intérieur de l'espace 28. En outre, le circuit de puissance doit transiter par des fils de liaison entre les bornes 30 de la prise de courant et un relais puis du relais, aux douilles 31 de la prise de courant. La présence encombrante de ces fils ainsi que les nombreux raccords électriques peuvent générer des échauffements nuisibles. En outre, les opérations d'assemblage et de câblage restent délicates et onéreuses car difficilement automatisables.
Pour remédier à ces problèmes d'installation liés au peu de place disponible, des solutions permettent de commander une prise de courant 40 à distance grâce à des boítiers externes venant se brancher sur ladite prise. L'ensemble des composants utilisés pour la commande est alors placé dans une boíte externe 41 à la prise de courant 40. La boite 41 est connectée aux douilles 31 de la prise de courant par des broches 44. La boite 41 comprend aussi des douilles 31 dans lesquelles vient s'insérer une prise d'alimentation d'appareil électrique.
Un relais placé sur au moins un des pôles de boíte 41 est piloté par un module de commande 45 recevant notamment des ordres de commande d'ouverture ou de fermeture du relais par un module radio 46. Le relais est connecté en série entre au moins une broche 44 et la douille 31 correspondante.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un dispositif de commutation simple et peu encombrant.
Un dispositif de commutation électrique selon l'invention, comprend une partie fixe comprend au moins deux embases en matériau magnétique ou magnétisable isolées électriquement, un dispositif d'actionnement placé entre lesdites embases, et constitué d'au moins une bobine électromagnétique pouvant magnétiser les embases, une partie mobile placé à l'intérieur du dispositif d'actionnement comportant au moins un aimant se déplaçant entre deux positions stables correspondant respectivement à un état électrique distinct du dispositif de commutation, l'aimant comportant au moins une zone de contact électrique étant reliée électriquement à une première borne électrique et pouvant être en contact électrique dans au moins une des deux positions stables avec au moins une des embases comportant une zone de contact électrique reliée à une seconde borne électrique, l'aimant mobile opérant une attraction magnétique avec une des deux embases.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de d'actionnement comprend une bobine électrique ayant un bobinage destiné à créer un champ magnétique pour polariser les embases avec des polarités magnétiques opposées.
Selon un mode de développement de l'invention, le dispositif de d'actionnement comprend une bobine électrique ayant deux tronçons de bobinage connectées en série et ayant des sens de bobinage contraires de manière à ce que lesdits tronçons créent respectivement des champs magnétiques opposés.
De préférence, le dispositif d'actionnement comprend deux bobines électriques coaxiales connectées de manière à créer des champs magnétiques opposés.
De préférence, les deux embases ont les mêmes polarités magnétiques.
Avantageusement, dans une des deux positions stables, l'aimant comporte une zone de contact électrique en contact avec une zone de contact reliée à une seconde borne électrique.
Avantageusement, dans chacune des deux positions stables, l'aimant comporte une zone de contact électrique en contact avec une zone de contact reliée respectivement à une seconde borne électrique.
Avantageusement, respectivement à chaque position stable, l'aimant opère une attraction magnétique avec une des deux embases.
Selon un mode de développement de l'invention, les embases métalliques sont reliées respectivement à deux bornes de connexion distinctes.
De préférence, l'aimant est relié électriquement à une des deux embases métalliques par un lien souple.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'aimant est relié électriquement à une troisième borne électrique par un lien souple.
De préférence, l'aimant mobile se déplace selon une direction parallèle à l'axe longitudinal des bobines et à l'intérieur des bobines du dispositif d'actionnement.
De préférence, les embases métalliques possèdent des plots positionnés en saillie sur leurs faces internes, les plots desdites embases étant placés en vis à vis et sont alignés avec l'axe longitudinal des bobines.
De préférence, une paroi latérale en matériau magnétisable s'étend entre les deux embases isolées électriquement.
Un relais selon un mode développement de l'invention comporte au moins deux bornes de contact électriques et au moins deux entrées de commande électrique et comporte un dispositif de commutation tel que défini ci-dessus, les bobines dudit dispositif étant connectées aux entrées de commande et les embases dudit dispositif étant connectées aux bornes de contact.
Un appareil électrique selon un mode développement de l'invention comporte des moyens thermiques de déclenchement et des moyens de réarmement et comporte un dispositif de commutation tel que défini ci-dessus associé aux moyens thermiques de déclenchement et aux moyens de réarmement.
Avantageusement, les moyens de réarmement comportent un bouton de pression agissant sur la partie mobile du dispositif de commutation via des moyens de commande.
Avantageusement, les moyens thermiques de déclenchement comportent un bilame agissant sur l'aimant mobile via des moyens de commande.
Avantageusement, les moyens thermiques de déclenchement sont reliés électriquement à une des bornes électriques.
Un circuit de commande du dispositif d'actionnement du dispositif de commutation tel que défini ci-dessus, envoie un ordre unique de commande de répulsion ou deux ordres de commande consécutifs de répulsion et d'attraction ou deux ordres de commande simultanés d'attraction et de répulsion.
