Brevet FR2468202A1 — publié le 19810430

L'invention est relative à un disjoncteur électrique miniature à bottier moulé comprenant une chambre de coupure encadrée par deux électrodes de guidage de l'arc, agencées pour capter un arc tiré entre des contacts lors de leur séparation, un déclencheur électromagnétique à bobine et à noyau plongeur commandant un verrou de déclenchement lors de l'apparition d'un défaut pour provoquer l'ouverture automatique desdits contacts. On connait des disjoncteurs du genre mentionné (brevets fran- çais Nos. 2.344.949 et 2.344.950), qui remplacent avantageu- sement les fusibles de protection dans les circuits basse tension de distribution d'énergie électrique. Ces disjonc- teurs sont fabriqués en grande série et la présente inven- tion a pour but de réduire leur coût de fabrication et d'ac- croître leurs performances, notamment le pouvoir de coupure. Dans les disjoncteurs connus précités, le noyau plongeur du déclencheur électromagnétique exerce une traction sur le contact mobile pour awcélérer son déplacement et accroître la rapidité de coupure de l'arc tiré entre les contacts. La présente invention a pour but d'augmenter la rapidité de réponse et l'action du'déclencheur électromagnétique et elle est caractérisée par le fait que ledit noyau plongeur est monté à coulissement à l'intérieur d'un fourreau de guidage et présente sur sa périphérie des passages de l'air comprimé par l'effet de piston lors du déplacement rapide du noyau plongeur à l'intérieur du fourreau. Les arêtes du noyau plongeur sont avantageusement arrondies pour augmenter la zone de contact avec la paroi interne du fourreau tout en ménageant des passages de l'air comprimé entre les côtés du noyau et le contour circulaire du four- reau. Selon un développement de l'invention, le noyau plon- geur est en forme d'olive pour permettre un pivotement limité à l'intérieur du fourreau et compenser les variations de positionnement au cours du pivotement du contact mobile. Selon un autre développement de l'invention, le noyau fixe du déclencheur électromagnétique est assujetti à la carcasse par un circlips se prolongeant par une lame élastique agissant sur le verrou du mécanisme du disjoncteur. Une même pièce as- sure la double fonction de verrouillage du noyau fixe et de rappel du verrou ce qui permet une réduction du coût de fa- brication et de montage du disjoncteur. La disposition des éléments constitutifs du déclencheur élec- tromagnétique à l'intérieur d'un fourreau se prête à une sim- plification du montage en prévoyant selon un autre développe- ment de l'invention un encliquetage du fourreau sur le noyau fixe après insertion du noyau plongeur et du ressort de rap- pel à l'intérieur du fourreau. Cet encliquetage maintient les éléments assemblés qui par la suite peuvent être mis en place à l'intérieur de la bobine du déclencheur en un seul bloc. Selon un autre développement de l'invention, les conducteurs d'amenée de courant aux contacts fixe et mobile sont confor- més de manière à accroître l'effet de boucle et de soufflage magnétique de l'arc en direction de la chambre de coupure. A cet effet, le conducteur de connexion du contact fixe à la plage de raccordement contourne l'étrier de la borne en fai- sant une boucle orientée en direction de la face avant por- tant la manette du disjoncteur. Cette augmentation de l'effet de boucle est obtenue sans accroître les dimensions externes du bottier moulé par des moyens particulièrement simples. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limi- tatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale du dis- joncteur selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle, à échelle agrandie, de la figure 1, montrant le déclencheur électromagnétique; la figure 3 est une vue explosée du déclencheur électromagné- tique selon la-figure 2; les figures 4, 5 et 6 sont respectivement des coupes suivant les lignes IV-IV, V-V et VI-VI, de la figure 3; la figure 7 est une vue partielle, à échelle agrandie, de la figure l,.montrant la borne de connexion du c8té du contact fixe; la figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7. Sur les figures, un pôle d'un disjoncteur électrique minia- ture comporte une bottier 10 en une matière isolante moulée ayant sur la face avant 12 une manette 14 de manoeuvre du disjoncteur et sur les deux faces latérales étroites des bornes de connexion 16, 18 d'entrée et de sortie du disjonc- teur. A l'intérieur du bottier 10 sont logés un contact mo- bile 20 et un contact fixe 22, relié par un conducteur en boucle 24 à la borne 16. Le contact mobile 20 est commandé par un mécanisme de commande qui sera décrit en détail par la suite. Dans le bottier 10 sont également logés un déclen- cheur thermique formé par un bilame 26 et un déclencheur