La présente invention concerne un sous-ensemble magnétique pour appareillage électrique modulaire du type disjoncteur, ainsi qu'un disjoncteur incorporant un tel sous-ensemble.
Les disjoncteurs de protection de ligne comportent généralement, dans un boîtier modulaire à coque en plastique, un circuit s'étendant entre deux bornes et comprenant un bilame de déclenchement thermique pour la protection de la ligne contre les surcharges et, entre une borne et un contact fixe, un organe électromagnétique de disjonction ou déclencheur magnétique souvent regroupé avec ces deux composants pour former un sous-ensemble magnétique.
Le déclencheur magnétique comprend essentiellement une bobine avec un noyau mobile, associés à un percuteur pour assurer, en cas de surintensité, la disjonction par ouverture d'un contact mobile coopérant avec un contact fixe.
Dans la plupart des cas, le déclencheur comprend plus précisément une bobine à induction montée longitudinalement dans une culasse magnétique, et entourant le noyau mobile, lequel est associé au percuteur et à un noyau fixe, un ressort de rappel disposé entre les noyaux venant compléter le montage. Ce ressort permet notamment de rappeler le noyau mobile en position de repos, percuteur en position inactive, c'est-à-dire à distance d'une serrure mécanique permettant l'ouverture des contacts par basculement du contact mobile.
La culasse est constituée d'une tôle en matériau magnétique entourant en général la bobine pour canaliser correctement les lignes de champs produites, lorsque la bobine est parcourue par un courant. Les sous-ensembles magnétiques montés en une seule pièce sont ensuite disposés dans une partie de la coque plastique du boîtier, au moment de l'assemblage du disjoncteur.
Comme leur fonction le laisse supposer, ces sous-ensembles magnétiques sont des éléments essentiels des disjoncteurs, et leur conception fait par conséquent l'objet d'un soin particulier, ainsi que de nombreux tests destinés à éprouver la validité des solutions préconisées. La fonction principale étant liée à l'existence de surintensités brutales, certains de ces tests sont, bien entendu, réalisés dans différentes configurations de courts-circuits, ou à tout le moins avec des courants égaux à plusieurs fois la valeur du courant nominal, pour lesquels les performances du sous-ensemble magnétique sont mesurées.
Pendant ces périodes de fonctionnement extrême, un des paramètres sur lesquels porte notamment et de manière particulièrement rigoureuse le contrôle, est la force d'arrachage des contacts. Le but de ces contrôles, et des ajustements qui en résultent, est d'affiner les conditions de déclenchement de la serrure mécanique par un meilleur contrôle du déclencheur électromagnétique et de la force véhiculée par le percuteur.
L'échauffement des différentes parties du sous-ensemble magnétique est également un paramètre sensible, pour lequel des tests à courant nominal ou légèrement supérieur sont effectués, dans le but de le diminuer autant que possible.
Il est ainsi connu de réaliser des sous-ensembles magnétiques pour appareillage électronique modulaire du type disjoncteur comportant :
On connaît des sous-ensembles magnétiques , par exemple du document WO 99/63564, comportant un cylindre de guidage fixe dans lequel se déplace le noyau mobile associé au percuteur, ainsi qu'un noyau magnétique fixe.
Afin de tenir compte de tous les paramètres de fonctionnement et notamment des paramètres de sécurité assurant une fiabilité de l'arrachage des contacts en cas de surintensité, il devient difficile d'agir sur l'un des paramètres sans influencer d'autres paramètres de fonctionnement.
Un objectif de la présente invention vise donc à réduire le nombre de pièces constitutives du sous-ensemble magnétique et de les simplifier pour faciliter leur assemblage, tout en conservant la fiabilité dudit sous-ensemble magnétique.
Un autre objectif de la présente invention vise à augmenter les performances du sous-ensemble magnétique sans pour autant augmenter son encombrement, en vue de son intégration dans un appareillage électrique modulaire.
Selon l'invention, le noyau mobile est logé dans un support mobile, entraîné par le noyau mobile, et solidaire du percuteur.
On obtient ainsi un sous-ensemble mécanique mobile de configuration simplifiée et dont le montage dans une culasse est simplifié.
Selon un exemple de réalisation, le support mobile et le percuteur sont réalisés en une seule pièce, par exemple en matière plastique.