Une prise de courant selon un mode développement de l'invention comporte un socle sur lequel sont fixées au moins deux douilles reliées à des bornes de connexion et comporte un dispositif de commutation tel que défini ci-dessus connecté entre au moins une douille et une borne de connexion.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels :
  • La figure 1 est une vue en coupe schématique d'une prise de courant comportant un dispositif de commutation de type connu ;
  • la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une prise de courant comportant un dispositif de commutation selon un mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 3 représente une vue en coupe d'un dispositif de commutation selon une mode de réalisation de l'invention ;
  • les figures 4 à 7 représentent le dispositif selon la figure 1 dans différents états de fonctionnement ;
  • la figure 8a représente une courbe représentative du signal de commande du dispositif de commutation selon les figures 3 à 7 ;
  • la figure 8b représente une courbe représentative du déplacement du dispositif de commutation selon les figures 3 à 7 ;
  • la figure 9 représente une vue en coupe d'une première variante de réalisation du dispositif selon la figure 1 ;
  • les figures 10 à 12 représentent des vues en coupe d'un premier mode de réalisation préférentiel du dispositif selon la figure 1 ;
  • la figure 13a représente une courbe représentative du signal de commande du dispositif de commutation selon les figures 10 à 12 ;
  • la figure 13b représente une courbe représentative du déplacement du dispositif de commutation selon les figures 10 à 12 ;
  • la figure 14 représente une vue détaillée de la partie mobile du dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 15 représente une vue en coupe d'une variante de réalisation du dispositif selon la figure 1 ;
  • les figures 16 à 18 représentent des vues en coupe d'un second mode de réalisation préférentiel du dispositif selon la figure 1.
  • les figures 19a et 19b représentent des courbes représentatives des signaux de commande du dispositif de commutation selon les figures 16 à 18 ;
  • la figure 19c représente une courbe représentative du déplacement du dispositif de commutation selon les figures 16 à 18 ;
  • la figure 20 représente une vue en coupe d'un relais comprenant un dispositif de commutation selon un mode de réalisation de l'invention ;
  • la figure 21 représente une vue en coupe d'un appareil comprenant un dispositif de commutation selon un mode de réalisation de l'invention et des moyens de déclenchement thermiques ;
  • les figures 22 à 25 représentent l'appareil selon la figure 21 dans différents états de fonctionnement ;
  • les figures 26 et 27 représentent des variantes de réalisation de l'appareil selon la figure 21 ;
  • les figures 28 et 29 représentent des variantes de réalisation du module de commande du dispositif de commutation selon une mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
Le dispositif de commutation électrique selon un mode de réalisation de l'invention présenté sur les figures 3 à 7 est un dispositif de commutation bistable. Il peut prendre deux états de fonctionnement stables correspondant respectivement à des positions fermées ou ouvertes des bornes électriques A, B. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de commutation 1 est constitué d'une partie fixe 2 comprenant une première embase 22 et une seconde embase 23. Les deux embases 22, 23 en matériau magnétique ou magnétisable, de préférence de forme cylindrique, sont reliées respectivement à des bornes de connexion électrique A, B. Ces bornes A, B sont elles-mêmes reliées à un circuit électrique. Les deux embases métalliques 22, 23 sont isolées électriquement l'une de l'autre. De préférence, les embases sont disposées de manière à ce que leurs faces internes 24 et 25 soient en vis à vis, par exemple en parallèle.
L'espace 10 compris entre les deux embases est occupé par un dispositif d'actionnement 5. Ce dispositif est constitué selon le mode de réalisation présenté, par une bobine électrique 55 dont l'axe longitudinal Y est sensiblement perpendiculaire aux faces internes 24, 25 des embases 22, 23 de la partie fixe 2.
La bobine électrique 55 est alimentée entre deux entrées 11 et 12 par une source d'énergie capable d'envoyer des commandes de courant ou impulsions électriques. Cette source d'énergie impulsionnelle peut être constituée notamment d'un condensateur préalablement chargé.
Afin que des lignes d'un champ électromagnétique 62 produites par la bobine 55 puissent se refermer, les faces internes 24, 25 des embases 22, 23 sont placées de préférence au plus proche des faces radiales de la bobine 55. Dans l'exemple de réalisation, le diamètre extérieur des embases cylindriques 22, 23 est avantageusement au moins égal au diamètre extérieur de la bobine 55.
Dans l'exemple de réalisation présenté, afin d'obtenir un isolement électrique entre les embases 22, 23 et la bobine 55, ladite bobine est positionnée dans un support 9 en matériau isolant électrique et perméable au champ électromagnétique créé par la bobine 55 lorsque cette dernière est parcourue par un courant électrique I.
Afin de pouvoir assurer la commutation électrique entre des bornes A et B, une partie mobile est positionnée dans l'espace 10 délimité par le volume situé à l'intérieur de la bobine 55 du dispositif d'actionnement 5 et entre les surfaces internes des deux embases 22, 23 de la partie fixe 2.
La partie mobile du dispositif d'actionnement selon ce mode de réalisation de l'invention est constituée d'un aimant permanent 7 relié à une des deux bornes électriques A, B par un lien 8 souple. Ce lien 8 possède à la fois des caractéristiques mécaniques et électriques. Il permet un mouvement en translation de l'aimant 7 suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal Y de la bobine 55 et il est utilisé d'autre part en tant que conducteur électrique de puissance entre les bornes A et B. Une des deux embases 22, 23 peut avoir une connexion électrique 85 commune avec le lien 8 souple, par exemple l'embase 22. En outre, l'embase 22 et le lien 8 peuvent être connectées à une borne électrique A.
