Brevet FR2607964A1 — publié le 19880610

La présente invention concerne un ensemble de déclen- chement magnétique par effet thermique pour des disjoncteurs à boîtier moulé. Un disjoncteur de circuit en boîtier moulé qui comporte un ensemble de déclenchement magnétique par effet thermique dans lequel l'armature se présente sous la forme d'une plaque métallique plate montée à proximité des extrémités supéri- eures d'un aimant en forme de U est l'objet d'une description dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 817 213 intitulée "Interchangeable Mechanism For Molded Case Circuit Breakers" (Mécanisme interchangeable pour disjoncteur en boîtier moulé). L'aimant en forme de U décrit dans cette demande est disposé autour d'une paire de bilames pour interaction magnétique avec une armature plane mobile lorsque le courant traversant le disjoncteur dépasse un certain seuil. La demande précédente de brevet est incorporée ici à titre de référence et doit être revue pour obtenir une bonne description de l'interaction entre l'ensemble de déclenche- ment et le mécanisme de manoeuvre permettant de déclencher le disjoncteur dans des conditions de surcharge prédéterminées. La partie bilame de l'ensemble de déclenchement répond à une surcharge d'un premier ordre de grandeur qu'on laisse persister pendant un laps de temps prescrit avant qu'il y ait articulation du mécanisme de manoeuvre dans le but d'ouvrir les contacts. L'ensemble de déclenchement magnétique répond à 2 - des surcharges, par exemple à un court-circuit d'une inten- sité supérieure de plusieurs ordres de grandeur. Dans certaines applications, il est souhaitable que le disjoncteur déclenche lorsqu'une surcharge d'une intensité inférieure au courant de court-circuit se produit dans un laps de temps inférieur à celui fourni par le bilame. La présente invention a pour objet un ensemble de déclenchement magnétique par effet thermique dans lequel on réduit les seuils de déclen- chement de l'ensemble magnétique au moyen d'une meilleure attraction magnétique entre l'armature et l'aimant. La présente invention comprend un ensemble de déclen- chement magnétique par effet thermique du type contenant une barrette de charge façonnée à laquelle est fixée la barrette d'un bilame. Un aimant en forme de U est disposé autour de la barrette du bilame et l'armature correspondante en forme de U est disposée de manière à pouvoir se déplacer à proximité de l'aimant. L'armature en forme de U présente une grande surface pour l'interaction magnétique avec l'aimant et, par conséquent, augmente la force magnétique d'attraction s'exer- cant entre eux. La suite de la description se réfère aux figures annexées représentant respectivement: figure 1, une vue de côté d'un disjoncteur utilisant l'ensemble de déclenchement magnétique par effet thermique, selon la présente invention; figure 2, une vue en perspective de dessus, en projection isométrique, de l'ensemble de déclenchement de la figure 1; figure 3A, une vue de dessus de l'aimant et de l'armature utilisés dans l'ensemble de déclenchement de la figure 2, l'armature chevauchant intérieurement l'aimant; figure 3B, une vue de dessus de l'aimant et de l'armature utilisés dans l'ensemble de déclenchement de la figure 2, l'armature chevauchant extérieurement l'aimant; figure 3C, une vue de dessus d'une variante de - 3 - réalisation de l'aimant et de l'armature décrits en figure 2 figure 4, une vue de dessus en perspective, en projection isometrique d un autre mode de réalisation de l'ensemble de déclenchement de la figure 2, figure 5, une vue de dessus de l'ensemble de déclenchement de la figure 4, figure 6, une courbe représentant la variation de la force magnétique s'exerçant entre l'aimant et l'armature en fonction de la longueur des bras latéraux de cette der- nière; et figure 7, une courbe de la relation entre la force magnétique et la distance de séparation entre la lamelle de charge et l'aimant. En figure 1, on a représenté un disjoncteur 10 en bottier moulé, constitué d'un boîtier 11 en matériau plas- tique