Brevet FR2638019A1 — publié le 19900420

DECLENCHEUR MAGNETOTHERMIQUE A FLUIDE DILATABLE. L'invention est relative à un déclencheur magnétothermique pour un disjoncteur électrique basse tension, comprenant une bobine excitée par le courant parcourant le disjoncteur et un noyau plongeur monté coaxialement à coulissement à l'intérieur de la bobine pour actionner au moyen d'un percuteur, un organe de déclenchement, lorsqu'un courant de défaut traversant la bobine dépasse un seuil prédéterminé. Un disjoncteur électrique basse tension de protection d'une ligne ou d'appareils électriques est généralement équipé d'un déclencheur instantané, provoquant l'ouverture immédiate du disjoncteur lors de l'apparition d'un courant de court-circuit. Ce déclencheur instantané est du type électromagnétique attirant une armature ou un noyau plongeur lorsque le courant parcourant la bobine dépasse un seuil prédéterminé. Le disjoncteur est également équipé d'un déclencheur thermique pour provoquer l'ouverture des contacts du disjoncteur lors d'une surcharge persistant pendant un certain temps. Ce déclencheur thermique peut etre une bilame ou une capsule expansible agissant sur le levier de déclenchement du disjoncteur, lorsque la température atteinte par cet elément, atteint un seuil prédéterminé. Ces déclencheurs sont compliqués et nécessitent deux éléments distincts, l'un réagissant au courant de court-circuit et l'autre au courant de surcharge. I1 a déjà été proposé de réaliser les deux fonctions de déclenchement instantané et de déclenchement temporisé par un même organe, en l'occurrence un déclencheur électromagnétique dont le déplacement du noyau est limité par un système de dash pot. Ces déclencheurs ne donnent pas entiere satisfaction et ne permettent pas de résoudre certains problèmes spécifiques de déclenchement. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un déclencheur magnétothermique ayant un élément unique de déclenchement et faisant usage d'un fluide dilatable chauffé par la bobine d'un déclencheur instantané. Le déclencheur magnétothermique selon l'invention est caractérisé en ce que ledit noyau est monté à coulissement à faible jeu dans une capsule étanche formée par un fourreau obturé d'une manière étanche, d'un côté par le fond fixe et, du côté opposé par un fond mobile, ce dernier fond coopérant par sa face externe avec ledit percuteur, et par sa face interne avec ledit noyau plongeur, et que ledit fourreau étanche est entouré en bon contact thermique, par ladite bobine et est rempli d'un fluide dilatable sous l'action de la chaleur transmise par la bobine, lorsque celle-ci est parcourue par un courant de surcharge pour provoquer un déplacement du fond mobile et un actionnement de l'organe de déclenchement. La capsule étanche est obturée du côté de son fond mobile par une membrane qui peut être déformée, d'une part par le déplacement du noyau plongeur et d'autre part, par la dilatation du fluide contenu à l'intérieur de la capsule. Le fourreau de la capsule est avantageusement en un matériau bon conducteur de la chaleur, en l'occurrence un matériau métallique, amagnétique, de manière à ne pas amoindrir l'action magnétique de la bobine. Le chauffage du fluide dilatable, qui est avantageusement un liquide mais qui pourrait être un gaz, est réalisé par le transfert de calories de la bobine vers le fourreau de la capsule. Ce transfert de chaleur est favorisé par un bon contact thermique entre le fourreau et les spires de la bobine, ltensemble pouvant être enrobé dans un matériau approprié.Le bon contact thermique peut également être établi par des éléments métalliques, élastiques, insérés entre la bobine et le fourreau, favorisant une transmission de chaleur par conduction. Le fluide peut être une huile silicone ou tout autre liquide ayant un coefficient de dilatation notable, et une viscosité suffisamment faible pour ne pas réduire notablement la vitesse de déplacement du noyau plongeur, en cas de court-circuit. Le circuit magnétique est avantageusement fermé par une carcasse enveloppant l'ensemble bobine et fourreau, qui assure en même temps une protection mécanique en constituant un boitier de logement du déclencheur magnétothermique. L'ordre de déclenchement est transmis par un poussoir solidaire de la partie externe de la membrane de la capsule.Le ressort de rappel de l'équipage mobile est avantageusement inséré dans la capsule étanche, et il est disposé coaxialement autour d'une partie rétrécie du noyau plongeur. Cette partie rétrécie, de forme annulaire constitue la plus grande partie de la chambre remplie de fluide dilatable, et elle est en regard des spires de la bobine, de manière à collecter les calories émises par le courant parcourant ces spires. 