Dans l'exemple de réalisation, comme représenté sur la figure 14, le lien souple est constitué d'une tresse métallique de forme générale cylindrique et ayant une des extrémités 26 en forme tronc conique. L'extrémité 26 est en contact électrique avec la face interne 24 de l'embase 22. L'aimant permanent 7 est fixé sur sa seconde extrémité 27 du lien souple 8.
Afin d'assurer une bonne connexion électrique entre des zones de contact électrique de l'aimant et de la partie fixe, les zones de contact de l'aimant peuvent comporter des pastilles de contact électrique. Les pastilles de contact peuvent être réalisées en matériau de contact usuel comprenant notamment du cuivre ou de l'argent. Comme représenté sur la figure 14, l'extrémité 27 de tresse métallique souple est alors soudée directement sur la pastille de contact électrique entourant l'aimant 7.
Le déplacement de l'aimant s'effectue sur une distance totale X appelée par la suite entrefer total X. Dans l'exemple de réalisation, le pôle Nord de l'aimant est arbitrairement positionné en vis à vis de la face interne 24 de l'embase 22 et le pôle Sud de l'aimant est en vis à vis de la face interne 25 de l'embase 23. Le dispositif de commutation fonctionnera évidemment selon les mêmes principes d'actionnement si l'aimant permanent est retourné de manière à ce que son pôle Nord soit placé en vis à vis avec la face interne 25 de l'embase 23.
La distance de séparation des zones de contact, égale à l'entrefer total X, est fixée afin d'assurer des distances d'isolement du produit dans lequel est utilisé le dispositif de commutation 1. A titre d'exemple, si le dispositif de commutation 1 est destiné à la commande d'une prise de courant 40, l'entrefer est d'au moins 3 millimètres en position d'ouverture.
Tel que représenté sur les figures 3 et 7, le dispositif de commutation comporte deux états stables de fonctionnement. Un premier état de fonctionnement où l'aimant 7 est accolé sur la face interne 25 de l'embase 23. Un second état où l'aimant est alors accolé à la face interne 24 de l'embase 22.
Lorsque la bobine 55 n'est pas alimentée, le dispositif d'actionnement 5 est alors inopérant. L'aimant 7 se trouve alors dans une première ou une seconde position, respectivement accolé à l'embase 23 ou à l'embase 22.
Selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 3, les bornes A et B sont reliées électriquement l'une à l'autre via l'embase 22, le lien souple 8, une zone de contact de l'aimant permanent 7 et l'embase 23. Le dispositif de commutation est alors fermé.
Selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 7, les bornes A et B ne sont plus reliées électriquement car la zone de contact de l'aimant 7 permanent n'est pas en contact avec la zone de contact de l'embase 23. Le dispositif de commutation 1 est alors ouvert.
Afin d'optimiser la qualité des zones de contact électrique de la partie fixe, des pastilles de contact peuvent être disposées sur lesdites zones de contact des faces internes des embases 22, 23.
Pour passer d'une position stable à l'autre, les étapes de fonctionnement sont les suivantes.
A titre d'exemple, pour passer d'un état fermé tel que représenté sur la figure 3, à un état ouvert tel que représenté sur la figure 7, les entrées 11 et 12 de la bobine 55 sont respectivement alimentées de manière à ce que le courant I circulant dans la bobine 55 produise un champ électromagnétique dont les lignes de champ, ont pour effet de magnétiser les embases 22 et 23. Compte tenu de la géométrie de l'ensemble et du sens du courant I dans les spires de la bobine 55, l'embase 22 devient temporairement un pôle Nord tandis l'embase 23 devient un pôle Sud. Les pôles Sud de l'aimant et de l'embase 23 se repoussent avec une force de répulsion inversement proportionnelle à une distance X1 au carré. La distance X1 correspond alors à la distance de déplacement séparant l'aimant 7 de l'embase 23. La distance X1 tend vers zéro au début du déplacement et est égale à l'entrefer total X en fin de déplacement.
Dès que l'aimant commence à se déplacer sous l'action de la force de répulsion, la zone de contact de la partie mobile n'est plus en contact à la zone de contact de la partie fixe, les bornes A et B ne sont donc plus reliées. Comme cela est représenté sur la figure 4, l'aimant mobile se déplace selon le sens 14 suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal Y de la bobine 55. Dans une position médiane, lorsque le distance parcourue X1 est environ égale à la moitié de l'entrefer total X, les forces de répulsion respectivement Sud-Sud et Nord-Nord sont d'intensité égales et tendent à s'équilibrer.
Les forces d'inertie s'exerçant sur l'aimant 7 en déplacement le maintiennent à une certaine vitesse ce qui lui permet de dépasser cette position médiane.
Comme cela est représenté sur la figure 6, le sens du courant I dans la bobine est alors inversé ce qui provoque un changement du sens de rotation des lignes du champ électromagnétique produit la bobine 55. La polarité magnétique des embases 22, 23 s'inverse aussi, l'embase 22 devient un pôle Sud et l'embase 23 devient un pôle Nord.
Le pôle Nord de l'aimant permanent est alors attiré par l'embase 22. Les forces d'attraction entre les pôles Nord et Sud respectivement de l'aimant et de l'embase 22 sont directement proportionnelles au carré de la distance les séparant. Ainsi, plus l'aimant 7 se rapproche de l'embase 22 plus la force d'attraction est grande.
