Brevet FR2772980A1 — publié le 19990625

DISPOSITIF DE DECLENCHEMENT MAGNETO-THERMIQUE ET DISJONCTEUR EQUIPE DE CE DISPOSITIF. La présente invention concerne un dispositif de déclenchement magnétothermique en particulier pour disjoncteur, comprenant un déclencheur magnétique apte à entraîner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur lors d'une élévation brusque du courant suite à un court-circuit, et un déclencheur thermique comportant un bilame apte à entraîner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur dans le cas d'une surcharge de courant entraînant une élévation lente du courant. On connaît un dispositif du genre précédemment mentionné décrit dans le document DE 3 637 275. Ce document décrit un déclencheur comprenant des moyens de déclenchement magnétique et des moyens de déclenchement thermiques. Les premiers comprennent une bobine supportée par un fourreau bon conducteur de chaleur fermé à l'une de ses extrémités, et à l'intérieur duquel sont montés d'une part, un noyau dit fixe, fixé à l'intérieur du fourreau, et un noyau dit mobile, monté coulissant à l'intérieur du fourreau avec interposition entre les deux noyaux, d'un ressort. Un percuteur est monté coulissant à l'intérieur du noyau fixe et comporte une extrémité en appui sur le noyau mobile, et une autre extrémité apte à coopérer avec le mécanisme de déclenchement du disjoncteur. Ainsi, lors d'une élévation brusque du courant à travers la bobine, en cas de court-circuit, le champ magnétique généré par la bobine entraîne un déplacement du noyau mobile et par conséquent du percuteur, lequel provoque le déclenchement du mécanisme. Les moyens de déclenchement thermiques comprennent un bilame supporté entre l'une des extrémités élargie du fourreau précité et une capsule, ledit bilame étant traversé par le percuteur précité et coopérant avec une bague appartenant au percuteur de manière à entraîner ledit percuteur lors d'une surcharge de courant. Or, dans cette solution, l'élévation en température du bilame cloquant se fait par la bobine qui doit d'abord chauffer le fourreau en alurhinium et le noyau fixe en acier, lesquels à leur tour, transmettront leur chaleur au bilame cloquant, d'o il résulte un temps de réaction important du bilame. En outre, dans cette réalisation, les deux dispositifs électromagnétique et thermique étant dépendants, ils peuvent difficilement être séparés. La présente invention résout ces problèmes et propose un dispositif de déclenchement magnéto-thermique de conception simple, présentant un temps de réaction court, dont le calibre peut être facilement adapté et qui permet une dissociation des deux parties. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif du genre précédemment mentionné, ce dispositif étant caractérisé en ce que le déclencheur thermique comprend un moyen de chauffage du bilame traversé par le courant à surveiller et apte à transmettre au bilame toute élévation de température correspondant à une élévation de courant à travers le moyen de chauffage, ledit moyen de chauffage étant indépendant du déclencheur magnétique de manière à pouvoir être adapté au calibre et/ou à la norme de l'appareil. Selon une réalisation particulière, le bilame est directement en contact avec le moyen de chauffage. Selon une caractéristique particulière, la forme du moyen de chauffage est adaptée à celle du bilame. Selon une réalisation particulière, le bilame étant en forme de disque concave, le moyen de chauffage précité se présente également sous la forme d'un disque concave. i 5 Selon une caractéristique particulière, ce moyen de chauffage est réalisé dans un matériau conducteur de l'électricité à forte résistivité électrique. Selon une autre caractéristique, la forme du moyen de chauffage ainsi que son épaisseur sont adaptées, en fonction du calibre et/ou de la norme de l'appareil. Selon une autre caractéristique, le moyen de chauffage précité comporte une découpe et la forme de cette découpe et/ou l'épaisseur du moyen de chauffage sont déterminés de manière à conférer audit chauffeur une impédance adaptée aux différents calibres et normes. Ainsi, on voit que le matériau dans lequel sera réalisé le chauffeur ainsi que sa mise en forme, pourront être déterminés de manière à conférer au moyen de chauffage une impédance adaptée aux différents calibres et normes de l'appareil. En outre, le chauffeur étant indépendant, les deux déclencheurs à savoir magnétique et thermique peuvent être placés de manière à être éloignés l'un de l'autre. La présente invention a aussi pour objet un dispositif comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront mieux dans la description détaillée qui suit et se réf'ere aux dessins annexés donnée uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - les figures 1 et 2 sont deux vues en coupe axiale suivant respectivement deux plans perpendiculaires, du déclencheur magnéto-thermique de l'invention en position de repos; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée dudit dispositif; - les figures 4 et 5 sont deux vues similaires aux fig. 1 et 2, en position de déclenchement magnétique du dispositif; - les figures 6 et 7 sont deux vues similaires aux fig. 1 et 2 en position de déclenchement thermique du dispositif; - les figures 8, 9 et 10 illustrent en perspective, respectivement, trois réalisations différentes d'un élément dit chauffeur de bilame selon l'invention. 