Le support mobile est par exemple une pièce cylindrique se terminant à l'une de ses extrémités par une tige constituant le percuteur. On obtient ainsi une réduction du nombre de pièces constitutives du sous-ensemble magnétique et un assemblage relativement simple dans la mesure où il suffit d'introduire le noyau mobile dans le cylindre constitutif du support mobile pour obtenir le sous-ensemble mécanique mobile.
Le noyau mobile est en outre dépourvu de tout chanfrein, perçage ou lamage, augmentant ainsi sa surface polaire. Aucune étape de solidarisation du percuteur sur le noyau mobile n'est par ailleurs nécessaire.
Le moyen de rappel élastique est par exemple monté entre le support mobile et la culasse magnétique. Ce moyen de rappel élastique est par exemple constitué d'une lame flexible. Le positionnement de ce moyen de rappel élastique évite toute interaction avec des lignes de champ magnétique générées dans l'entrefer. Les performances du sous-ensemble magnétique sont ainsi améliorées et son montage dans la culasse se trouve également simplifié de par sa configuration.
Selon un exemple de réalisation, le sous-ensemble magnétique comporte un moyen de guidage en translation du percuteur.
Le moyen de guidage comporte par exemple une ouverture ménagée dans la culasse, et traversée par le percuteur.
Le guidage en translation du percuteur assure indirectement le guidage en translation du support mobile et par conséquent du sous-ensemble mécanique mobile. Aucun moyen de guidage additionnel n'est nécessaire, contribuant ainsi à la réduction du nombre de pièces constitutives du sous-ensemble magnétique conforme à l'invention.
Selon un autre exemple de réalisation, le moyen de guidage comporte une ouverture ménagée dans un noyau fixe et traversée par le percuteur.
Le noyau magnétique fixe est par exemple solidaire de la culasse.
Selon un exemple de réalisation, la culasse est réalisée en un matériau magnétique, constituant un élément magnétique complémentaire fixe.
Selon un exemple de réalisation du sous-ensemble magnétique conforme à l'invention, une partie de la culasse, en regard d'une face polaire du noyau magnétique mobile, constitue l'élément magnétique complémentaire fixe.
La culasse peut aussi être amagnétique et associée ou non à un noyau magnétique fixe.
Le sous-ensemble magnétique conforme à l'invention présente aussi l'avantage d'être adaptable à diverses contraintes, tant sur le plan structurel que fonctionnel.
Selon un exemple de réalisation, la bobine d'induction est une bobine à spires disjointes. Le nombre de spires peut avantageusement être réduit dans la mesure où la surface polaire du noyau mobile est augmentée. L'absence de contact entre les spires adjacentes permet en outre d'éviter de les enduire d'une couche d'émail isolant électrique, contribuant à une réduction du prix de revient d'une telle bobine d'induction sans pour autant nuire aux performances du sous-ensemble magnétique.
Selon un exemple de réalisation, les extrémités de la bobine d'induction s'écartent tangentiellement des spires de la bobine. Une telle configuration permet d'éviter des opérations de pliage desdites extrémités et par conséquent de réduire le prix de revient d'une telle bobine d'induction.
La présente invention trouve particulièrement son application dans le domaine des disjoncteurs électriques, incorporant un sous-ensemble magnétique tel que décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront également de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Le sous-ensemble magnétique représenté par exemple à la figure 1 comporte une culasse magnétique (1) réalisée par exemple en un matériau magnétique ainsi qu'une bobine d'induction (2) destinée à être montée longitudinalement dans la culasse (1).
La culasse (1) permet de canaliser au moins en partie les lignes de champ magnétique générées par un courant électrique traversant la bobine d'induction (2).
Selon un autre exemple de réalisation, la culasse (1) peut être amagnétique.
Le sous-ensemble magnétique comporte également un noyau magnétique mobile (3) réalisé avec un matériau magnétique, par exemple de l'acier. Le noyau (3) présente une forme sensiblement cylindrique et deux faces polaires (4) et (5).
Un percuteur (6), se déplaçant avec le noyau mobile (3), est également prévu et permet d'ouvrir un contact électrique lorsqu'il se déplace d'une position inactive vers une position active.