Dés que l'aimant est en contact avec la face interne 24 de l'embase 22, le dispositif peut cesser alors d'alimenter la bobine 55. Les embases 22 et 23 ne sont plus polarisées par la bobine et le dispositif de commutation 1 se trouve dans un nouvel état stable. Les bornes électriques A, B ne sont plus liées électriquement et le dispositif de commutation est alors ouvert.
Les figures 8a et 8b représentent un schéma chronologique des différentes étapes de fonctionnement décrites ci-dessus. A l'instant f, un premier cycle C d'ordres de commande est envoyé. Une première commande de courant ou impulsion C1 est envoyée dans la bobine 55. Après un court délai correspondant au temps nécessaire à la circulation du courant électrique I dans la bobine 55, le dispositif de commutation quitte un premier état stable 70. L'aimant 7 est repoussé de l'embase 23 et se déplace en direction de la seconde embase 22. Ce déplacement, correspondant à un état instable du dispositif, se décompose en deux périodes représentées respectivement entre des instants f et g et entre des instants g et h. Pendant la période s'écoulant chronologiquement entre les instants f à g, la distance X1 parcourue par l'aimant 7 augmente grâce à la force de répulsion générée par la première impulsion C1 tel que représenté sur la figure 5. L'inertie de l'aimant 7 lui permet de parcourir une distance X1 supérieure à la moitié de l'entrefer total X tel que représenté sur la figure 6. Dans un mode particulier de réalisation du circuit de commande 45, lorsque l'aimant se trouve dans une position intermédiaire 71 où la distance X1 est de préférence supérieure à la moitié de X, une seconde commande ou impulsion C2, envoie dans la bobine un courant I circulant dans un sens contraire. En fin de course, lorsque l'aimant 7 se trouve sur l'embase 22 à l'instant h, l'alimentation de la bobine est de préférence coupée et le dispositif se trouve dans un second état stable 72. Dans ce mode de commande, la bobine 55 génère une force de répulsion suivie d'une force d'attraction.
Pour revenir à l'état stable initial 70, le même cycle C d'ordres de commande électrique C1 et C2 est envoyé. A un instant m, un courant I circulant dans la bobine provoque le déplacement de l'aimant par répulsion. Le dispositif quitte son état stable 72, traverse un état instable entre des instants m et 0 pour finalement atteindre le second état stable 70.
Afin de simplifier le circuit électronique de commande 45 et de réduire le nombre de composants utilisés, il peut être envisagé de réduire le nombre d'ordres de commande de chaque cycle C. En pratique, la second commande de courant ou impulsion C2 peut être supprimée. Ainsi, lorsque le dispositif se trouve dans un état intermédiaire 71, environ aux instants g ou n, la bobine 55 n'est plus alimentée. L'aimant 7 va alors continuer son déplacement sous l'effet des forces d'inertie pour finalement venir au contact de la seconde embase. Dans ce cas, la commande de la bobine ne génère que des forces de répulsion provoquant le déplacement de l'aimant 7. En fin de course, l'attraction de l'aimant 7 sur les embases en matériaux magnétiques ou magnétisable se produit sans l'action de la bobine.
Le dispositif tel que représenté sur les figures 3 à 7 est particulièrement destiné à des télérupteurs électriques.
Selon une première variante de réalisation représentée sur la figure 9, des plots 13 sont disposés en saillie sur les faces internes des embases 22 et 23. Cette structure permet de réduire la longueur de l'aimant permanent tout en gardant la même longueur de l'entrefer total X. Cela permet notamment de réduire les coûts de l'aimant permanent 7.
En outre, afin de permettre aux lignes de champ électromagnétique de se refermer et de magnétiser les embases 22, 23, une paroi latérale en matériau magnétisable 60 s'étend entre les deux embases 22, 23. Afin d'éviter un court-circuit entre les bornes A et B, une partie isolante 9 est intercalée entre les embases.
Selon un premier mode de réalisation préférentiel, le dispositif d'actionnement 5 comprend une bobine 55 dont le bobinage est réalisé en deux tronçons 56, 57. L'enroulement du fil sur le premier tronçon 56, se fait dans un premier sens de rotation et l'enroulement du fil sur le second tronçon 57 se fait dans un second sens de rotation contraire au premier. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 10 à 12, les longueurs des deux enroulements sont sensiblement égales.
A titre d'exemple, pour passer d'un état fermé tel que représenté sur la figure 10 à un état ouvert tel que représenté sur la figure 12, le mode de fonctionnement du dispositif est alors le suivant. Chronologiquement, comme cela est représenté sur les figures 13a et 13b, à un instant e, avant d'envoyer un ordre de commande au dispositif d'actionnement 5, ledit dispositif se trouve dans un premier état stable 70.
A un instant f, un premier ordre de commande C1 est envoyé à la bobine 55 via les entrées 11, 12. Après un court délai correspondant au temps nécessaire à la circulation du courant électrique I dans la bobine 55, les champs électromagnétiques locaux créés par les deux tronçons d'enroulement 56, 57 de la bobine 55 permettent de magnétiser les embases 22 et 23 avec des pôles magnétiques identiques. En effet, les deux tronçons de bobinages créent respectivement des champs magnétiques locaux dont les lignes de champ 62, 63 tournent dans des sens contraires. Dans l'exemple de réalisation, comme représenté sur la figure 11, l'embase 22 ainsi que l'embase 23 deviennent des pôles Sud.
