Brevet FR2620265A1 — publié le 19890310

i 2620265 La présente invention concerne un ensemble magné- tique de déclenchement pour disjoncteur. Les disjoncteurs en boîtier moulé d'une puissance nominale permettant leur utilisation dans les résidences ou dans des applications industrielles à courant faible utili- sent des ensembles de déclenchement répondant thermiquement ainsi que magnétiquement en cas de surcharge et de court- circuit. L'élément thermique répond à des surcharges modé- rées, alors que l'ensemble magnétique de déclenchement répond à des surcharges importantes. Il est de pratique cou- rante dans l'industrie des dispositifs de protection des circuits de monter la partie aimant de l'ensemble magnétique de déclenchement autour de l'ensemble de déclenchement à bilame et de disposer l'armature de façon qu'elle constitue une partie du système d'enclenchement du disjoncteur. La partie aimant a généralement la forme d'un U et entoure la lamelle de charge ou l'élément thermique du disjoncteur et répond d'une façon semblable à celle d'un "moteur à encoche" en forme de U dans lequel les forces magnétiques induites dans l'aimant sont concentrées aux extrémités des bras magnétiques. L'armature plate est disposée perpendiculaire- 2- 2-2620265 ment aux bras avec un entrefer séparant les bras et l'armature afin d'établir la force magnétique. La force magnétique d'attraction s'exerçant entre l'armature et l'aimant est telle que sa valeur minimum se produit au moment du court-circuit car l'aimant et l'armature sont séparés de la distance la plus grande et que l'entrefer à réluctance élevée est à ce moment là maximum. Alors que l'armature se rapproche de l'aimant sous l'effet de la force d'attraction magnétique, la valeur de l'entrefer diminue, d'o une accélération rapide de la force magnétique effec- tive. La force magnétique se trouve à sa valeur maximum au moment du contact entre l'armature et l'aimant, instant auquel l'entrefer est effectivement réduit à zéro. On trouve un exemple d'ensemble magnétique et thermique de déclenche- ment dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 609 898. On a constaté que la sensibilité du déclenchement magnétique peut être nettement accrue en utilisant une paire d'aimants opposes dans laquelle l'un des aimants est fixe et l'autre peut se déplacer, d'une façon similaire à une arma- ture mais dans la direction opposée. Les forces magnétiques s'exerçant entre les aimants sont du type répulsion et par conséquent la force magnétique maximum se produit au moment de la surcharge et diminue ensuite alors que l'aimant mobile se déplace et que l'entrefer à réluctance élevée augmente à l'avenant. Dans la plupart des disjoncteurs, il est impor- tant de développer une force de déclenchement au moment o la surcharge se produit de façon que la force magnétique de déclenchement la plus élevée se développe instantanément. Dans certains disjoncteurs, l'ensemble thermique de déclen- chement est éliminé de sorte que les fonctions de déclenche- ment pour surcharge prolongée ainsi que pour les courts-cir- cuits sont assurées au moyen seulement d'un ensemble de déclenchement magnétique à dashpot. Un "dashpot" est un agencement dans lequel un plongeur magnétique est disposé à l'intérieur d'un liquide visqueux enfermé dans un récipient - 3 2620265 hermétique. Un enroulement de solénoide entourant le réci- pient produit une force magnétique proportionnelle au cou- rant du circuit. La viscosité du liquide fournit le temps de passage de la surcharge comme dans un ensemble thermique de déclenchement. Lors de l'apparition d'un court-circuit, la force magnétique développée par l'enroulement du solénoide est suffisante pour surmonter rapidement la vitesse dans le liquide et provoquer le déclenchement du disjoncteur. La présente invention a pour objet un ensemble magnétique simple de déclenchement répondant tant à des sur- charges qu'à des courts-circuits. L'ensemble magnétique de déclenchement pour dis- joncteur en boîtier moulé comprend un aimant qui est disposé autour de la lamelle de charge à une extrémité du disjonc- teur en proximité magnétique avec un second aimant placé autour de la lamelle de l'armature. Le courant traversant la lamelle de charge et la lamelle de l'armature produit des forces magnétiques opposées qui ont pour effet d'articuler le mécanisme de manoeuvre du disjoncteur lorsque le courant dépasse un certain seuil. