Brevet FR2676860A1 — publié le 19921127

DECLENCHEUR ELECTROMAGNETIQUE POUR UN DISJONCTEUR ELECTRIQUE A BAS CALIBRES. L'invention est relative à un déclencheur électromagnétique, notamment pour un disjoncteur électrique miniature à bas calibres, ayant un électro-aimant à percuteur comportant: une bobine d'excitation agencée coaxialement sur un fourreau isolant tubulaire, à l'intérieur duquel est monté à coulissement un noyau ferromagnétique mobile coopérant avec un noyau ferromagnétique fixe avec interposition d'un entrefer, une tige de déclenchement ayant une extrémité solidarisée au noyau mobile, et une extrémité opposée équipée dudit percuteur, et une culasse de retour du flux magnétique, comprenant une première pièce ferromagnétique servant de moyen de support à l'ensemble bobine et noyaux, la base de la première pièce étant conformée en une corne de guidage d'arc, associée à la chambre d'extinction d'arc adjacente. Un disjoncteur miniature de bas calibres, par exemple inférieurs à 3 A, comporte un déclencheur thermique à bilame associée à un chauffeur, et un déclencheur électromagnétique à bobine comprenant plusieurs dizaines de spires En cas d'apparition d'un courant de court-circuit, le disjoncteur se comporte comme un appareil limiteur, grâce à l'impédance du pôle due à la présence du chauffeur et de la bobine Cette impédance peut atteindre quelques ohms, qui assure une limitation du courant de court-circuit à une valeur approximative de 100 A Cet effet de limitation du courant s'effectue au détriment du soufflage de l'arc initial vers la chambre d'extinction d'arc Il en résulte une stagnation de l'arc sur les contacts D'autre part, le nombre élevé d'ampère-tours de la bobine risque de provoquer une saturation magnétique de l'électro- aimant, malgré la présence de la première pièce ferromagnétique de la culasse. Un champ magnétique de fuite important est crée autour du déclencheur électromagnétique, ce qui provoque un soufflage de l'arc vers une direction différente de celle de propagation vers la chambre d'extinction d'arc L'arc initial est alors entraîné vers le compartiment de logement du mécanisme Sur des disjoncteurs multipolaires, le risque d'amorçages entre pôles peut compromettre les performances de coupure. L'objet de l'invention consiste à améliorer la structure d'un déclencheur électromagnétique pour permettre le fonctionnement correct d'un disjoncteur à bas calibres. Le déclencheur selon l'invention est caractérisé en ce que la culasse comporte une deuxième pièce ferromagnétique fixée sur la première pièce de forme conjuguée pour former un organe de blindage total, agencé autour de l'ensemble bobine et noyaux pour retarder la saturation magnétique dudit électro-aimant en cas de détection d'un courant de court-circuit par le déclencheur électromagnétique. L'adjonction sur la culasse de la deuxième pièce ferromagnétique provoque une diminution de la réluctance de retour du flux magnétique, entraînant un décalage du point de saturation magnétique Les lignes de champ magnétique restent entièrement canalisées dans le fer du circuit magnétique, ce qui supprime tout champ magnétique de fuite à l'extérieur du déclencheur. Cet état magnétique non saturé de l'électro-aimant subsiste lors de la propagation normale de l'arc vers la chambre de coupure, dans laquelle s'opère l'extinction de l'arc par l'effet de désionisation des séparateurs. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation partiellement arrachée d'un disjoncteur, équipé d'un déclencheur selon l'invention; la figure 2 montre une vue éclatée en perspective du déclencheur électromagnétique; la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1. Sur les figures, un pôle d'un disjoncteur 10 électrique miniature pour bas calibres, notamment inférieurs à quelques ampères, comporte un boîtier 12 isolant moulé renfermant une chambre 14 d'extinction d'arc, un contact fixe 16, un contact mobile 18 porté par un bras de contact 20 actionné par un mécanisme 22 de commande, un déclencheur électromagnétique 24 à percuteur 26 sensible à des courants de court- circuit, un déclencheur thermique 28 sensible à des courants de surcharge, et une manette 30 de commande manuelle. Le mécanisme 22 de commande est décrit en détail dans le brevet français FR-2 616 583 de la demanderesse, mais il est entendu que tout autre type de mécanisme peut être utilisé Le mécanisme 22 est piloté manuellememt par la manette 30, et automatiquement par les deux déclencheurs 28,24. La chambre 14 d'extinction d'arc est formée par un empilage de séparateurs métalliques de désionisation encadré dans le sens de la hauteur sur la figure 1, par une corne d'arc supérieure 32 et une corne d'arc inférieure 34. La partie antérieure de la corne d'arc inférieure 34 est agencée selon une boucle 36 dont l'extrémité 38 à l'opposé de la chambre 14, sert d'organe de support au pied 41 de la bilame 40 du déclencheur thermique 28 Un élément chauffeur 42 est enroulé autour de la bilame 40 pour permettre la détection de courants de surcharge de faibles intensités, par exemple inférieures ou égales à 2 Ampères Le pied 41 de le bilame 40 est relié électriquement à l'une des bornes (non représentée) par un conducteur 44, et l'extrémité opposée du chauffeur 42 est connectée électriquement au bras de contact 20 par une tresse 46 souple. Le déclencheur électromagnétique 24 occupe toute la largeur du boîtier 12 au-dessus de la chambre 14, et comporte un électro- aimant à noyau mobile 48 et à seuil de déclenchement réglable, tel que décrit à titre d'exemple dans le document EP-A-378 030 de la demanderesse Une bobine 50 d'excitation de forme cylindrique est montée coaxialement sur un fourreau 52 isolant tubulaire, à l'intérieur duquel se déplace à translation le noyau mobile 48 coopérant avec un noyau fixe 54 Une tige de déclenchement 56 traverse un alésage 58 axial de noyau fixe 54, et est accouplé, par exemple par encliquetage, à un téton 57 du noyau mobile 48. L'extrémité de la tige 56 située à l'opposé du téton 57 est conformée en percuteur 26 destiné à coopérer avec le levier de déclenchement du mécanisme 22 pour assurer le déverrouillage de l'accrochage, et l'ouverture automatique des contacts 16,18 du pôle Les deux noyaux 48, 54 sont réalisés en matériau ferromagnétique, notamment de l'acier. L'ensemble bobine 50 d'excitation et noyaux 48,54 est positionné à l'intérieur d'une culasse 60 en matériau ferromagnétique, assurant un blindage total du déclencheur électromagnétique 24. La culasse 60 est constituée par l'assemblage de deux pièces 62,64 conjuguées en forme de U La première pièce inférieure 62 sert de support à l'ensemble bobine 50 et noyaux 48,54, et comporte deux flasques 66,68 latéraux et parallèles, solidarisés à une base confondue avec la corne d'arc supérieure 32 de la chambre d'extinction d'arc 14 Les flasques 66,68 latéraux sont échelonnés le long de la direction axiale du fourreau 52, en s'étendant perpendiculairement à la corne d'arc 32 Une portion de la jonction entre la corne 32 et le flasque 68 porte un rebord 70 saillant, auquel peut être fixé par soudage le contact fixe 16 Le noyau fixe 54 est solidarisé au flasque 68 situé du côté du rebord 70, tandis que le noyau mobile 48 se déplace à translation au droit du flasque 66 opposé L'une des extrémités 72 de la bobine 50, est soudée au flasque 68 en liaison électrique avec le contact fixe 16 L'autre extrémité 74 de la bobine 50 est connectée électriquement à une borne (non représentée) du boîtier 12, située à l'opposé de celle associée au conducteur 44 de branchement du déclencheur thermique 28. La deuxième pièce 64 supérieure de la culasse 60 comporte une tôle pliée en U ayant une plaque 76 s'étendant parallèlement à la corne d'arc 32 avec interposition de la bobine 50 La plaque 76 est prolongée par deux ailes 78,80 transversales