électromagnétique 28 susceptible de provoquer en cas de sur- charge ou de court-circuit une ouverture automatique des con- tacts 20, 22. Dans la partie inférieure du bottier 10 est disposée une chambre de coupure 30 constituée par un empilage de t8les 32 qui s'étendent parallèlement à la face arrière 34 du bottier 10. Des griffes de fixation 36, solidaires de la face arrière 34, sont susceptibles de coopérer avec un rail DIN symétrique de support d'une manière bien connue des spé- cialistes. Le contact mobile 20 s'étend sensiblement perpendiculaire- ment au plan des tôles 32, de manière à tirer un arc entre les contacts 20, 22 lors de leur séparation, dont la direc- tion initiale est sensiblement parallèle aux tales 32. Le conducteur de connexion 24 se prolonge au-delà du contact fixe 22 pour constituer une électrode ou corne d'arc 38, qui se termine par une plaque délimitant la chambre de coupure 30. Le côté opposé de la chambre de coupure 30 est délimité par une électrode 40, électriquement reliée de la manière dé- crite ci-après à la borne de sortie 18. Le mécanisme de commande du contact mobile 20 est décrit en détail dans le brèvet français NO 2.344.949 et ne sera résumé par la suite que sommairement. Le contact mobile 20 est arti- culé sur un bras de contact 44 monté à pivotement sur un cul- buteur 46 attaqué par une genouillère 48 dont l'une des biellettes est formée par une extension 50 de la manette 14. Un pivotement de la manette 14 provoque l'extension ou la brisure de la genouillère 48 et par pivotement du culbuteur 46 l'écartement ou le rapprochement du contact mobile 20 du contact fixe 22. Un levier de déclenchement 52 monté à pivo- tement sur un axe 54 coopère avec l'extrémité 56 du bras de contact 44, de manière à solidariser ce dernier au culbuteur 46. Un verrou 58 est monté à rotation sur un pivot 60 et pré- sente un nez 62 d'accrochage de l'extrémité du levier de dé- clenchement 52. Dans la position de verrouillage, représen- tée à la figure 1, le levier de déclenchement 52 est retenu par le verrou 58 dans la position active permettant une transmission du mouvement de pivotement de la manette 14 au contact mobile 20 pour une commande manuelle d'ouverture et de fermeture du disjoncteur. Une ouverture automatique des contacts 20, 22 est provoquée par un pivotement dans le sens des aiguilles d'une montre du verrou 58, qui libère le le- vier de déclenchement 52, ce dernier pivotant dans le sens trigonométrique pour libérer l'extrémité 56 du bras de éon- tact 44. Sous l'action d'un ressort (non représenté) le bras de contact pivote vers la position d'ouverture. Le verrou 58 est actionné par la déflex ion du bilame 26 en cas de sur- charge et par le déclencheur électromagnétique 28 lors de l'apparition d'un court-circuit. En se référant plus particulièrement aux figures 2 à 6, on voit que le déclencheur électromagnétique 28 comporte une car- casse 64 en un matériau ferromagnétique qui entoure une bo- bine 68 montée sur un fourreau 70 isolant tubulaire obturé à l'une de ses extrémités par un fond 72. A l'intérieur du four- reau en forme de manchon isolant 70 est monté à coulissement un noyau plongeur 74 et un noyau magnétique fixe 76. La forme générale du noyau plongeur 74 est celle d'un tonneau ou d'une ogive dont la section transversale médiane est en forme de carré à arêtes 78 arrondies (voir fig. 4). En position insérée du noyau plongeur dans le fourreau 70, les arêtes 78 consti- tuent des lignes de guidage au contact de la paroi interne du fourreau 70, les intervalles subsistant entre les côtés du carré du noyau plongeur 74 et le pourtour du fourreau 70 déli- mitant des orifices de passage de l'air. Il est facile de com- prendre que le noyau plongeur 74 agissant comme un piston se déplaçant dans le cylindre 70 n'est pas freiné dans son dé- placement par la compression de l'air qui peut s'échapper li- brement par les intervalles ménagés entre le piston et le cy- lindre. La forme en ogive du noyau plongeur 74 autorise un pivotement limité à l'intérieur du fourreau 70. Au noyau plongeur 74 est solidarisée une tige d'actionnement 80, qui traverse un orifice ménagé dans le fond 72 du fourreau 70 et coopère avec le bras de contact 44. Le noyau plongeur 74 co- opère par son côté opposé avec un poussoir 82, qui traverse un orifice 84 ménagé dans le noyau fixe 76 et est sollicité en appui du noyau plongeur 74 par un ressort 86. L'extrémité du poussoir 82 coopère avec le verrou 58 pour déplacer ce dernier en position de déverrouillage lors d'une excitation du déclencheur électromagnétique 28. Le noyau fixe 76 pré- sente sur son pourtour externe des alvéoles 88 dans lesquels viennent s'encliqueter en position montée des bossages 90 mé- nagés sur le fourreau 70. Le noyau fixe 76 présente de plus un collet 91 