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue de coté d'un disjoncteur à boî- tier moulé utilisant l'ensemble magnétique de déclenchement de la présente invention; Figure 2, une vue en perspective de dessus de l'ensemble magnétique de déclenchement dans le disjoncteur de la figure 1; Figure 3, une vue de dessus en coupe de l'ensemble magnétique de déclenchement de la figure 2 prise le long du plan 3-3; Figure 4, une vue avant en perspective d'un autre mode de réalisation de l'ensemble magnétique de déclenche- ment de la figure 2; et Figure 5, une vue avant en perspective d'un autre - 4 - 2620265 mode de réalisation de l'ensemble magnétique de déclenche- ment de la figure 2. En figure 1, on a représenté un disjoncteur 10 en boitier moulé constitué d'une enveloppe 11 en matériau plas- tique dans laquelle une liaison électrique avec une charge est effectuée au moyen d'une borne de charge 12 et d'une lamelle de charge 13. Le circuit à l'intérieur du disjonc- teur passe par une lamelle d'armature et un conducteur tressé 15 jusqu'à un bras auquel est fixé un contact mobile 17. La liaison électrique à travers le disjoncteur est com- plétée par un contact fixe 18, qui est relié par une lamelle de ligne 19 à la vis 20 d'une borne de ligne. Le bras 16 à contact mobile est relié à une poignée de manoeuvre 25 par l'intermédiaire d'une biellette inférieure 21, d'une biel- lette supérieure 22, d'un ressort d'actionnement 23 et d'un étrier 24 de la poignée. Les biellettes supérieure et infé- rieure sont reliées en pivotement au moyen d'un axe 26 auquel est connecté le ressort 23 et qui déplace les biel- lettes supérieure et inférieure au del& de leur centre lorsque la poignée de manoeuvre est placée sur la position "MARCHE" comme cela est indiqué. Les contacts sont maintenus dans la position fermée à l'encontre de la sollicitation exercée par le ressort détendu 23 sous l'effet du contact entre l'extrémité d'un berceau 28 avec la surface inférieure d'un loquet principal 27. Un loquet secondaire 29 interfère avec la surface arrière 30 du loquet principal pour éviter que l'extrémité du berceau 28 ne se détache du loquet prin- cipal. Le disjoncteur est semblable à celui décrit le brevet des EtatsUnis d'Amérique 4 679 016. Ce brevet est incorporé ici à titre de référence et on doit procéder à son examen pour obtenir une bonne compréhension de l'interaction du loquet et du mécanisme de manoeuvre. Une barre de déclen- chement 31 articule le ressort de manoeuvre 23 en déplaçant le loquet secondaire 29 pour le dégager du loquet principal - 5 - 2620265 27, permettant au berceau 28 de se libérer du loquet princi- pal et aux biellettes supérieure et inférieure 22, 21 de s'affaisser sous l'effet de la sollicitation du ressort d'actionnement pour amener le bras 16 à contact mobile et le contact mobile 17 à la position ouverte. Un ensemble magné- tique de déclenchement 34, selon la présente invention, com- prend un premier aimant 32 entourant une partie de la lamelle de charge 13 et fixé à celle-ci au moyen d'un rivet 33. Un second aimant 35 fixé par un rivet 36 est disposé en opposition magnétique avec le premier aimant 32. La force magnétique induite à l'intérieur du premier aimant lors du passage du courant dans la lamelle de charge s'oppose à la force magnétique induite dans le second aimant sous l'effet du passage du courant dans la lamelle d'armature 14. Lorsque le courant atteint le seuil de surcharge, les forces magné- tiques entraînent l'aimant 35 et la lamelle 14 contre la barre de déclenchement 31, provoquant le déplacement du loquet secondaire 29 et par conséquent articulant le ressort d'actionnement 23. Le réarmement du mécanisme d'actionnement du disjoncteur par déplacement de la poignée 25 au delà de la position "ARRET" pour que l'extrémité du berceau 28 vienne en contact avec le loquet principal 27, puis en pla- çant la poignée sur la position "MARCHE" afin de fermer les contacts 17, 18 et amener le ressort d'actionnement 23 à sa position de détente brusque a pour effet de ramener également la lamelle d'armature 14 à sa position d'origine. En figures 2 et 3 on décrit l'ensemble magnétique de déclenchement 34 pour détailler la configuration de la lamelle de charge 13, qui est reliée à l'une de ses extrémi- tés à la lamelle d'armature 14 par soudage ou brasage et comporte un trou traversant 43 dans une partie aplatie de son extrémité opposée afin de faciliter la connexion à la borne de charge 12 (figure 1). Comme on l'a décrit antérieu- rement, le premier aimant 32 est fixé à la lamelle de charge -6- 2620265 au moyen du rivet 33 et la lamelle de charge est assujettie par fixation à la borne 12 (figure 1), alors que la lamelle d'armature 14 fixée au second aimant 35 par le rivet 36 peut pivoter librement en même temps que le second aimant 35, lorsque le seuil du courant est dépassé et que des champs magnétiques