Brevet FR2522871A1 — publié le 19830909

Electro-aimant à courant continu, en particulier pour contacteur. L'invention concerne un électro-aimant, en particulier pour un contacteur ayant une bobine excitée par un courant continu et un circuit magnétique comprenant une culasse fixe et une armature mobile guidée qui sont toutes deux en forme de E, et où les surfaces polaires principales de la jambe centrale du E sont symétriquement inclinées en forme de V par rapport à un axe de symétrie et de déplacement central, tandis que les surfaces polaires secondaires des jambes externes ne sont pas perpendiculaires à cet axe. De tels électro-aimants sont particulièrement adaptés à la commande des interrupteurs de contacteurs. On connaît déjà, par exemple par la demande de brevet français No 77 31242 déposée le 18 Octobre 1977 pour "Electro-aimant pour contacteur alimenté en courant continu" par la Demanderesse, des circuits magnétiques répondant à la constitution générale mentionnée ci-dessus et où les surfaces polaires ds jambes externes de la culasse et de l'armature sont également inclinées par rapport à l'axe de symétrie ; cette disposition laisse subsister entre ces surfaces polaires un entrefer dont la présence diminue, pour un nombre déterminé dampère-tQurs de la bobine, le flux et, par conséquent, la force d'attraction. Si l'on peut se satisfaire de tels entrefers lorsque la puissance consommée par la bobine n'est pas critique, il est nécessaire de réduire autant que possible la réluctance totale du circuit magnétique où sont placés les entrefers lorsque la puissance dont peut disposer la bobine devient plus faible et lorsque la course d'attraction doit conserver une valeur suffisante pour actionner des interrupteurs et assurer la qualité de leur isolement à l'état ouvert. I1 n'est, par ailleurs, pas possible de diminuer l'entrefer de travail au dessous de certaines valeurs lorsqu'on veut obtenir une course déterminée de l'armature, de sorte que les seules mesures qui puissent être prises portent sur la réduction des entrefers secondaires ou- -;-t places en~~serle avec l'entrefer de travail Lorsqu'on diminue ces entrefers secondaires par une certaine inclinaison des surfaces polaires correspondantes, les tolérances de fabrication qui affectent les surfaces de guidage de l'armature prennent une importance relative plus grande, de sorte qu'une variation dissymétrique des entrefers; peut apparaître au niveau de ces surfaces polaires secondaires et produire des coincements dus à l'apparition de forces d'attraction latérales non symétriques ; ces dissymétries pourraient être combattues par un guidage très soigneux de l'armature et par une orientation très précise de la culasse ; mais ces mesures, qui sont techniquement coûteuses, finissent par perdre leur efficacité avec l'usure inévitable des surfaces de guidage. L'invention se propose de fournir un électro-aimant présentant la constitution générale mentionnée ci-dessus, mais dans lequel des mesures seront prises pour réduire les entrefers secondaires et pour conserver à ceux-ci, aussi longtemps que possible, les valeurs précises données à l'origine, grâce à une réduction de l'-influence des tolérances de fabrication de l'appareil qui utilise cet électroaimants. Selon l'invention, ce résultat est obtenu grâce au fait que les surfaces polaires secondaires des branches externes de la culasse et, respectivement, de l'armature, sont parallèles à cet axe, l'une de deux de ces surfaces en regard étant rectifiée et se trouvant séparée de l'autre par un très faible entrefer secondaire qui est occupé, au moins partiellement, par une épaisseur d'une matière plastique présentant un faible coefficient de frottement avec ladite surface rectifiée et participant au guidage des mouvements de l'armature. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après. Au dessin annexé la figure 1 est une vue en élévation où la bobine est coupée d'un électro-aimant conforme à un premier mode de réalisation de l'invention la figure 2 représente, en coupe par le plan brisé SS' de la figure 1, une vue de côté de l'électro-aimant selon cette figure ; la figure 3 montre en élévation les éléments du cir cuit magnétique de l'électro-aimant selon la figure 1, dans l'état d'attraction la figure 4a représente, dans une vue de côté en coupe correspondant à celle passant par le plan W' de la figure 1, une partie des moyens de guidage utilisés avec un électro-aimant conforme à celui représenté à la figure 5 la figure 4b est une vue partielle d'un détail de la figure 4a la figure 5 représente en élévation un second mode de réalisation d'un électro-aimant selon l'invention ;; les figures 6 et 7 représentent un détail de la figure 5, en élévation et respectivement en vue de dessus coupée par le plan TT'; les figures 8 et 9 montrent, respectivement en éléva