Brevet FR2640414A1 — publié le 19900615

"Electro-aimant de coupure alimenté en courant alternatif" La présente invention concerne un électro- aimant de coupure alimenté en courant alternatif, composé des éléments principaux, à savoir l'armature, l'induit et la bobine d'excitation ayant une structure géométrique particulière. De tels électro-aimants de coupure s'appli- quent, de préférence, comme des électro-aimants d'entraînement de dispositif de coupure comme des protections de moteur. La réalisation de tels électro-aimants dont les éléments principaux sont l'armature, l'induit et la bobine ou enroulement d'excitation, est simple en principe mais sa réalisation permet un grand nombre de possibilités qui se distinguent de manière décisive au niveau de l'utilisation du champ. Cette multiplicité des possibilités de réalisation est toutefois limitée dans une certaine mesure dans le cas des électro-aimants alimentés en courant alternatif du fait que chaque paire polaire porteuse doit avoir au moins un pôle fendu muni d'un enroulement d'amortissement et la macro et micro géométrie nécessaire de toutes les surfaces polaires de support ne peuvent être réalisées que par un meulage. Du fait de cet usinage, les pièces du circuit magnétique (armature, induit) sont conçues avantageu- sement pour que les surfaces polaires à usiner de chaque pièce se trouvent dans un même plan d'usinage. De tels électro-aimants de coupure peuvent également être alimentés en courant continu, en supprimant, le cas échéant, l'enroulement d'amortisse- ment et en utilisant un circuit de commande (par exemple un circuit économique usuel. Certaines formes de construction d'électro- aimants de coupure se sont imposées au cours du développement. Ainsi, pour protéger de faibles puissances, on utilise principalement un circuit de flux, symétrique, à deux boucles avec une bobine d'excitation combinée directement à la branche de flux, commune. La bobine d'excitation et le chemin commun, médian, du flux sont conçus pour que, lorsque l'armature se trouve en position initiale, le volume du champ délimité par l'entrefer utile entre les surfaces actives (surfaces polaires) de l'armature et du noyau, se trouve à l'intérieur de la bobine. Pour protéger des puissances moyennes et importantes, il est usuel d'utiliser des circuits de flux, symétriques, à une ou deux boucles; pour développer la force nécessaire, dans le cas toujours plus fréquent d'un couplage transversal de l'armature, on réalise le noyau de plus en plus sous la forme d'un noyau plat. Dans le mode de réalisation avec une structure plus ou moins tubulaire, les bobines d'excitation entourent alors les éléments polaires du noyau magnétique. Cela s'applique également pour le mode de réalisation à deux boucles quant à la bobine d'excitation prévue sur la branche centrale du noyau magnétique. Le développement de l'utilisation dans le monde des dispositifs de coupure, oblige tous les fabricants exportateurs de trouver des solutions techniques appropriées permettant une adaptation rapide des différents appareils ou d'installations complètes aux circuits électriques locaux, très différents, avec, par exemple, d'autres courbes d'amplitude ou de forme de tension (alimentation par redresseur) ou d'autres fréquences. On a résolu partiellement cette difficulté en développant des bobines particulières dites bobines à double tension et/ou double fréquence. Mais de telles solutions ne constituent d'un compromis qui ne peut être envisagé en particulier pour des dispositifs destinés à des puissances moyennes et importantes soumis à des contraintes strictes. De manière générale, il suffit d'un changement de bobine ou de dispositif et ce changement de dispositif présente des inconvénients sur le plan économique à cause des frais de montage relativement élevés. Dans la solution décrite au document DE-AS 21 40 807, on peut remplacer l'élément de bobine apres avoir desserré le point de montage du noyau et avoir sorti le noyau portant la bobine d'excitation, par basculement vers l'arrière en direction du fond du dispositif. L'inconvénient est que de tels travaux ne sont, en général, pas possibles sur le lieu d'utilisation du dispositif et nécessitent des moyens constructifs et de fabrication pour rétablir le positionnement du noyau magnétique, très sollicité sur le plan fonctionnel. D'autres réalisations de la génération la plus récente correspondent sensiblement au document DE 32 20 040 et à la documentation de la Société LA TELEMECANIQUE ELECTRIQUE; ces solutions permettent de changer les bobines à l'endroit de l'implantation du dispositif et ces solutions sont conçues pour que le noyau magnétique y compris la bobine d'excitation puissent être mis en place par un mécanisme d'encliquetage dans une ouverture du boîtier en forme de cassette. Le changement de la bobine se fait dans l'ordre inverse des opérations. L'inconvénient réside dans la manipulation des noyaux magnétiques lourds, du démontage complémentaire des liaisons de fixation entre le corps de la bobine et l'emplacement en cassette entre le corps de la bobine et le noyau magnétique. Les moyens constructifs à mettre en oeuvre pour cette solution sont relativement importants. C'est ainsi que la Société LA TELEMECANIQUE ELECTRIQUE utilise, pour le boîtier, un profilé particulier en métal léger. Pour avoir plus de sécurité pour l'avenir, il faut que le changement de bobine puisse être effectué par du personnel plus spécialisé dans l'électronique que dans l'électromécanique, et sans que cette opération ne soit liée étroitement aux fonctions internes d'un dispositif de coupure. Il faut également que l'accès à la bobine d'excitation soit simplifié de manière significative pour le cas d'un incident (interruption, court-circuit - dans le bobinage). Cela fait perdre de leur signification aux moyens constructifs coûteux comme par exemple le fait de noyer la bobine d'excitation dans de la matière synthétique. La présente invention se