opposés sont développés dans les entrefers 37, 38 séparant les aimants. Comme on le voit le mieux en figure 3, une paire de bras 39, 40 s'étendant à partir de la plaque 32A en forme d'anse de l'aimant 32 et des bras 41, 42 s'étendant à partir d'une plaque 35A en forme d'anse de l'aimant 35 concentrent effectivement le flux magnétique B dans les entrefers 37, 38 afin d'augmenter la répulsion magnétique s'exerçant entre les aimants. En figure 4, on a représenté un ensemble magné- tique de déclenchement 34 dans lequel une armature 14 en forme de U est fixée aux deux aimants 32, 35 au lieu d'une lamelle de charge. La branche mobile 14A de l'armature en forme de U contenant l'aimant 35 se déplace en réponse à la répulsion magnétique, comme cela est indiqué en trait mixte, alors que l'aimant 32 reste immobile. De nouveau en liaison avec l'ensemble magnétique de déclenchement décrit en figures 2 et 3, dans lesquelles une armature 14 en forme de U est disposée à l'intérieur des aimants 32, 35, on propose de reproduire l'action de déclen- chement exécutée par un élément de déclenchement à bilame qu'on emploie couramment à l'intérieur des dispositifs de déclenchement thermiquemagnétique par un choix approprié des propriétés magnétiques des aimants 32, 35. Lorsqu'une surcharge traverse l'armature en forme de U, cette surcharge étant inférieure à un seuil de déclenchement, l'aimant -35 est repoussé par l'aimant 32 comme cela est représenté en trait mixte. Comme la force magnétique induite par chacun des aimants 32, 35 est inversement proportionnelle à l'entrefer les séparant, les entrefers 37, 38 représentés en -7 - 2620265 figure 3 augmentent légèrement en cas de surcharge infé- rieure à un seuil prédéterminé. Avec des matériaux ayant une faible rémanence magnétique, tels que l'acier à faible teneur en carbone, la branche mobile 14A de l'armature 14 en forme de U et l'aimant attaché 35, comme on le voit le mieux en figure 4 reviendront à leur position d'origine au moment o la surcharge cesse. Si une surcharge se produit dans un court laps de temps après la surcharge antérieure, la branche mobile 14A sera de nouveau déplacée jusqu'à la posi- tion indiquée en trait mixte. Lorsqu'un bilame est générale- ment employé pour constituer l'élément de détection ther- mique, celui-ci s'échauffe lors de l'apparition d'une sur- charge et s'écarte de sa position initiale de repos. A la cessation de la surcharge, le bilame conserve une partie de la chaleur produite pendant la surcharge et ne revient pas immédiatement à sa position originale de repos. Si une sur- charge se produit peu après, la chaleur résiduelle ou "mémoire thermique" due à la première surcharge s'ajoute sensiblement à la chaleur dégagée par la surcharge ulté- rieure pour déplacer le bilame sur une distance suffisante pour qu'il y ait contact avec la barre de déclenchement et articulation du mécanisme d'actionnement. Pour que l'ensemble magnétique de déclenchement 34 des figures précédentes soit un réplique de la "mémoire thermique" d'un bilame, il est par conséquent souhaitable de choisir le matériau destiné à l'aimant 35 placé sur le bras mobile 14 pour qu'il présente une certaine remanence magné- tique, ou "mémoire", et que la branche mobile 14A ne revienne pas complètement à la position originale de repos en cas de nouvelle surcharge se produisant immédiatement après la précédente. La mémoire magnétique est fonction du matériau choisi ainsi que du traitement employé pour former et traiter le métal. Pour les métaux ayant une mémoire magnétique temporaire telle que le mécanisme résiduel après surcharge se dissipe à une vitesse correspondant au refroi- - 8 - 2620265 dissement d'un bilame, l'ensemble magnétique de déclenche- ment fournira alors une réponse de déclenchement dans une vaste plage de courants. En figure 5, on a représenté la combinaison d'un ensemble de déclenchement thermique-magnétique 34', dans laquelle la lamelle de charge 13 comporte un bilame soudé ou brasé à l'une de ses extrémités et relié à la lamelle d'armature 14 au moyen d'une tresse conductrice 43. L'armature est animée d'un mouvement de pivotement au moyen d'un axe 44 supporté par le boitier 11 du disjoncteur (figure 1). Le premier aimant 33 entoure partiellement la lamelle de charge 13 et le bilame 9. La lamelle de charge s'échauffe pendant le passage du courant dans le disjoncteur et transfère la chaleur au bilame pour provoquer son fonc- tionnement. Le second aimant 35 entoure partiellement l'armature 14 de sorte que celle-ci répond à la répulsion magnétique s'exerçant entre les premier et second aimants 32, 35 comme on l'a décrit précédemment. La barre de