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 limitatif et représenté au dessin annéxé dans lequel: - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un déclencheur magnétothermique selon l'invention représenté en position de repos; - la figure 2 est une vue analogue à-cellede la figure1, montrant le déclencheur magnétothermique lors d'une commande de déclenchement par dilatation du fluide contenu dans la capsule. Sur les figures un conducteur 5 est bobiné autour d'une capsule cylindrique 7, pour constituer une bobine 8 à trois spires disposées sur une seule couche. Le nombre de spires peut bien entendu être différent et des couches multiples sont utilisables. La bobine 8 est par exemple connectée en série des contacts d'un disjoncteur basse tension, de maniere à être parcourue par le courant traversant le disjoncteur. A l'intérieur de la capsule 7 est monté à coulissement, un noyau plongeur 6, susceptible d'être attiré vers le haut sur la figure 1 lorsque le courant parcourant la bobine 8 dépasse un seuil prédéterminé. La capsule 7 est constituée par un fourreau cylindrique 9, obturé à la base par un fond fixe 10, et du côté opposé par une membrane élastique 3.La membrane élastique 3 coopère par sa face interne avec le noyau plongeur 6 et porte sur sa face externe un percuteur 1, susceptible de coopérer avec un organe de déclenchement, par exemple le levier de déclenchement (non représenté) du disjoncteur. La capsule 7 étanche est remplie d'un fluide, notamment d'un liquide 11 dilatable de manière qu'un échauffement de ce liquide provoque une déformation de la membrane 3 pour accroître le volume de la capsule 7. Le noyau plongeur 6 remplit quasi-totalement la capsule étanche 7, et il est monté à faible coulissement à l'intérieur du fourreau 9. Le noyau plongeur 6 présente une partie rétrécie 12, confinant avec la paroi interne du fourreau 9, un volume annulaire dans lequel est logé un ressort de rappel 4, sollicitant le noyau plongeur 6 en position inactive représentée sur la figure 1.Le volume annulaire confiné par la partie rétrécie 12, constitue la partie essentielle du volume dilatable rempli de fluide 11, et ce volume est relativement limité, de manière à obtenir un échauffement notable par un apport de calories relativement limité. L'ensemble bobine 8 et capsule étanche 7, est logé à l'intérieur d'un boitier 2 en un matériau magnétique constituant une carcasse de fermeture du flux magnétique de l'électro-aimant constitué par la bobine 8, et le noyau plongeur 6. Le fourreau 9 est en un matériau bon conducteur de la chaleur, par exemple un matériau métallique, amagnétique de façon à ne pas entraver l'attraction magnétique du noyau plongeur 6, tout en assurant un transfert des calories de la bobine 8 vers le fluide dilatable 11. La bobine 8 est au contact thermique du fourreau 9, et l'ensemble est avantageusement enrobé dans une matière plastique 13, assurant un bon contact thermique entre la bobine 8 et le fourreau 9. Le bon contact thermique peut également être assuré d'une manière différente (non représenté), par exemple par des pièces élastiques, métalliques assurant un transfert par conduction de la bobine vers le fourreau -9. Le fluide dilatable 71 est avantageusement une huile silicone, dont la viscosité est suffisamment faible pour ne pas entraver le déplacement du noyau plongeur 6. Le déclencheur magnétothermique fonctionne de la manière suivante: En fonctionnement normal, le courant traversant la bobine 8 est insuffisant pour vaincre la force du ressort de rappel 4, et le noyau plongeur reste dans la position abaissée, représentée sur la figure 1. L'échauffement de la bobine 8 traversée par le courant est insuffisant pour provoquer une dilatation notable du fluide 11 , et une augmentation de la pression à l'intérieur de la