auquel la liaison électrique entre un bras 16 de charge comportant un contact mobile 17 est réalisée au moyen d'une borne à tige 12, d'une lamelle 13 de charge d'une lamelle métallique conductrice 14 par exemple un élément thermique- ment sensible tel qu'un bilame et d un conducteur 15 en treillis métallique sous gaine caoutchouc. Le raccordement électrique du disjoncteur est completé par un contact fixe 18 qui est relié à une vis 20 de borne de ligne au moyen d'une lamelle 19. Le bras 16 à contact mobile est relié à une poignée de manoeuvre 25 au moyen d une biellette inférieure 21, d'une biellette supérieure 22, d-un ressort de manoeuvre 23 et d'un étrier 24 de poignée. Les biellettes supérieure et inférieure sont reliées en pivotement au moyen d'un axe de pivotement 26 auquel est connecté le ressort 23 et qui aide à la détente brusque des biellettes lorsque la poignée se trouve sur la position MARCHE, comme cela est indiqué. Les contacts sont maintenus à l'état fermé à l'encontre de la sollicitation exercée par le ressort détendu de manoeuvre par suite de la venue en contact de l'extrémité en forme de crochet du berceau 28 et de la surface inférieure d un loquet primaire 27. Un loquet secondaire 29 interfère avec la sur- - 4 - face arrière 30 du loquet primaire pour éviter le désengage- ment entre l'extrémité à crochet du berceau 28 et le loquet primaire. Un ensemble de declenchement magnétique 34, compor- tant une armature 33, est disposé autour du bilame 14 pour commander l'opération de déclenchement lors de l'apparition d'un état de surcharge. En figure 2, on a représenté l'ensemble de déclen- chement magnétique 34, avec laimant 32 constitué d'une seule plaque d'acier aimantable ayant la forme d'un U défini par une anse ou plaque 55 avec une paire de bras latéraux magné- tiques 35 et 36 perpendiculaires à cette dernière L'aimant est fixé à la lamelle de charge 13 au moyen d'une vis ou d'un rivet 38 traversant un trou 37 ménagé dans la plaque arrière de l'aimant et dans un trou correspondant 39 pratiqué dans la lamelle de charge. Une entretoise 38A est insérée entre la lamelle de charge et l'aimant de manière à fixer l'espace- ment, comme on le décrira ultérieurement plus en détail. La lamelle de charge est connectée à un circuit électrique extérieur au moyen de la borne à tige 12. Lorsque le courant traverse la lamelle de charge un champ électromagnétique est induit dans l'aimant et part des extrémités des bras latéraux dans la direction indiquée. Le bilame est fixe à l'extrémité supérieure de la lamelle de charge par brasage ou soudage et s'étend parallèlement à cette lamelle pour se déplacer dans une première direction et venir en contact avec une barre de déclenchement 31 de manière à articuler le mécanisme de manoeuvre pour l'ouverture des contacts lorsqu'il y a dépas- sement d'une valeur de seuil pour le courant. Dans certaines conceptions de disjoncteurs, le bilame est remplacé par un élément façonné à mémoire de manière à éviter la nécessité de procéder à un étalonnage thermique. L'armature 33 est dispo- sée au sommet du bilame et de la lamelle de charge en plaçant des pattes 44, 45 qui sont découpées partiellement dans les bras latéraux 46, 47 pour pénétrer dans des ouvertures trian- gulaires correspondantes 40, 41 ménagées dans les bras laté- -5- raux 35, 36 de l'aimant 32. Un ressort de compression 51 est monté entre un téton- 53 en saillie sur la partie supérieure du bilame et un téton correspondant 52 en saillie sur une partie supérieure de l'armature plate 56 entre les bras latéraux 46, 47. Le ressort 51 sert à régler l'entrefer entre les faces antérieures des bras latéraux de l'armature et les faces antérieures des bras latéraux de l'aimant. En cas de dépassement de la valeur de seuil du courant traversant la lamelle de charge, la force magnétique développée à l'inté- rieur de l'aimant attire les bras latéraux de l'armature pour les éloigner des pattes de support 42, 43 et les appliquer contre les c6tés en rampe 48, 49 des fentes triangulaires 40, 41, amenant