déclen- chement 31, semblable à celle représentée en figure 1, est agencée de manière à agir mutuellement avec le bilame 9 et l'armature 14. L'extrémité 31A de la barre de déclenchement est placé à proximité du bilame 9, alors qu'une saillie 31B de la barre de déclenchement est située près de l'armature 14. Dans ce dispositif thermique-magnétique, le bilame répond thermiquement à une surcharge de longue durée pour venir heurter l'extrémité 31A de la barre de déclenchement, alors que l'armature répond à des surcharges de courte durée d'amplitude plus élevée pour venir heurter la saillie 31B de la barre et provoquer le déclenchement du disjoncteur. On vient de montrer qu'on obtient un ensemble magnétique de déclenchement présentant une plus grande sensibilité magnétique avec des aimants disposés en étant opposés sur des bilames en forme de U, des lamelles de char- ge en forme de U ainsi que la combinaison d'une lamelle de charge à laquelle un bilame est fixé et d'une armature pivotante. - 9 - REVENDICATIONS 1. Disjoncteur en boîtier moulé, caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de premier (18) et second (17) contacts séparables, le premier contact étant destiné à réaliser une connexion électrique avec une source de courant électrique par l'intermédiaire d'une lamelle conductrice de ligne (19) et le second contact étant destiné à réaliser une liaison électrique avec une charge électrique par l'intermédiaire d'une lamelle conductrice de charge (13); un mécanisme d'actionnement (28) agencé de manière à séparer les contacts afin d'interrompre le courant électrique lorsque celui-ci dépasse un premier seuil et un second seuil; une armature (14) reliée à la lamelle de charge pour articuler le mécanisme d'actionnement lorsque le courant électrique dépasse le premier seuil; une première plaque métallique (32) en forme de U entourant une partie de la lamelle de charge et produisant une force magnétique dans une première direction lors du passage du courant électrique dans la lamelle de charge; et une seconde plaque métallique (35) en forme de U entourant une partie de l'armature et produisant une force magnétique dans une seconde direction opposée à la première lors du passage du courant électrique dans l'armature, les première et seconde forces magnétiques ayant pour effet qu'un moyen à réponse thermique (9) provoque l'articulation du mécanisme d'actionnement lorsque le courant électrique dépas- se le second seuil. 2. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première plaque métallique en forme de U est fixée (33) à la lamelle de charge. 3. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde plaque métallique en forme de U est fixée (36) à l'armature. 4. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendication -- 10 2620265 1, caractérisé en ce que la première plaque métallique en forme de U comprend une première paire de bras (39, 40) réunis par une première plaque en forme d'anse (32A). 5. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première paire de bras s'étend perpendiculairement à la première plaque en forme d'anse. 6. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde plaque métallique en forme de U comprend une seconde paire de bras (41, 42) réunis par une seconde plaque en forme d'anse (35A). 7. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde paire de bras s'étend perpendiculairement à la seconde plaque en forme d'anse. 8. Disjoncteur en bottier moulé caractérisé en ce qu'il comprend: un boîtier moulé (11); une paire de premier et second contacts séparables (18, 17) à l'intérieur du boîtier moulé, le premier contact étant destiné à être relié électriquement à une source de courant électrique par l'intermédiaire d'une lamelle conduc- trice de ligne (19) à une extrémité du boîtier, le second contact étant destiné à une liaison électrique avec une charge électrique par l'intermédiaire d'une lamelle conduc- trice de charge (13) située à l'extrémité opposée du boîtier; un mécanisme d'actionnement (28) disposé de manière à séparer les premier et second contacts afin d'interrompre le courant électrique lorsque celui-ci dépasse un premier seuil et un second seuil; un moyen à réponse thermique (9) connecté à la lamelle de charge pour provoquer l'articulation du mécanisme d'ac- tionnement' lorsque le courant électrique dépasse le premier seuil; une première plaque métallique en forme de U (32) enfermant une partie de la lamelle de charge et constituée d'une première paire de bras étendus (39, 40) réunis par une - 11 - plaque en forme d'anse (32A), la première plaque métallique en forme de U produisant une première force magnétique lors du passage du courant électrique dans la lamelle de charge; une armature (14) connectée électriquement à la lamelle de charge et s'étendant parallèlement au moyen à réponse thermique; une seconde plaque métallique en forme de U (35) enfermant une partie de l'armature et constituée d'une seconde paire de bras étendus (41, 42) réunis par une plaque 0 en forme d'anse (35A), la seconde plaque métallique en forme de U produisant une seconde force magnétique opposée à la première force magnétique, la seconde plaque métallique en forme de U déplaçant l'armature afin de provoquer l'articula- tion du mécanisme d'actionnement lorsque le courant électri- que dépasse le second seuil. 