Une force de répulsion est générée entre le pôle Sud de l'aimant 7 et le pole Sud de l'embase 23. Cette force tend à repousser l'aimant qui se trouve en contact avec la face interne 25 de l'embase 23 suivant la direction 14. D'autre part, une force d'attraction est générée entre le pôle Nord de l'aimant 7 et le pole Sud de l'embase 22. Cette force tend à attirer l'aimant vers l'embase 22.
Ainsi l'aimant est soumis simultanément à deux forces électromagnétiques qui agissent en même temps et dans la même direction pour le faire déplacer dans le même sens 14.
Le dispositif de commutation 1 quitte alors le premier état stable 70. L'aimant 7 repoussé de la première embase, commence à se déplacer en direction de la seconde embase. Ce déplacement, correspondant à un état instable du dispositif, compris entre les instants f et h1.
En fin de course, lorsque l'aimant se positionne sur l'embase 22 à l'instant h1, les bornes A, B sont alors ouvertes et le dispositif se trouve dans un état stable ouvert 72. Ensuite, à l'instant h2, l'alimentation de la bobine peut être alors coupée et les embases ne sont plus polarisées par ladite bobine.
La durée de l'impulsion C1 entre les instants f et h2 est alors avantageusement supérieure à la durée de la course totale de l'aimant 7 se déplaçant de la première embase vers la seconde embase.
Pour refermer les bornes électriques A, B du dispositif de commutation 1, un second ordre de commande C2 est envoyé à un instant m. Le sens du courant électrique I circulant dans la bobine 55 est alors inversé comme cela est représenté sur la figure 12. Le pôle Nord de l'aimant qui se trouve en contact avec la face interne de l'embase 22 se trouve repousser suivant le sens 14. En outre, l'aimant 7 est attiré par l'embase 23. Lorsque à l'instant O1, l'aimant 7 vient au contact avec la face interne 25 de l'embase 23, les bornes A, B sont à nouveau en position fermée. Ensuite, l'alimentation de la bobine 55 peut être alors coupée à l'instant 02 et les embases 22, 23 ne sont plus polarisées par ladite bobine.
Les figures 15 à 18 représentent des modes de réalisation du dispositif de commutation 1 destiné à être utilisé dans un socle 29 d'une prise de courant 40. Les embases 22, 23 du dispositif de commutation 1 comprennent alors respectivement une douille 31 et une borne d'alimentation 30. Les bornes d'alimentation 30 comprennent des moyens de fixation 32 des câbles ou fils d'alimentation.
Sur la figure 15, une variante de réalisation du dispositif d'actionnement 5 comprend deux bobines 58, 59 adjacentes et reliées électriquement. L'enroulement du fil du bobinage de ces deux bobines 58, 59 génèrent des champs magnétiques opposés. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 15, les longueurs des deux enroulements sont sensiblement égales. Les entrées électriques 11, 12 du dispositif d'actionnement sont reliées respectivement aux bobines 58 et 59. Le fonctionnement de cette variante est similaire à celui du premier mode préférentiel tel que représenté sur les figures 10 à 12 et décrit ci-dessus.
Selon un second mode préférentiel de réalisation de l'invention représenté sur les figures 16 à 18, le dispositif d'actionnement 5 comprend deux bobines 58, 59 adjacentes et indépendantes électriquement. Les bobines 58, 59 sont respectivement alimentées électriquement entre des entrées 11a, 12a et 11b, 12b. Le sens d'enroulement du fil des bobinages des deux bobines 58, 59 ainsi que le choix de polarité électrique des entrées 11a, 11b, 12a et 12b permet de déplacer l'aimant 7 de l'embase 22 vers l'embase 23 et réciproquement. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 16, les sens d'enroulement du fil des bobinages des deux bobines 58, 59 sont contraires et les longueurs des deux enroulements sont sensiblement égales.
Comme cela est représenté sur la figure 17, le dispositif est dans un premier état stable 70, les bornes A et B sont en position ouverte. Pour passer de la position ouverte à une position fermée, le mode de fonctionnement du dispositif est alors le suivant. Sur la figure 19A, un premier ordre de commande ou impulsion C11 est envoyé à la bobine 58, les bornes 11a et 12a sont alors alimentées respectivement négativement et positivement. Le courant électrique I circulant dans la bobine 58, génère un champ magnétique local. Ledit champ permet de magnétiser le plot 13 de l'embase 22. Dans l'exemple de réalisation, comme représenté sur la figure 17, le plot de l'embase 22 devient alors un pôle Nord. L'embase 23 n'a pas de polarité magnétique.
Une force de répulsion est générée entre le pôle Nord de l'aimant et le pole Nord de l'embase 22. Cette force tend à repousser l'aimant qui se trouve en contact avec la face interne 24 de l'embase 22. L'aimant est soumis à une force électromagnétique qui tend à le faire déplacer dans le sens de déplacement 14.
Après s'être déplacé entre les deux embases, l'aimant se positionne sur l'embase 23, les bornes A, B sont alors fermées. L'alimentation des bobines peut être alors coupée, le pôle magnétique de l'embase 22 disparaít. Le dispositif se trouve dans un état stable fermé 72 avec l'aimant en contact avec l'embase 23.