l'armature 56 en contact avec la partie supé- rieure 50 de la barre de déclenchement afin d'articuler le mécanisme de manoeuvre du disjoncteur. On remarquera le mieux la relation de chevauchement entre les bras latéraux de l'armature et les bras latéraux de l'aimant en se reportant à la figure 3A, dans laquelle une première paire d'entrefers 57A, 57B est établie entre les faces antérieures des bras latéraux 46, 47 de l'armature et la plaque 55 de l'aimant et une seconde paire d'entrefers 58A, 58B entre les c6tés des bras latéraux 46, 47 et les c6tés des bras latéraux 35, 36 de l'aimant. Le ressort 51 de l'armature, disposé au sommet du bilame 14 et de la lamelle de charge 13, établit de façon précise la valeur des entre- fers 57A, 57B. L'entrefer 65 défini entre la surface inté- rieure de la zone plane de l'armature et les faces anté- rieures des bras latéraux 35, 36 de l'aimant est en corréla- tion avec l'armature de l'art antérieur qui ne comporte pas de bras latéraux. L'entretoise 38A établit l'entrefer 62 entre l'aimant plat 55 et l'élément de passage du courant tel que le bilame 14. Sur les figures 3A et 3B on peut voir que les bras latéraux de l'aimant 35, 36 sont perpendiculaires à la plaque 55 et les bras latéraux de l'armature 46, 47 sont perpendi- Culaires à la plaque 56. De plus, l'armatureenU comporte une -6- patte 44, 45 sur chacun de ses bras latéraux 46, 47 qui s'engage dans une fente complémentaire 40, 41 formée dans chaque bras latéral 35, 36 de l'aimant. En figure 3B, on a représenté l'agencement des bras latéraux 46, 47 de l'armature lorsqu'ils sont à l'extérieur des bras latéraux 35, 36 de l'aimant. On obtient l'effet bénéfique qu'apporte le chevauchement entre les bras latéraux de l'armature et de l'aimant, que les bras de l'armature soient à l'intérieur ou à l'extérieur de ceux de l'aimant. L'agencement de l'ensemble de déclenchement magné- tique 34, illustré en figure 3C, contient une paire de bras latéraux d'armature 46, 47 formant un angle 59 avec l'arma- ture plane d'une valeur inférieure à 90 , alors que les bras latéraux 35, 36 de l'aimant forment un angle 60 avec l'aimant plat 55 qui est supérieur à 90 . En général, les bras latéraux de l'aimant 35, 36 sont plus longs que les bras latéraux de l'armature 46, 47. Comme le montrent les figures 3A-C les bras latéraux d'arma- ture 46, 47 sont disposés à une distance prédéterminée des bras latéraux 35, 36 de l'aimant. On a également déterminé que les forces magnétiques s'exerçant entre l'armature et les aimants sont augmentées lorsqu'on éloigne l'armature de l'aimant par rapport au moyen classique de montage des pattes de l'armature à l'intérieur des fentes triangulaires. On insère dans l'aimant 32 un élément rapporté amagnétique 70 en laiton ou en plastique et l'y maintient au moyen d'arrêts 72 formés sur les bras laté- raux de l'élément rapporté et d'ouvertures correspondantes 73 ménagées sur les bras latéraux de l'aimant, comme cela est représenté en figure 4. Des fentes de support 71 pratiquées dans les côtés latéraux de l'élément rapporté s'étendent au-delà des bras latéraux de l'aimant et reçoivent les pattes correspondantes 44, 45 formées sur les bras latéraux de l'armature. La longueur des bras latéraux de l'élément rap- -7- porté définit la valeur de l'entrefer entre l'armature et l'aimant, alors que la position des arrêts 72 et des ouver- tures 73 définit l'espacement entre le bilame 14 (figure 2) et l'aimant. On pense que la plus grande force magnétique exer- cée par l'aimant sur l'armature est due à l'accroissement de la longueur ou 'face polaire' présentée à l'aimant par les bras latéraux en chevauchement de l'armature. Cet agencement permet un plus grand chevauchement sans modification de la longueur géométrique hors-tout de l'ensembVe de déclenchement magnétique 34. Une comparaison entre une armature constituée d'une plaque selon l'art antérieur, dans laquelle la longueur des bras latéraux est nulle, est obtenue en se référant à la figure 6 dans laquelle la force magnétique agissant sur l'armature