tion et en vue de dessus coupée par un plan QQ', un détail d'un troisième mode de réalisation d'un élec tro-aimant selon l'invention ; la figure 10 représente, en élévation, un détail rela tif à la position respective que peuvent prendre deux pièces d'un électro-aimant selon les figures 5, 6 et 7, au cours d'un léger désalignement ; et la figure 11 montre une variante d'exécution d'une partie de l'électro-aimant selon le premier mode de réalisation. Un électro-aimant 1 conforme à l'invention et visible à la figure 1, où il est utilisé dans un contacteur 2, comprend une culasse fixe 3 en forme de E, une bobine 4 et une armature mobile 5 également en forme de E. La culasse 3 est retenue dans un boîtier 6, par exemple à l'aide d'une goupille transversale 7 qui présente deux extrémités 8, 9 placées dans des rainures parallèles 10, 11 de ce boîtier (voir aussi figure 2) ; une branche centrale 12 de la culasse présente une entaille 13 en forme de V ; les deux branches extérieures parallèles 14, 15 ont des extrémités 16, 17 qui présentent une largeur "g" inférieure à la largeur "h" des racines 18, 19 de ces branches ; la goupille 7 est avantageusement disposée selon un axe de symétrie XX' passant par l'entaille et traverse une base 20 de la culasse, qui relie les branches dans une direction perpendiculaire au plan médian P passant les trois branches et par l'axe de symétrie. L'armature 5 comporte une branche centrale 21 et deux branches extérieures parallèles 22, 23 reliées par une traverse 24 ; les extrémités 25, 26 des branches extérieures ont une largeur "m" voisine de la largeur "g" et la branche centrale présente une saillie 27 en forme de V ayant le même angle que celui de l'entaille 13. Lorsque l'armature et la culasse sont associées, la saillie 27 pénètre dans l'entaille 13, tandis que les extrémités des branches extérieures se placent latéralement et parallèlement en regard l'une de l'autre. Lorsque la bobine 4 n'et pas excitée par un courant, etque, par suite, l'armature n'est pas attirée par la culasse, un ressort de rappel 28 donne à cette armature une position de repos R, qui est celle visible sur cette figure, par exemple par appui contre des butées 29, 30 du boîtier. Dans cette position de repos R, un entrefer principal ou entrefer de travail 31, de largeur "d", sépare la saillie et l'entaille en forme de V ; compte tenu de l'inclinaison des surfaces polaires principales 32, 33 entre lesquelles est placé cet entrefer principal, une course "p" supérieure à "d" devra être effectuée par l'armature au moment de l'excitation de la bobine pour que ces surfaces 32, 33 s'appliquent l'une sur l'autre ; ces deux surfaces peuvent être avantageusement rectifiées. Deux entrefers secondaires 34, 35, ayant chacun une largeur "e" très inférieure à "d", sont formés entre deux paires de surfaces polaires en regard 36, 37 et 38, 39, qui sont placées sur les extrémités 16, 26 et respectivement 17, 25, l'une au moins de ces surfaces polaires en regard étant rectifiée. Entre ces surfaces polaires secondaires, qui sont parallèles entre elles et parallèles à l'axe XX' et par conséquent, dans les entrefers 34,35, sont disposés deux rubans 40, 41 d'une matière plastique présentant un faible coefficient de frottement avec l'acier utilisé pour fabriquer l'armature ou la culasse. Des matières appartenant à la famille des polytétrafluoréthylènes, telle que le "TEFLON" conviennent à la réalisation de ce ruban. Ce ruban a pour fonction, d'une part, d'assurer la régularité et la symétrie des entrefers secondaires et, d'autre part, d'assurer le guidage des mouvements de l'armature, ou de participer à ce guidage. Au cours de ces déplacements, les surfaces polaires rectifiées glissent avec un jeu très réduit sur ces rubans qui sont eux-mêmes rendus solidaires de la partie du circuit magnétique, culasse ou armature, qui ne porte pas obligatoirement des surfaces polaires rectifiées. L'un des intérêts de cette disposition des entrefers secondaires est de pouvoir donner à ceux-ci une valeur très réduite et identique, de sorte que le flux nécessaire à l'attraction peut être diminué et que, les flux circulant dans les branches externes étant pratiquement identiques, les efforts d'attraction latéraux, qui se développent entre les surfaces polaires correspondantes, sont pratiquement identiques et de sens opposés ; aucun déséquilibre latéral n'est ainsi communiqué à l'armature. Les précautions usuelles destinées à éviter la présence de zones de saturation magnétique dans les extrémités des branches sont également prises, et consistent par exemple en un choix judicieux des largeurs "g" et "m", de l'épaisseur "q" du paquet de tôles magnétiques et de la hauteur "t" des surfaces polaires en regard. Lorsque l'armature est complètement attirée en position de travail T, les surfaces 32, 33, éventuellement