Afin d'ouvrir le dispositif, un second ordre de commande C22 est envoyé à la seconde bobine 59 comme cela est représenté sur la figure 19B. Les bornes 11b et 12b sont alors alimentées respectivement positivement et négativement. Le courant électrique I circulant dans la bobine 59, génère un champ magnétique local. Ledit champ permet de magnétiser le plot 13 de l'embase 23. Dans l'exemple de réalisation, comme représenté sur la figure 18, le plot de l'embase 23 devient alors un pôle Sud. L'embase 22 n'a pas de polarité magnétique.
Une force de répulsion est générée entre le pôle sud de l'aimant et le pole Sud de l'embase 23. Cette force tend à repousser l'aimant qui se trouve en contact avec la face interne 25 de l'embase 23. L'aimant est soumis à une force électromagnétique qui tend à le faire déplacer dans le sens de déplacement 14.
Après s'être déplacé entre les deux embases, l'aimant se positionne sur l'embase 22, les bornes A, B sont alors ouvertes. L'alimentation des bobines peut être alors coupée, le pôle magnétique de l'embase 23 disparaít. Le dispositif se trouve dans un état stable ouvert 70 avec l'aimant en contact avec l'embase 22.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, à chaque commande de répulsion provoquant un déplacement de l'aimant entre les embases 23 et 22, un seul ordre de commande C11 ou C22 est envoyé à une seule des deux bobines 58 ou 59.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention, notamment un relais, représentée sur la figure 20, le lien souple 8 est reliée à une troisième borne électrique C distincte des bornes A et B. Un isolant électrique supplémentaire 99 est alors utilisé pour séparer le lien souple 8 de l'embase 22 sur laquelle le lien était précédemment fixé. L'aimant possède alors deux zones de contact électrique pouvant collaborer respectivement avec les deux embases 22, 23. Le déplacement de la partie mobile 2, notamment de l'aimant 7 d'une première position stable à une seconde position stable permet de relier successivement les bornes A et C puis les bornes C et B. Dans l'exemple de réalisation présenté, Les bornes électriques sont soudées sur une plaque de circuit imprimé 101 servant de support à un capot 100 enfermant le dispositif de commutation 1 dit inverseur.
Les dispositifs tels que représentés sur les figures 10 à 20 sont particulièrement destinés à des relais électriques dits bistables.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention représentée sur les figures 21 à 26, un appareil électrique comprend un dispositif de commutation 1 et des moyens thermiques de déclenchement 73 ainsi que des moyens de réarmement 80.
Les moyens thermiques de déclenchement 73 permettent d'ouvrir les bornes A et B en cas de surcharge électrique du dispositif de commutation 1. Ils comprennent un bilame 75 associé à un axe de commande 76.
Comme représenté sur les figures 21 à 25, le bilame 75 peut être relié directement à une des bornes électriques B du dispositif de commutation 1. En outre, comme cela est représenté sur la figure 26, le bilame 75 peut ne pas être contact électrique avec les bornes électriques A, B. Un bobinage 81 entourant le bilame 75 est alors relié directement à une des bornes électriques B.
L'axe de commande 76 est un isolant électrique. Une première extrémité dudit axe est reliée de façon permanente au bilame 75. L'axe longitudinal de l'axe de commande 76 est de préférence confondu avec l'axe longitudinal Y des bobines 58, 59. En outre, l'axe de commande 76 est monté coulissant à travers une des embases, de préférence l'embase 23.
Un passage d'un courant électrique trop important à l'intérieur du bilame 75 ou à l'intérieur du bobinage 81 provoque un échauffement dudit bilame et donc sa déformation. Cette déformation du bilame 75 est transmise à l'axe de commande 76 via sa première extrémité et provoque un mouvement en translation dudit axe 76 selon une direction parallèle à l'axe longitudinal Y des bobines 58, 59.
Ainsi, suivant les positions respectives de l'aimant 7 et de l'axe de commande 76, la seconde extrémité dudit axe peut être en contact avec ledit aimant.
Les moyens mécaniques de réarmement 80 permettent de fermer manuellement les bornes A et B lorsque l'aimant se trouve sur l'embase 22. Les moyens mécaniques de réarmement 80 comprennent un bouton de pression 77 pouvant agir sur un second axe de commande 79 par l'intermédiaire de moyens élastiques 78. Une première extrémité du second axe de commande 79 est reliée de façon permanente aux moyens élastiques 78. L'axe longitudinal de l'axe de commande 79 est de préférence confondu avec l'axe longitudinal Y des bobines 58, 59. En outre, l'axe de commande 79 est monté coulissant à travers une des embases, de préférence l'embase 22. Une action sur le bouton de pression 77 est transmise à l'axe de commande 79 via sa première extrémité et provoque un mouvement en translation dudit axe 79 selon une direction parallèle à l'axe longitudinal Y des bobines 58, 59.
La figure 21 représente le dispositif en position stable de fonctionnement. Les bornes A et B sont alors fermées, le bilame 75 n'a pas subi de déformation due à un quelconque échauffement.