est représentée en fonction de la longueur des bras latéraux de l'armature, définie en pourcents de cette longueur par rapport à la longueur des bras latéraux de l'aimant y compris l'épaisseur de l'entrefer 65 illustré dans les figures 3A-3C. On remarquera que lorsqu'on augmente la longueur des bras latéraux de l'armature au-delà d'un certain pourcentage des bras latéraux de l'aimant, la force magné- tique agissant sur l'armature commence à diminuer. On pense que lorsqu'on augmente les bras latéraux de l'armature au-de- là d'une certaine longueur définie, la force magnétique de l'attraction s'exerçant entre les bras latéraux de l'aimant et les bras latéraux de l'armature devient principalement dirigée dans le sens latéral, comme cela est représenté par les flèches 63A, 63B représentatives en figure 3 des vecteurs des forces latérales, plut6t que vers l'avant comme cela est indiqué par les flèches 64A, 64B représentatives de vecteurs de forces transversales. Tout chevauchement entre les bras latéraux de l'armature et les bras latéraux de l'aimant augmente par conséquent la force magnétique d'attraction jusqu'à une valeur du chevauchement atteignant 75%. Une nouvelle augmen- tation du chevauchement peut même provoquer alors l'opposi- -8- tion des forces magnétiques et empêcher que l'armature ne se déplace vers l'aimant, le chevauchement optimum étant, comme cela est indiqué, de l'ordre de 40-60%. D'une manière générale, les bras latéraux d'arma- ture 46, 47 chevauchent les bras latéraux d'aimant 35, 36 de plus de 1% de la longueur des bras latéraux d'aimant 35, 36 à moins de 75% de cette longueur. De préférence, les bras latéraux d'armature 46, 47 chevauchent les bras latéraux d'aimant 35, 36 de 20 à 60% de la longueur des bras latéraux d'aimant. L'effet de l'attraction magnétique entre l'armature et l'aimant peut également être modifié en ajustant la dis- tance de séparation 62 entre l'aimant plat 52 et le bilame 14, cet effet pouvant être vu en se reportant aux figures 3A et 7. Le profil 62 de la force magnétique reflète la varia- tion de la force magnétique exercée sur l'armature pour toute distance de séparation entre l'aimant et le bilame au-dessus d'une distance de séparation avec entrefer nul o le bilame est contigu à l'aimant. On a représenté la distance de sépa- ration par le rapport entre cette distance et la longueur des bras latéraux de l'aimant. On peut voir, en comparant la force magnétique exercée par l'aimant sur l'armature consi- dérée comme égale à l'unité pour une distance de séparation nulle, lorsque l'aimant est directement fixé au bilame sans entretoise intermédiaire, que la force croît avec la distance de séparation. D'une manière générale, la distance de séparation entre le conducteur métallique (bilame 14) et l'aimant 52 varie de plus de 1% à moins de 90% de la longueur des bras latéraux de l'aimant 35, 36. On vient donc de montrer qu'on peut augmenter la force de déclenchement magnétique en fournissant une armature qui comporte des bras latéraux qui chevauchent, en partie, les bras latéraux d'un aimant entourant un élément de passage du courant tel que le bilame ou la lamelle de charge dans des ensembles de déclenchement magnétiques par effet thermique. - 9 - REVENDICATIONS 1. Ensemble de déclenchement magnétique (34) pour disjoncteur en boîtier moulé (10), caractérisé en ce qu'il comprend: un conducteur métallique connecté électriquement en série dans un circuit électrique; un aimant en forme de U (32) constitué d'une première plaque métallique (55) avec une première paire de bras s'étendant latéralement (35, 36) enfermant une partie du conducteur métallique (14) et induisant âne force magnétique dans une première direction lors du passage d'un courant dans ce conducteur; et une armature en forme de U (33) en relation magnétique avec l'aimant, constituée d'une seconde plaque métallique (56) avec une seconde paire de bras s'étendant latéralement (46, 47), les premier et second bras s'étendant latéralement étant disposés de manière à se chevaucher, l'armature étant attirée par l'aimant lorsque le courant du circuit dépasse une première valeur de seuil. 