Un moyen de rappel élastique est prévu de manière à être sollicité par le déplacement du percuteur (6). Ainsi, lorsque la circulation du courant électrique dans la bobine d'induction (2) est interrompue, le moyen de rappel élastique (7a, 7b) ramène automatiquement le percuteur (6) dans sa position inactive et le contact électrique peut à nouveau être fermé.
Un contact fixe (8), auquel est reliée une première extrémité (2a) de la bobine d'induction (2), est solidaire ou fait partie intégrante de la culasse (1). Une pastille de contact (9) est avantageusement rapportée sur le contact fixe (8).
Une borne (10) de connexion au sous-ensemble magnétique à laquelle est reliée la seconde extrémité (2b) de la bobine (2) est également prévue.
Le sous-ensemble magnétique représenté à la figure (2) présente un entrefer (11) réalisé entre la face polaire (5) du noyau mobile (3) et une face interne (12) de la culasse (1), lesquelles sont en regard l'une (5) de l'autre (12). Une partie de la culasse (1), en regard de la face polaire (5) du noyau magnétique mobile (3) constitue alors un noyau magnétique fixe.
L'entrefer (11) est dans ce mode de réalisation dépourvu d'un noyau magnétique fixe et se trouve déporté au moins partiellement à l'extérieur de la bobine magnétique (2).
Le noyau mobile (3) est également simplifié dans sa forme, laquelle est par exemple cylindrique.
La borne de connexion (10) se prolonge avantageusement par une partie magnétique (10a) s'étendant le long de la bobine (2) et permettant de canaliser en partie les lignes de champ magnétique générées par la bobine d'induction (2). La culasse (1) de même que la partie magnétique (10a) délimitent ainsi un logement dans lequel est insérée la bobine magnétique (2).
Selon l'exemple de réalisation représenté à la figure 7, le sous-ensemble magnétique comprend un noyau magnétique fixe (3a), solidaire de la culasse (1) et traversé par le percuteur (6). L'entrefer (11) est localisé entre les faces polaires en regard l'une de l'autre, du noyau mobile (3) et du noyau fixe (3a). L'entrefer (11) s'étend alors dans le volume intérieur délimité par la bobine magnétique (2). Le noyau fixe (3a) est fixé sur la culasse (1) par tout moyen connu, et notamment par un montage en force ou par soudure.
Le noyau mobile (3) est logé dans un support mobile (13) entraîné par ledit noyau mobile (3) et solidaire du percuteur (6). On obtient ainsi un sous-ensemble mécanique mobile, déplacé par la circulation d'une surintensité dans la bobine d'induction (2). Les dimensions du noyau mobile (3) et de l'entrefer (11) sont choisies en fonction de la force d'arrachage nécessaire pour permettre au percuteur (6) d'ouvrir un contact électrique. Le déplacement du percuteur (6) permet d'arracher un contact mobile (8a) s'appuyant sur la pastille de contact (9) et d'interrompre la circulation d'un courant électrique dans la bobine d'induction (2). Le moyen de rappel élastique permet, dès l'interruption de la circulation de courant électrique dans la bobine d'induction (2), de ramener le sous-ensemble mécanique mobile, à savoir le noyau mobile (3), le support mobile (13) et le percuteur (6) dans sa position inactive.
Avantageusement le support mobile (13) et le percuteur (6) sont réalisés en une seule pièce, par exemple en matière plastique ou tout autre matériau isolant électrique. Le support mobile (13) est une pièce cylindrique se terminant à l'une de ses extrémités par une tige constituant le percuteur (6). La fabrication d'un tel support mobile (13) par injection est donc particulièrement simple et ses dimensions sont choisies de manière à le solidariser avec le noyau mobile (3) par une simple opération d'emmanchement. D'autres moyens techniques connus du type collage peuvent également être prévus pour solidariser le noyau mobile (3) avec le support mobile (13).
Le moyen de rappel élastique est monté entre le support mobile (13) et la culasse magnétique (1). Ce moyen de rappel élastique est par exemple constitué d'une lame flexible (7a) présentant des ouvertures susceptibles d'être traversées par des plots de positionnement (1a) présents en nombre plus ou moins important sur la culasse (1).