traversant un orifice 92 ménagé dans la car- casse 64 et recevant un circlips de fixation 94, de manière à solidariser rigidement le noyau fixe 76 à la carcasse 64. Le circlips 94 est constitué par l'extrémité d'un ressort à lame 96 en forme d'épingle à cheveux dont l'extrémité oppo- sée coopère avec le verrou 58 pour solliciter ce dernier en position de verrouillage. La bobine 68 est reliée électriquement d'une part par une tresse 98 au contact mobile 20, et d'autre part par une tresse 100 au bilame 26 dont l'extrémité opposée est fixée à la carcasse 64, elle-même reliée à la borne 18. La plaque 40 de délimitation de la chambre de coupure 30 est fixée à la carcasse 64 du côté du bras de contact 44. Il est facile de comprendre qu'en position fermée des contacts 20, 22, le cou- rant passe de la borne 16 par les contacts 22, 20, la tresse 98, la bobine 68, la tresse 100, le bilame 26 vers la borne 18. En cas de surcharge ou de court-circuit le verrou 58 est actionné respectivement par le bilame 26 ou le déclencheur électromagnétique 28, de manière à provoquer l'ouverture au- tomatique des contacts 20, 22. L'arc tiré entre les contacts séparés 20, 22,se déplace le long de la corne 38 et commute sur la plaque 40 en mettant hors circuit la bobine 68 et le bilame 26 d'une manière bien connue des spécialistes. On se reportera avantageusement au brevet français précité pour une description plus détaillée du fonctionnement du disjonc- teur. Il suffit de rappeler que la section polygonale plus particulièrement carrée du noyau plongeur 74 évite tout ef- fet de piston susceptible de freiner le déplacement du noyau plongeur 74. La forme en ogive du noyau plongeur 74 permet un pivotement et de ce fait une inclinaison de la tige d'action- nement 80 qui se positionne pour exercer sur le contact mo- bile 20 un effort de traction en direction d'ouverture du contact mobile 20. Le fourreau 70 à bossages 90 facilite le montage du déclen- cheur électromagnétique qui est effectué de la manière sui- vante: Dans l'intérieur du fourreau 70 sont insérés successivement le noyau plongeur 74 avec sa tige d'actionnement 80, le pous- soir 82, le ressort de rappel 86 et le noyau fixe 76. En fin de course d'enfoncement du noyau fixe 76 à l'encontre du ressort 86, les bossages 90 viennent s'encliqueter dans les alvéoles 88 pour solidariser le noyau fixe, formant obturateur, au fourreau 70 de gainage. Ce sous-ensemble peut être préas- semblé et lors du montage du disjoncteur mis en place en un seul bloc par'l'insertion du collet 91 dans l'orifice ménagé dans la carcasse 64. La mise en place du circlips 94 assujet- tit ce sous-ensemble à la carcasse 64. Lors de la mise en place du déclencheur électromagnétique 28 dans le bottier 10, le fond 72 du fourreau 70 vient en appui de butées 102 soli- daires du bottier 10. La mise en place et le positionnement du ressort de rappel 96 s'effectuent automatiquement par la mise en place du circlips 94. En se référant plus particulièrement aux figures 7 et 8, on voit que la borne 16 adjacente au contact fixe 22 est du type noyé à l'intérieur du boîtier 10 et comporte un étrier 104 entourant une-plage- 106 constituée par l'extrémité du conduc- teur 24 portant le contact fixe 22. La branche supérieure 108 de l'étrier 104 présente un alésage fileté recevant une vis de serrage 110 prenant appui sur la face supérieure de la plage de connexion 106. De telles bornes sont bien connues en soi et il est facile de comprendre que lors du vissage de la vis 110 un conducteur 112 inséré entre l'étrier 104 et la plage 106, est serré contre cette dernière. La plage 106 est sensiblement au droit du contact fixe 22 et le conducteur de connexion 24 s'étend à l'intérieur de l'alvéole 114 de loge- ment de la borne 16 en contournant le bord supérieur 108 de l'étrier 104, de telle manière que l'arc tiré entre les con- tacts 20, 22 est dès son apparition soumis à un effet de boucle intense. La vis 110 traverse un orifice ménagé dans la partie supérieure de la boucle formée par le conducteur 24. L'étrier 104 muni de sa vis 110 se monte sur le contact fixe 22. - L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mi- se en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences, notamment à celle dans laquelle la borne 16 serait'du type à vis de serrage simple ou celle dans laquelle la section du noyau plongeur serait différente. Revendications 1. Disjoncteur électrique miniature à bottier moulé compre- nant une chambre de coupure (30) encadrée par deux électrodes (38, 40) de guidage de l'arc, agencées pour capter un arc ti- ré entre des contacts (20, 22) lors de leur séparation, un déclencheur électromagnétique (28) à bobine (68) et à noyau plongeur (74) commandant un verrou (58) de déclenchement lors de l'apparition d'un défaut pour provoquer l'ouverture. auto- matique desdits contacts, caractérisé par le fait que ledit noyau plongeur (74) est monté à coulissement à l'intérieur d'un fourreau (70) de guidage et présente sur sa périphérie des passages de l'air comprimé par l'effet de piston lors du déplacement rapide du noyau plongeur à l'intérieur du fourreau. 