propose de réaliser une structure en fonction de la forme et de la position des pièces actives d'un électro-aimant à coupure, susceptible de générer une force suffisante et de permettre le changement de la bobine, sans difficulté, même sur un dispositif de coupure déjà installé. Pour cela la bobine d'excitation est conçue pour entourer qu'exclusivement le volume du champ utile défini par le contour des pôles magnétiques (largeur des pôles et épaisseur du paquet de tôles) ainsi que l'entrefer utile en position initiale de l'induit (état non excité) pour une ou chaque zone polaire, pour entourer ce volume totalement ou partiellement (faible largeur de bobine). On obtient ainsi une séparation spatiale nette des trois éléments principaux, à savoir la culasse ou armature, l'induit et la bobine d'excitation, grâce aux éléments de guidage et/ou de positionnement, non détaillés ici; cela permet de créer un volume d'insertion en forme de cassette, solidaire du boîtier, pour recevoir la bobine d'excitation. La direction d'insertion peut se choisir librement dans le plan utile du système magnétique mais comme fréquemment, les dispositifs de commutation doivent être placés en rangées dans l'installation de commutation, il est préférable que la direction d'insertion corresponde à la direction des rails électriques. En subdivisant la bobine d'excitation en deux parties de bobine, on peut remplacer celles-ci séparément ou de préférence comme un élément de construction non détaillé qui forme un ensemble désigné "bobine à cassette" que l'on place dans le volume d'insertion; le cas échéant, il peut être échangé sans avoir à ouvrir les liaisons électriques internes. La position obtenue à la fabrication du dispositif ou le cas échéant la position ajustée et la disposition relative des pièces de l'électro-aimant reste conservée même après une telle transformation. Il est même possible de contrôler le dispositif à l'aide de bobines de contrôle particulières et de ne compléter le dispositif en y introduisant les bobines à cassette, particulières, contrôlées, qu'avant l'expédition ou le montage de l'installation. La structure géométrique proposée n'est pas limitée à un circuit de flux, symétrique à une boucle, mais s'applique également dans les mêmes conditions à des circuits de flux à deux boucles ou des circuits de flux à une boucle, à combinaison asymétrique. Selon une application avantageuse des possibilités de structure résultant de la largeur des pôles, de la division des pôles et de la densité du paquet de tôle, on arrive, grâce à un circuit de flux, à une boucle à combinaison symétrique de l'enroule- ment, à une structure particulièrement compacte qui s'adapte particulièrement bien aux exigences d'encombrement et de développement de force pour protéger des puissances importantes; cette solution est très supérieure aux solutions connues quant aux caractéristiques suffisantes pour couper un courant continu. Dans tous les cas, la section de l'induit est une section simple et même, lorsque l'armature est divisée, on a de multiples possibilités de montage. Ainsi, en résumé, le matériau est bien mieux utilisé que dans les électro-aimants de coupure connus. La présente invention sera décrite ci-après de manière détaillée à l'aide d'un électro-aimant de coupure à circuit de flux à une seule boucle représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté, en coupe, de la bobine d'excitation, - la figure 2 est une vue de dessus schématique d'un électro-aimant de coupure selon l'invention. Dans la description ci-après on utilisera les mêmes références dans les deux figures pour désigner les mêmes éléments. Selon les dessins, l'électro-aimant se compose, principalement, d'une armature 1 en forme de U, d'un induit plat 2 et d'une bobine d'excitation 3 formée de deux parties de bobines; cette bobine est réalisée sous la forme d'une bobine en cassette grâce à des éléments constructifs appropriés. La bobine en cassette est telle que l'enroulement n'entoure que l'entrefer utile des aimants en position initiale, c'est-à-dire lorsque l'induit n'est pas excité. Cela entraîne, d'une part, une adaptation optimale des efforts et permet, d'autre part, de changer sans difficulté la bobine en cassette pour l'armature 1 et l'induit 2. A cet effet, le dispositif de coupure comporte, avantageusement, des éléments de guidage pour la bobine en cassette, éléments non représentés en détail ici. La direction d'insertion de la bobine en cassette se fait avantageusement dans la direction des chemins de courant pour permettre de remplacer la bobine en cassette même dans des installations avec des appareils juxtaposes. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1l) Electro-aimant de coupure alimenté en courant alternatif, composé des éléments principaux, à savoir l'armature, l'induit et la bobine d'excitation ayant une structure géométrique particulière, caractérisé en ce que la bobine d'excitation (3) entoure exclusivement, au moins en partie, seulement le volume du champ utile défini par les dimensions des surfaces polaires et l'entrefer utile dans la position initiale de l'armature, au niveau d'une ou de chaque zone polaire. 2:) Electro-aimant de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine d'excitation (3) est réalisée sous forme de bobine en cassette par la structure constructive appropriée et les liaisons électriques. 3') Electro-aimant de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au niveau du volume du champ utile de l'électro- aimant de coupure, à l'intérieur du boîtier du dispositif, il est prévu un volume d'insertion en forme de cassette muni d'éléments de guidage et/ou de supports pour la bobine en cassette. 4') Electro-aimant de coupure selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que la bobine en cassette est interchangeable sans ouvrir ses liaisons électriques et sans avoir à détacher ou à modifier la position et la disposition des pièces (1, 2) de l'électro-aimant.