9.. Disjoncteur en boîtier moulé caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de premier et second contacts séparables (18, 17), le premier contact étant destiné à réaliser une liaison électrique avec une source de courant électrique par l'intermédiaire d'une lamelle conductrice de ligne (19), le second contact étant destiné à réaliser une liaison électri- que avec une charge électrique par l'intermédiaire d'une lamelle conductrice de charge (13); un mécanisme d'actionnement (28) agencé de manière à séparer les premier et second contacts afin d'interrompre le courant électrique lorsque celui-ci dépasse un premier seuil et un second seuil; des moyens d'enclenchement (27, 29) disposésde manière 0 à éviter que le mécanisme d'actionnement ne sépare les contacts; un moyen à réponse thermique (9) relié à la lamelle de charge pour provoquer l'articulation du mécanisme d'actionne- ment lorsque le courant électrique dépasse le premier seuil; - 12 - une barre de déclenchement (31) entre les moyens d'enclenchement et le moyen à réponse thermique, d'o il résulte que le moyen à réponse thermique vient en contact avec une première partie de ce moyen thermique lorsque le courant du circuit dépasse le premier seuil afin de déplacer la barre de déclenchement pour l'amener en contact de libération avec le mécanisme d'actionnement et libérer ce mécanisme et par conséquent séparer les contacts; une première plaque métallique en forme de U (32) enfermant une partie du moyen à réponse thermique et la lamellede charge et produisant une première force magnétique lors du passage du courant électrique dans la lamelle de charge; et une armature (14) reliée électriquement à la lamelle de charge et s'étendant à proximité d'une seconde partie de la barre de déclenchement; une seconde plaque métallique en forme de U (35) entourant une partie de l'armature et produisant une seconde force magnétique lors du passage du courant électrique dans l'armature, cette seconde force magnétique s'opposant à la première force pour faire en sorte que l'armature vienne en contact avec la second partie de la barre de déclenchement et provoque la venue de cette barre en contact de libération avec le mécanisme d'actionnement lorsque le courant du circuit dépasse le second seuil. 10. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que le moyen à réponse thermique (9) est constitué d'un bilame en forme de U. 11. Disjoncteur en boîtier moulé selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que le moyen à réponse thermique est constitué d'un élément façonné ayant de la mémoire. 12. Disjoncteur en boîtier moulé caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de premier et second contacts séparables (18, 17); - 13 - un mécanisme d'actionnement (28) agencé de manière à séparer les contacts afin d'interrompre le courant électrique lorsque ce courant dépasse un certain seuil; une lamelle conductrice de charge en forme de U (13) destinée à être reliée électriquement à une charge électri- que; une lamelle conductrice de ligne (19) destinée à être reliée électriquement à une source de courant électrique; une première plaque métallique ne forme de U (32) entourant une première partie de la lamelle de charge en forme de U et produisant une force magnétique dans une première direction lors du passage du courant électrique dans la première partie de la lamelle de charge en forme de U; et une seconde plaque métallique en forme de U (35) entourant une seconde partie de la lamelle de charge en forme de U et produisant une force magnétique dans une seconde direction lors du passage du courant électrique dans la seconde partie de la lamelle de charge en forme de U, les première et seconde forces magnétiques étant opposées, la ) première partie (14A) de la lamelle de charge en forme de U se déplaçant pour venir en contact avec le mécanisme d'actionnement et provoquer l'articulation de ce mécanisme lorsque le courant électrique dépasse un certain seuil.