2. Disjoncteur électrique selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit fourreau (70) est de forme interne cylin- drique, le contour externe du noyau (74) étant de forme poly- gonale, de manière à ménager des passages entre les arêtes du polygone du noyau et le contour circulaire du fourreau. 3. Disjoncteur électrique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le noyau plongeur (74) porte une tige (80) d'actionne- ment du contact mobile (20) pour accélérer le déplacement de ce dernier vers la position d'ouverture, caractérisé par le fait que ledit noyau plongeur (74) est en forme d'olive pour autoriser un mouvement limité de pivotement du noyau à l'in- térieur du fourreau (70) lors du pivotement dudit contact mo- bile. 4. Disjoncteur électrique miniature à bottier moulé comprenant une chambre de coupure (30) encadrée par deux électrodes (38, ) de guidage de l'arc agencées pour capter un arc tiré en- tre des contacts (20, 22) lors de leur séparation, un déclen- cheur électromagnétique (28) ayant une bobine (68) et, dispo- sés à l'intérieur de la bobine, un noyau fixe (76) et un noyau plongeur (74) mobile commandant un verrou (58) de dé- clenchement lors de l'apparition d'un défaut pour provoquer l'ouverture automatique desdits contacts (20, 22), caractéri- sé par le fait que ledit noyau fixe (76) est assujetti à la carcasse (64) de ladite bobine (68) par une pièce élastique (96) conformée en ressort exerçant un moment de rappel sur ledit verrou (58). 5. Disjoncteur électrique selon la revendication 4, caracté- risé par un ressort (96) à lame de rappel dudit verrou (58) ayant une extrémité conformée en circlips (94) de fixation dudit noyau fixe (76) à la carcasse (64) de la bobine (68). 6. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, à déclencheur électromagnétique (28) comprenant un bobinage (68) entourant un fourreau cylindrique (70) à l'intérieur duquel sont disposés un noyau plongeur (74) coulissant, un noyau fixe (76) et un ressort (86) de rappel dudit noyau plongeur, caractérisé par le fait que les- dits noyaux (74, 76), ledit ressort (86) et ledit fourreau (70) constituent un sous-ensemble susceptible d'être assem- blé à l'extérieur et d'être inséré en un seul bloc dans le- dit bobinage (68). 7. Disjoncteur électrique selon la revendication 6, caracté- risé par le fait que ledit fourreau (70) comporte un fond fixe (72) et un fond ouvert obturé en position assemblé du- dit sous-ensemble par ledit noyau fixe (76) solidarisé audit fourreau. 8. Disjoncteur électrique selon la revendication 7, caracté- risé par le fait que ledit noyau fixe (76) et ledit fourreau (70) comportent des moyens (90) de solidarisation par en- cliquetage. 9. Disjoncteur électrique miniature à bottier (10) moulé étroit comprenant une manette (14) de commande disposée sur la face avant du bottier, des bornes (16, 18) d'entrée et de sortie disposées sur les faces latérales étroites du bottier, un contact fixe (22) adjacent à la borne d'entrée (16) et coopérant avec un contact mobile (20) pour tirer un arc ini- tial sensiblement parallèle à ladite face avant et une chambre de coupure (30) adjacente à la face arrière du bottier vers laquelle l'arc initial est soufflé par effet de boucle, ca- ractérisé par le fait que ladite borne d'entrée (16) du type noyé présente une plage de connexion (106) sensiblement au droit dudit contact fixe (22) et un moyen (110) de serrage du conducteur (112) de raccordement externe sur ladite plage (106) faisant saillie à l'intérieur dudit bottier en direc- tion de la face avant par rapport à ladite plage, ledit con- tact fixe (22) étant connecté à ladite plage (106) par un conducteur (24) de connexion en boucle contournant en direc- tion de ladite face avant ledit moyen (110) de serrage. 10. Disjoncteur électrique selon la revendication 9, carac- térisé par un étrier (104) de serrage entourant ladite plage (106) de connexion et monté à coulissement suivant une direc- tion perpendiculaire à ladite face avant à l'intérieur d'un alvéole (114) rectangulaire dudit bottier, ledit conducteur (24) de connexion s'étendant le long du contour interne du- dit alvéole en présentant à partir de la plage de connexion (106) une branche s'étendant le long de la face latérale étroite du bottier en direction de la face avant, une branche transversale parallèle à ladite face avant et une branche interne qui se prolonge au-delà du contact fixe (22) vers la face arrière du bottier.