2. Ensemble de déclenchement magnétique (34) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'aimant sont plus longs que les bras latéraux de l'armature. 3. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'aimant sont disposés à l'intérieur des bras latéraux de l'armature. 4. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'armature sont disposés à l'intérieur des bras latéraux de l'aimant. 5. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'armature sont disposés à une distance prédéterminée des bras latéraux de l'aimant. 6. Ensemble de déclenchement magnétique selon la - 10 - 2607964 revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'armature chevauchent les bras latéraux de l'aimant suivant une valeur comprise entre 1% de plus que la longueur des bras latéraux de l'aimant et 75% de moins que la longueur des bras latéraux de l'aimant. 7. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant est disposé à une distance de séparation prédéterminée du conducteur métallique de manière à augmenter la force magnétique développée à l'intérieur de l'aimant. 8.Ensemrble de déclenchement magnétique selon la reven- dication 7, caractérisé en ce que la distance de séparation entre le conducteur métallique et l'aimant varie entre une valeur de 1% supérieure à une valeur de 90% inférieure à la longueur des bras latéraux de l'aimant. 9. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'armature chevauchent les bras latéraux de l'aimant entre une valeur comprise entre 20 et 60% de la longueur des bras latéraux de l'aimant. 10. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'aimant s'étendent à partir de la première plaque métallique en formant un angle supérieur à 90 . 11. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1. caractérisé en ce que les bras latéraux de l'armature s'étendent à partir de la seconde plaque métal- lique suivant un angle inférieur à 90 . 12. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras latéraux de l'aimant s'étendent perpendiculairement à la première plaque et les bras latéraux de l'armature s'étendent perpendi-- culairement à la seconde plaque. 13. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un - 11 - ressort (51) interposé entre l'aimant et l'armature pour régler la distance séparant les bras latéraux de l'aimant et les bras latéraux de l'armature. 14. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lamelle métallique conductrice comprend un élément sensible à la chaleur qui est disposé de manière à se déplacer dans une première direction lorsque le courant du circuit dépasse une seconde valeur de seuil. 15. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'élément sensible à la chaleur est un bilame ou un élément façonné à mémoire. 16. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé enceque l'armatureen forme de Ui comprend une patte (44, 45) s'étendant à partir de chacun des bras latéraux de l'armature qui s'engage dans une fente complémentaire (40, 41) ménagée dans chacun des bras latéraux de l'aimant. 17. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un élément rapporté amagnétique (70) interposé entre l'aimant et l'arma- ture. 18. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'élément rapporté amagnétique est en matériau plastique ou en laiton. 19. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'élément rapporté comprend une paire d'arrêts (72) disposés sur les bras latéraux opposés, qui sont formés sur l'élément rapporté, et une paire d'ouvertures (73) ménagées dans l'aimant, les arrêts étant maintenus à l'intérieur des ouvertures. 20. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'élément rapporté est disposé à l'intérieur de l'aimant et supporte l'armature en pivotement. - 12 - 2607964 - 12 - 21. Ensemble de déclenchement magnétique selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'élément rapporté est disposé à l'intérieur de l'armature et est supporté en pivotement par l'aimant.