Dans l'exemple de réalisation représenté par exemple à la figure 2 ou 7, il apparaît clairement que le percuteur (6) traverse une ouverture (1 b) ménagée dans la culasse (1). Cette ouverture (1b) constitue un moyen de guidage en translation du percuteur (6) et indirectement un moyen de guidage du sous-ensemble mécanique mobile, ce dernier n'étant relié à la culasse (1) via le moyen de rappel élastique. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 7, le noyau fixe (3a) est engagé dans l'ouverture (1 b), constitue une pièce de guidage pour le percuteur (6).
La bobine d'induction (2) présente avantageusement des spires disjointes. Compte tenu du fait que la face polaire (5) est relativement importante et qu'elle ne comporte ni décrochement, ni chanfrein, ni lamage susceptibles d'altérer les lignes de champ magnétique, la réduction du nombre de spires entourant le noyau mobile (3) permet de maintenir, voire d'améliorer, les performances du sous-ensemble magnétique.
En outre, la séparation ou l'absence de contact entre des spires adjacentes permet de supprimer tout revêtement du type émail isolant électrique sur les spires.
Les extrémités (2a) et (2b) de la bobine d'induction (2) s'écartent tangentiellement des spires de la bobine (2). Toute opération de pliage desdites extrémités (2a, 2b) est supprimée. On obtient ainsi à plus d'un titre, une réduction du prix de revient d'une telle bobine d'induction (2).
Le moyen de rappel élastique peut également être constitué comme le montre par exemple les figures 3 à 5, d'une lamelle élastique (7b) solidaire du support mobile (13). Cette lamelle élastique (7b) s'étend par exemple à l'extérieur du cylindre constitutif du support mobile (13) sous forme de couronne périphérique. Cette dernière prend alors appui sur une face latérale (1a) de la culasse (1). Lors du déplacement du support mobile (13), la lamelle élastique (7b) se déforme et reprend ensuite sa forme initiale dès l'interruption du courant électrique circulant dans la bobine d'induction (2), ramenant dans sa position inactive le percuteur (6).
Selon un autre exemple de réalisation du sous-ensemble magnétique conforme à l'invention, représenté par exemple à la figure (6), le moyen de rappel élastique est constitué d'une rondelle élastique (7c) positionnée dans l'entrefer (11). La rondelle élastique (7c) prend appui sur la face (12) interne de la culasse (1) et sur l'une des extrémités du support mobile (13). Lors du déplacement du support mobile (13), la rondelle élastique (7c) est comprimée. Dès l'interruption de la circulation du courant électrique dans la bobine d'induction (2), cette rondelle élastique (7c) réalisée par exemple, en matière plastique ou métallique, ou en mousse, reprend sa forme initiale et ramène le support mobile (13) dans sa position de repos correspondant à la position inactive du percuteur (6).
Dans un autre exemple de réalisation, la culasse (1) est amagnétique et aucun noyau magnétique fixe n'est rapporté sur ladite culasse (1). Le déplacement du noyau mobile 3 est obtenu par une zone de localisation donnée d'une densité maximale de lignes de champ magnétique, et vers laquelle il est entraîné. Un tel déplacement suffit à actionner le percuteur (6).
La figure 8 représente une vue partiellement découpée, à des fins de clarté, d'un disjoncteur (15) conforme à l'invention. Le disjoncteur (15) incorporant un sous-ensemble magnétique conforme à l'invention, comporte un boîtier modulaire (16) pourvu de moyens de fixation (17), par exemple sur un support du type rail de montage (non représenté).
Le disjoncteur (15) présente un organe d'actionnement de type manette basculante (18), permettant de déplacer le contact mobile (8a) entre une position d'ouverture et de fermeture (cf. figure 8) de la liaison électrique avec le contact fixe (8).
En cas de surintensité, le percuteur (6) agit sur une serrure mécanique (19) connue en tant que telle, laquelle déplace le contact mobile (8a) pour ouvrir la liaison électrique avec le contact fixe (8). Cette ouverture entraîne l'interruption de la circulation d'un courant électrique entre les bornes de connexion (10) du disjoncteur et ramène automatiquement la manette (18) dans la position correspondant à la séparation des contacts fixe (8) et mobile (8a), et ce grâce à la serrure mécanique (19).
La serrure mécanique (19) peut être actionnée pour interrompre la circulation de courant soit par le percuteur (6), soit par un bilame de déclenchement thermique incorporé dans le disjoncteur (15) (non représenté aux figures).