Lorsque le dispositif est soumis à une surcharge électrique, le bilame 75 se déforme comme cela est représenté sur la figure 22. Cette déformation du bilame 75 tend alors à faire déplacer l'axe de commande 76 vers l'aimant 7. Une force de décollement croissante FB s'applique alors sur l'aimant 7 par l'intermédiaire de l'axe de commande 76. Cette force FB tend à s'opposer à la force d'attraction magnétique FA de l'aimant sur la première embase 23. La force FA dépend directement des caractéristiques intrinsèques de l'aimant 7.
Au début de l'échauffement, lorsque la déformation du bilame 75 est encore faible, la force de décollement FB est très inférieure à la force d'attraction magnétique FA. Au fur et à mesure que le bilame 75 se déforme, la force FB croít. Au-delà d'une certaine déformation, l'intensité de la force FB devient très supérieure à la force FA et provoque un brusque décollement de l'aimant 7 de la première embase 22. Comme cela est représenté sur la figure 23, l'aimant 7 va se coller sur la seconde embase 22. Le dispositif de commutation 1 est alors ouvert.
Le réarmement du dispositif peut être fait grâce à deux types de moyens. On peut utiliser d'une part les moyens électriques de commutation 58, 59 tels que représentés sur la figure 24 ou d'autre part les moyens mécaniques de réarmement 80 tels que représentés sur la figure 25.
Lorsque le bouton de pression 77 est enfoncé, les moyens élastiques 78 ayant subi une déformation exercent une force de compression FP sur le second axe de commande 79. Cette force de compression FP agit alors directement sur l'aimant 7 qui se trouve sur l'embase 22 et tend à le décoller de cette dernière. La raideur des moyens élastiques 78 est calibrée de manière à pouvoir décoller l'aimant 7 de l'embase 22 lorsque la force FB exercée sur l'aimant 7 par le premier axe de transmission 76 est minimale. Autrement dit, si le bilame 75 n'a pas retrouvé sa forme d'origine et exerce encore une force FB sur l'aimant 7 via l'axe de commande 76, les moyens mécaniques de réarmement 80 sont inopérants.
Si le défaut électrique provoquant la surcharge est éliminé, le bilame 75 va se refroidir et retrouver sa forme initiale. La force de décollement FB tend vers zéro.
Ce type d'appareil comprend alors deux types de réarmement. Un réarmement mécanique 80 à l'aide du bouton de pression 77 et un réarmement électromagnétique composé essentiellement du dispositif de commutation 1.
En outre, le dispositif de commutation 1 garde aussi ses fonctions initiales de commande d'ouverture et de fermeture à distance. La commande électrique des bobines 58 et 59 peut être faite à distance alors que les moyens mécaniques de réarmement 80 sont préférentiellement commandés par un opérateur situé à côté du dispositif.
Dans une autre variante de réalisation de l'invention représentée sur la figure 27, un appareil électrique comprend un dispositif de commutation 1 et des moyens thermiques de déclenchement. Ce type d'appareil est particulièrement destiné à être utilisé comme un disjoncteur thermique ou comme un thermostat électrique. Les moyens thermiques de déclenchement 82 permettent d'ouvrir les bornes A et B en cas d'augmentation de la température ambiante du milieu dans lequel se situe ledit appareil. Les moyens thermiques de déclenchement 82 sont associés à un axe de commande 76. Comme dans l'exemple précédent, la déformation des moyens thermiques de déclenchement 82 due à une augmentation de la température entraíne un déplacement de l'axe de commande 76 qui agit sur la partie mobile, notamment l'aimant 7 du dispositif de commutation 1.
Les figures 28 et 29 représentent des variantes de réalisation d'un module de commande 45 du dispositif d'actionnement 5.
Selon un premier mode de réalisation tel que représenté sur la figure 28, le module de commande 45 est notamment destiné à commander des dispositifs de commutation selon les figures 10 à 12. Il comprend un circuit 88 composé de quatre transistors 91 de puissance montés de manière connue en H. Les bobinages 56, 57 sont connectées auxdits transistors. Les transistors 91 sont commandés via un circuit de contrôle 87 alimenté par une source 86 et recevant des ordres de commande d'un module de réception 46.
Selon un second mode de réalisation tel que représenté sur la figure 29, le module de commande 45 est notamment destiné à commander des dispositifs de commutation selon les figures 16 à 18. Il comprend un circuit 88 composé de deux transistors 91 de puissance reliés respectivement aux bobines 58 et 59. Les transistors sont commandés via un circuit de contrôle 87 alimenté par une source 86 et recevant ces ordres de commande d'un module de réception 46.
Le dispositif de commutation 1 selon les différents modes de réalisation de l'invention, peut être destiné à la commande de prises de courant électrique 40. La figure 2 représente une prise de courant électrique dans laquelle a été placé un dispositif de commutation 1 selon les modes de réalisation de l'invention. Ledit dispositif de commutation 1 est placé respectivement entre les douilles 31 et les bornes d'alimentation 30 et permet donc de couper simultanément ou séparément les deux pôles électriques de la prise de courant 40.
Un module de commande 45 placé dans le volume 28 et alimenté entre les bornes 30, permet de piloter l'ouverture ou la fermeture du dispositif de commutation 1.
Des ordres externes de commande électrique des dispositifs de commutation peuvent être reçus notamment par des modules de réception 46 reliés au module de commande 45. Des ordres externes peuvent aussi être transmis par d'autres moyens tels que les courants porteurs.