rectifiées, viennent en contact, tandis que des surfaces d'extrémité transversales des branches telles que 37', 26' et 16', 36' sont séparées par un entrefer résiduel voisin de la valeur "e" donnée aux entrefers secondaires d'anti-rémanence (voir figure 3) ; une échancrure 13' peut être prévue dans le fond de l'entaille 13, pour faciliter la pénétration de la pointe 27' de la saillie 27. Dans un mode de réalisation ayant donné -satisfaction, l'entrefer principal "d" a une largeur au repos voisine de 1,3 mm pour une course de 3,5 mm et les entrefers secondai res ont une largeur "e" voisine de 0,2 mm. Une telle réalisation de l'électro-aimant où l'armature est partiellement guidée par la culasse 5 confère à celle-ci trois degrés de liberté : l'un selon une direction F du plan P, parallèle à XX' ; l'autre selon une direction G perpendiculaire à ce plan P (voir figure 2), et le troisième autour d'un axe YY' situé dans le plan P, perpendi-culairement à XX'. Lorsque l'électro-aimant 1 est utilisé dans un contacteur 2, l'armature 5 est généralement associée directement à un porte-contact 42 qui présente des surfaces de glissement, telles que 43, 44 et 45, 46, qui coopèrent avec des surfaces de guidage 47, 48, respectivement 49, 50, appartenant au bottier 6 ou à une chambre d'arc solidaire de celui-ci. Si ces surfaces de guidage et de glissement nlassurent pas un déplacement parfaitement parallèle à l'axe XX', des frottements peuvent apparaître entre les extrémités des branches et produire des coincements ou une usure rapide des rubans en matière plastique. Compte tenu des tolérances de fabrication relativement grandes que l'on souhaite donner aux pièces d'appareils fabriqués en grande série, il est donc utile de donner à la culasse ou à l'équipage mobile comprenant le porte-contact et l'armature, des moyens de réaliser un alignement naturel de l'ensemble des surfaces de guidage. Si l'équipage mobile, comprenant l'armature et le portecontact, est parfaitement guidé par le boîtier 6, un tel moyen est fourni par exemple par les rainures 10, 11 du boîtier et par la goupille 7 de la culasse, qui permettent à celle-ci de se déplacer dans la direction G -et de pivoter autour d'un premier axe ZZ', perpendiculairement au plan P et/ou autour d'un second axe WW' contenu dans le plan P et légèrement incliné par rapport à XX'. Si, au contraire de l'exemple précédent, (voir figure 4a), une culasse 3' est fixée fermement dans un boîtier 6', les surfaces telles que 43, 44 ne devront pas s'appliquer sur des surfaces telles que 47 et, respectivement 48, mais un guidage complémentaire devra limiter les éventuels déplacements de l'équipage mobile, soit autour de l'axe YY', soit parallèlement à G. Un tel guidage peut être opéré dans un électro-aimant 1' soit uniquement par des surfaces telles que 45', 46' appartenant au porte-contact 42' (voir figure 4a) et 49', 50' appartenant au boîtier 6', soit à l'aide de telles surfaces et de surfaces complémentaires 52, 53 et 54, 55 placées respectivement sur les extrémités de branches 26" et sur des pièces de guidage 54', 55' fixées sur les extrémités 14" de branches 3', par exemple à l'aide de rivets tels que 14- (voir figure 4a et 4b). Les rubans de matière plastique peuvent être localisés et immobilisés en faisant appel à différents procédés. En raison de la très faible épaisseur des entrefers secondaires (qui est de l'ordre de 0,2 mm) on pourra effectuer un dépôt d'une couche de "TEFLON" sur une surface polaire secondaire non nécessairement rectifiée, les aspérités qui se présentent naturellement sur des tôles magnétiques découpées et empilées favorisant l'adhésion de cette couche ; toutefois, une couche déposée sur une surface rectifiée présentera une meilleure garantie de planéité. On peut encore utiliser des rubans souples de matière appropriée qui seront collés sur l'une des deux surfaces rectifiées entre lesquelles est placé l'entrefer secondaire. Le ruban de matière plastique peut également se présenter sous la forme d'une feuille découpée et pliée 56 amovible, (voir figures 8 et 9), fixée par exemple sur chaque extrémité 57 de branche extérieure telle que 58 appartenant à une culasse, à l'aide de parois latérales parallèles 61, 62, perpendiculaires à la surface polaire 63, coopérant avec des moyens de fixation faisant saillie latéralement sur cette partie du circuit magnétique ; ces moyens peuvent être des clous 64, 65 de matière appropriée plantés dans une ouverture latérale 66 de la branche concernée. Dans un électro-aimant 1", la masse de matière plastique disposée dans chaque entrefer secondaire peut avantageusement être constituée par un bâtonnet 67 de "TEFLON", (voir figure 5, 6, 7) qui est introduit dans une rainure 68 de la branche externe 71 de la culasse 72 se trouvant au voisinage d'une surface polaire secondaire 69 non rectifiée