capsule étanche 7. Lors de l'apparition d'un court-circuit, le champ magnétique engendré par le courant parcourant la bobine 8 attire brusquement le noyau plongeur 6 pour le déplacer vers le haut en provoquant une déformation de la membrane 3, et un actionnement du percuteur 1 assurant le déclenchement instantané du disjoncteur. Cette action instantanée n'est pas entravée par le fluide dilatable 11, logé dans la capsule 7. Lors d'une surcharge d'une intensité insuffisante pour provoquer l'attraction magnétique du noyau plongeur 6, le courant de surcharge parcourant la bobine 8 provoque un échauffement de cette dernière, et une transmission de chaleur au fourreau 9, et au fluide dilatable 11. Lorsque l'échauffement de ce fluide dépasse une valeur prédéterminée, la membrane 3 est repoussée, sous l'effet de dilatation de ce fluide 11, vers le haut, pour actionner le levier de déclenchement par le percuteur 1. Cette action est temporisée par l'effet de transmission de la chaleur et de dilation du fluide. Il est facile de voir que la bobine 8 assure à la fois, le déclenchement instantané par effet magnétique d'attraction du noyau plongeur 6, et le déclenchement temporisé par échauffement du fluide dilatable 11. Cet élément unique parcouru par le courant, facilite la conception et la réalisation du déclencheur, et son incorporation au disjoncteur. Il permet de supprimer la bilame ou tout autre élément s'échauffant au passage du courant de surcharge. Le dispositif est particulièrement simple et fiable. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences, notamment à celle dans laquelle le fluide dilatable serait un gaz ou tout autre liquide, ou celle encore dans laquelle la membrane déformable 3 serait remplacée par un piston mobile. REVENDICATIONS. 1. Déclencheur magnétothermique pour un disjoncteur electrique basse tension, comprenant une bobine (8) excitée par le courant parcourant le disjoncteur et un noyau plongeur (6) monté coaxialement à coulissement à l'intérieur de la bobine pour actionner au moyen d'un percuteur (1) un organe de déclenchement, lorsqu'un courant de défaut traversant la bobine dépasse un seuil prédéterminé, -caractérisé en ce que ledit noyau (6) est monté à coulissement à faible jeu dans une capsule étanche (7) formée par un fourreau (9) obturé d'une manière étanche d'un côté par un fond fixe (10) et du coté opposé par un fond mobile (3), ce dernier fond coopérant par sa face externe avec ledit percuteur (1) et par sa face interne avec ledit noyau plongeur (6) et que ledit fourreau étanche (9) est entouré, en bon contact thermique, par ladite bobine (8) et est rempli d'un fluide (11), dilatable sous l'action de la chaleur transmise par la bobine, lorsque celle-ci est parcourue par un courant de surcharge pour provoquer un déplacement du fond mobile (3) et un actionnement de l'organe de déclenchement. 2. Déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit fond mobile est une membrane (3), déformable sous l'action du noyau plongeur (6) et/ou de la pression due à la dilatation du fluide 3. Déclencheur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fourreau (9) est en un matériau conducteur amagnétique, et que le fourreau (9) et les spires de la bobine (8) sont enrobées dans un matériau i 3 établissant un bon contact thermique entre la bobine et le fourreau. 4. Déclencheur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des pièces élastiques métalliques, intercalées entre le fourreau (9) et les spires de la bobine (8), établissent ledit bon contact thermique entre la bobine et le fourreau. 5. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la capsule (7) est remplie d'huile silicone. 6. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une carcasse externe (2) en matériau magnétique entoure la bobine (8) pour accroître la force d'attraction magnétique du noyau plongeur (6). 7. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort de rappel (4) est logé dans la capsule (7) de forme cylindrique coaxialement autour d'une partie rétrécie (12) du noyau (6) et que ladite partie rétrécie (12) s'étend, en position non attirée du noyau, en regard de la bobine (8) et confine avec le fourreau (9) la plus grande partie du volume, relativement limité, contenant le fluide dilatable.