plaquées respectivement contre les parois internes opposées du boîtier 12, et venant en aboutement par leurs extrémités avec les faces longitudinales opposées de la corne d'arc 32 La largeur des ailes 78,80 et de la plaque 76 de la deuxième pièce 84 correspond à l'intervalle axial séparant les deux flasques 66,68 de la première pièce 62. L'adjonction de la deuxième pièce 64 sur le première pièce 62 complémentaire permet d'obtenir une culasse 60 ferromagnétique fermée de chaque côté, autorisant un blindage total du déclencheur électromagnétique 24. La présence de la deuxième pièce 64 dans la culasse 60 permet une augmentation de la section de retour du circuit magnétique, entraînant une diminution de la réluctance de retour du flux magnétique Il en découle un retard du point de saturation du circuit magnétique du déclencheur 24 lors de l'apparition d'un courant de court-circuit dans le pôle Tout le champ magnétique reste ainsi canalisé dans le fer du circuit magnétique jusqu'au soufflage de l'arc vers la chambre d'extinction 1 4 par l'action des gaz de retour L'absence de champ magnétique de fuite à l'extérieur du déclencheur électromagnétique 24 évite toute déviation du sens de soufflage de l'arc, notamment vers le compartiment du mécanisme Sur des appareils multipolaires, tout amorçage entre pôles accolés est ainsi exclu. Il est évident que la forme et la constitution de la culasse 60 de blindage peuvent être modifiées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 i Déclencheur électromagnétique, notamment pour un disjoncteur électrique miniature à bas calibres, ayant un électro-aimant à percuteur ( 26) comportant: une bobine ( 50) d'excitation agencée coaxialement sur un fourreau ( 52) isolant tubulaire, à l'intérieur duquel est monté à coulissement un noyau ferromagnétique mobile ( 48) coopérant avec un noyau ferromagnétique fixe ( 54) avec interposition d'un entrefer, une tige de déclenchement ( 56) ayant une extrémité solidarisée au noyau mobile ( 48), et une extrémité opposée équipée dudit percuteur ( 26), et une culasse ( 60) de retour du flux magnétique, comprenant une première pièce ( 62) ferromagnétique servant de moyen de support à l'ensemble bobine ( 50) et noyaux ( 48,54), la base de la première pièce ( 62) étant conformée en une corne ( 32) de guidage d'arc, associée à la chambre d'extinction d'arc ( 14) adjacente, caractérisé en ce que la culasse ( 60) comporte une deuxième pièce ( 64) ferromagnétique fixée sur la première pièce ( 62) de forme conjuguée pour former un organe de blindage total, agencé autour de l'ensemble bobine ( 50) et noyaux ( 48, 54) pour retarder la saturation magnétique dudit électro-aimant en cas de détection d'un courant de court-circuit par le déclencheur électromagnétique ( 24). 2 Déclencheur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base de la première pièce ( 62) ferromagnétique comporte deux flasques ( 66,68) latéraux et parallèles, échelonnés le long de la direction axiale de la bobine ( 50) en s'étendant perpendiculairement aux parois du boîtier ( 12), et que la deuxième pièce ( 64) ferromagnétique est formée par une tôle pliée en U ayant une plaque ( 76) parallèle à la corne d'arc ( 32) de la première pièce ( 32), et des deux ailes ( 78,80) transversales plaquées contre les parois internes opposées du boîtier ( 12), l'assemblage des deux pièces ( 62,64) de la culasse ( 60) formant un parallélépipède droit enveloppant ladite bobine ( 50). 3 Déclencheur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur des ailes ( 78,80) etde la plaque ( 76) de la deuxième pièce ( 64) correspond à l'intervalle axial séparant les deux flasques ( 66,68) de la première pièce ( 62). 4 Déclencheur électromagnétique selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que la bobine ( 50) est connectée électriquement en série avec un déclencheur thermique ( 28) à bilame ( 40) entourée par un chauffeur ( 42).