sur laquelle elle débouche et qui circule parallèlement à la surface polaire rectifiée 70 frottant sur ce bâtonnet. Le bâtonnet peut également être disposé sur l'armature 73 si la surface polaire 69 est rectifiée. La section de cette rainure prendra avantageusement une forme cylindrique de diamètre "b" ayant une profondeur "a" supérieure au rayon, de façon à retenir le bâtonnet, la largeur "r" de l'ouverture de cette rainure étant inférieure à la dimension transversale "b" deu bâtonnet. Un tel mode de réalisation présente, non seulement l'avantage d'une mise en oeuvre industrielle à bon marché, mais encore, celui de permettre à l'armature, en position ouverte, d'effectuer, par rapport à la culasse, une légère rotation relative "Phi" autour d'un axe perpendiculaire au plan P (voir figure 10); cette propriété confère donc une plus grande insensibilité à l'électro-aimant vis à vis des dispersions des cotes de fabrication. Dans le mode de réalisation selon les figures 1 ou 3, l'épaisseur de matière plastique s'étend sur toute la hauteur "t" et toute la largeur q n de la surface polaire il est également possible, comme représenté à la figure 11, de déposer ou de coller une multiplicité discontinue de petites épaisseurs de matière plastique appropriée 40' sur la surface polaire 37 et ce, soit sous une forme ponctuelle, soit sous la forme de petits segments parallèles ; la couche déposée ou collée peut également présenter une multiplicité de petites ouvertures, de perforations, de cavités, ou de pores aptes à retenir de faibles quantités d'un lubrifiant approprié. Revendications de brevet 1. Electro-aimant ayant une bobine excitée par un courant continu et un circuit magnétique comprenant une culasse fixe et une armature mobile guidée qui sont toutes deux en forme de E, les surfaces polaires principales des jambes centrales du E étant symétriquement inclinées en forme de V par rapport à un axe de symétrie et de déplacement central (XX'), tandis que les surfaces polaires secondaires des jambes externes ne sont pas perpendiculaires à cet axe, caractérisé en ce que les surfaces polaires secondaires (37, 39) et (36, 38) des branches externes (14, 15) respectivement (22, 23) de la culasse (3) et de l'armature (5) sont parallèles à cet axe (XX'), l'une de deux de ces surfaces en regard étant rectifiée et se trouvant séparée de l'autre par un très faible entrefer secondaire (34, 35), qui est occupé, au moins partiellement, par une épaisseur d'une matière plastique solidaire de l'armature ou de la culasse, et présentant un faible coefficient de frottement avec ladite surface rectifiée pour participer au guidage des mouvements de l'armature. 2. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière plastique s'étend sur toute la surface polaire ("t x q") secondaire et présente une épaisseur correspondant à celle de l'entrefer secondaire ("e"), tout en laissant subsister un jeu transversal très faible. 3. Electro-aimant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite matière plastique est appliquée par collage ou dépôt permanent d'un ruban , respectivement d'une couche (40) de matière de la famille des polytétrafluoréthylènes, sur une surface polaire secondaire (37) faisant face à la surface polaire rectifiée (36). 4. Electro-aimant selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite matière plastique se présente sous la forme d'une feuille (40) amovible qui est disposée contre une première surface polaire secondaire (37 ou 36) faisant face à la seconde surface polaire secondaire rectifiée (36 ou 37) et fixée sur la partie de circuit magnétique fixe ou mobile (3 ou 5) qui porte cette première surface. 5. Electro-aimant selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite feuille amovible (56) présente des parois latérales (61, 62) repliées par rapport aux plans des surfaces polaires secondaires et coopèrant avec des moyens de fixation (64, 65) faisant saillie sur ladite partie de circuit magnétique (57, 58). 6. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière plastique s'étend sur une partie de la surface polaire secondaire "t x q") et présente une épaisseur correspondante à celle de l'entrefer secondaire "e", tout en laissant subsister un jeu transversal très faible. 7. Electro-aimant selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite matière plastique se présente sous la forme d'un bâtonnet (67) enfoncé dans une rainure (68) parallèle à la surface polaire rectifiée (70) et débouchant sur la surface polaire (69) qui lui fait face, cette rainure ayant une largeur d'ouverture "r" inférieure à une dimension transversale "b" de ce bâtonnet. 8. Electro-aimant selon la revendication 6 et l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la couche, ou le ruban, ou la feuille de matière plastique sont pourvus de perforations ou de cavités.