Claims (21)

  1. Dispositif de commutation (1) comprenant un bloc de contact ayant une partie fixe reliée à au moins une borne électrique et ayant au moins une zone de contact électrique pouvant être en contact avec une zone de contact d'une partie mobile, un dispositif d'actionnement (5) permettant de déplacer la partie mobile d'une position de fermeture à une position d'ouverture desdites zones de contact électrique, caractérisé en ce :
    la partie fixe comprend au moins deux embases en matériau magnétique ou magnétisable (22, 23) isolées électriquement ;
    le dispositif d'actionnement (5) placé entre lesdites embases, est constitué d'au moins une bobine électromagnétique (55, 58, 59) pouvant magnétiser les embases (22, 23) ;
    la partie mobile placé à l'intérieur du dispositif d'actionnement (5) comporte au moins un aimant (7) se déplaçant entre deux positions stables correspondant respectivement à un état électrique distinct du dispositif de commutation (1), l'aimant (7) comportant au moins une zone de contact électrique étant reliée électriquement à une première borne électrique (A, C) et pouvant être en contact électrique dans au moins une des deux positions stables avec au moins une des embases (22, 23) comportant une zone de contact électrique reliée à une seconde borne électrique (A, B), l'aimant mobile (7) opérant une attraction magnétique avec une des deux embases (22, 23).
  2. Dispositif de commutation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de d'actionnement (5) comprend une bobine électrique (55) ayant un bobinage destiné à créer un champ magnétique (62, 63) pour polariser les embases (22, 23) avec des polarités magnétiques opposées.
  3. Dispositif de commutation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de d'actionnement comprend une bobine électrique (55) ayant deux tronçons de bobinage (56, 57) connectées en série et ayant des sens de bobinage contraires de manière à ce que lesdits tronçons créent respectivement des champs magnétiques opposés (62, 63).
  4. Dispositif de commutation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement (5) comprend deux bobines électriques (58, 59) coaxiales connectées de manière à créer des champs magnétiques opposés (62, 63).
  5. Dispositif de commutation selon les revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que les embases (22, 23) ont les mêmes polarités magnétiques.
  6. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce dans une des deux positions stables, l'aimant (7) comporte une zone de contact électrique en contact avec une zone de contact reliée à une seconde borne électrique (B).
  7. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce dans chacune des deux positions stables, l'aimant (7) comporte une zone de contact électrique en contact avec une zone de contact reliée respectivement à une seconde borne électrique (A, B).
  8. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, respectivement à chaque position stable, l'aimant (7) opère une attraction magnétique avec une des deux embases (22, 23).
  9. Dispositif de commutation selon la revendication 8, caractérisé en ce les embases métalliques (22, 23) sont reliées respectivement à deux bornes de connexion (A, B) distinctes,
  10. Dispositif de commutation selon la revendication 9, caractérisé en ce l'aimant (7) est relié électriquement à une des deux embases métalliques (22, 23) par un lien souple (8).
  11. Dispositif de commutation selon la revendication 9, caractérisé en ce l'aimant (7) est relié électriquement à une troisième borne électrique (C) par un lien souple (8).
  12. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aimant mobile se déplace selon une direction parallèle à l'axe longitudinal (Y) des bobines (55, 58, 59) et à l'intérieur des bobines (55, 58, 59) du dispositif d'actionnement (5).
  13. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce les embases métalliques (22, 23) possèdent des plots (13) positionnés en saillie sur leurs faces internes (24, 25), les plots (13) desdites embases étant placés en vis à vis et sont alignés avec l'axe longitudinal (Y) des bobines (55, 58, 59).
  14. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi latérale en matériau magnétisable 60 s'étend entre les deux embases (22, 23) isolées électriquement.
  15. Relais comportant au moins deux bornes de contact électriques (A, B, C) et au moins deux entrées de commande électrique (11, 12, 11a, 12b) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commutation (1) selon les revendications précédentes, les bobines (55, 58, 59) dudit dispositif étant connectées aux entrées de commande (11, 12, 11a, 12b) et les embases (22, 23) dudit dispositif étant connectées aux bornes de contact (A, B).
  16. Appareil électrique comportant des moyens thermiques de déclenchement (73) et des moyens de réarmement (80) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commutation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 associé aux moyens thermiques de déclenchement (73) et aux moyens de réarmement (80).
  17. Appareil électrique selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de réarmement (80) comportent un bouton de pression (77) agissant sur la partie mobile du dispositif de commutation (1) via des moyens de commande (79).
  18. Appareil électrique selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens thermiques de déclenchement (73) comportent un bilame (75) agissant sur l'aimant mobile (7) via des moyens de commande (76).
  19. Appareil électrique selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens thermiques de déclenchement (73) sont reliés électriquement à une des bornes électriques (B).
  20. Prise de courant (40) comportant un socle (29) sur lequel sont fixées au moins deux douilles (31) reliées à des bornes de connexion (A, B) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commutation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 connecté entre au moins une douille (31) et une borne de connexion (30)
  21. Prise de courant (40) selon la revendication 20 caractérisé en ce qu'elle comprend un module de commande (45) relié aux entrées de commande (11, 12) du dispositif d'actionnement (5) du dispositif de commutation (1), le module de commande (45) envoyant un ordre unique de commande de répulsion ou deux ordres de commande consécutifs de répulsion et d'attraction ou deux ordres de commande simultanés d'attraction et de répulsion.
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