1 0 Sur les figures 1 à 7, on voit un déclencheur magnéto-thermique D destiné à être utilisé dans un disjoncteur électrique basse tension (non représenté) afin de protéger un circuit électrique contre les surcharges ou court-circuits. Ce disjoncteur comprend principalement, de manière connue en soi, une paire de contacts séparables respectivement fixe et mobile, un mécanisme de commande d'ouverture et de fermeture du disjoncteur actionné par une manette, un déclencheur électromagnétique E destiné à déclencher le mécanisme du disjoncteur et ainsi provoquer l'ouverture des contacts lors de l'apparition d'un courant de courtcircuit et un déclencheur thermique T apte à déclencher le mécanisme lors de l'apparition d'une surcharge de courant. Selon la réalisation illustrée sur les figures et en particulier la figure 3, le déclencheur électromagnétique E comprend une bride 1 sur laquelle est fixée un noyau fixe 2, un fourreau en plastique 3 monté à force autour du noyau fixe 2, une bobine 4 montée autour du fourreau 3 et présentant une extrémité 4a soudée à la bride 1, une carcasse en forme de U coiffant la bobine 4, ladite carcasse 5 comportant dans sa base un orifice 6 destiné à permettre l'introduction et le coulissement d'un noyau mobile 7, ladite carcasse 5 comportant également autour de cet orifice 6 un évidement annulaire 8 destiné à recevoir l'une 3b des extrémités du fourreau précité 3, et étant soudée à la bride 1 par l'extrémité libre 5a de l'une de ses deux ailes. Ce noyau mobile 7 est solidarisé par son extrémité 7a située à l'intérieur du fourreau 3, à l'une des extrémités 9a d'un percuteur 9 monté coulissant à l'intérieur du noyau fixe 2, et dont l'extrémité opposée 9b est destinée à coopèrer avec un levier de percussion 10 (fig. 1 et 2) apte à déclencher la mécanique et à percuter le contact mobile. Le noyau fixe 2 comporte un évidement 13 (fig. 1) adapté à recevoir, par l'une 12b de ces extrémités, un ressort 12 monté autour du percuteur 9 et dont l'autre extrémité 12a est en appui sur le noyau mobile 7. On notera que ce percuteur 9 est serti dans un orifice 7b du noyau mobile 7 afin d'éviter les jeux parasites Ce ressort 12 est destiné à rappeler le noyau mobile 7 en position de repos tel qu' illustré sur les fig. 1 et 2. L'ensemble comprenant le fourreau 3, la bobine 4 et les deux noyaux 2 et 7 est monté à l'intérieur d'une carcasse 5 comportant à l'une de ces extrémités un orifice 6 de passage du noyau mobile 7 et fermée à son extrémité opposée par une bride 1, ladite bride 1 étant reliée électriquement d'une part à la bobine 4 et d'autre part au moyen de chauffage 16 de la bobine. La partie thermique T du déclencheur magnéto-thermique comprend une capsule dite supérieure 14 comportant un évidement 14a adapté à recevoir un bilame 15 dit cloquant constitué par un disque bombé vers le côté opposé à la capsule en position de repos, un élément dit chauffeur 16 comprenant un disque dont l'une 16a des faces (fig.3) présente une forme bombée correspondant à la forme bombée du bilame 15, ledit chauffeur 16 comportant également une fente radiale 17 dont la fonction sera expliquée ultérieurement ainsi que deux pattes 18,19 s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan du disque précité suivant deux directions opposées. Le déclencheur thermique comprend en outre une capsule dite inférieure 20 en forme de plaque, ladite capsule étant destinée à être fixée sur l'élément chauffeur 16 par l'une de ces faces et comportant un orifice central 20a dans lequel le plot 2a associé au noyau fixe 2 est monté à force pour réaliser la fixation de la partie thermique sur la partie magnétique. On voit en particulier sur les figures 1 et 2, que le bilame ainsi que le moyen de chauffage sont emprisonnés entre la capsule inférieure 20 supportant le moyen de chauffage 16 et la capsule supérieure 14 comportant l'évidement 14a, ledit évidement 14a comportant un rebord circonférentiel 14b, ledit bilame 15 étant immobilisé entre ce rebord 14b et le bord circonférentiel 16b du moyen de chauffage 16. Comme on le voit plus particulièrement sur la fig. 2, la face 16a de l'élément chauffeur 16, qui est destinée à être en contact avec le bilame 15 est adaptée à celle du bilame 15 de manière que la surface totale du bilame soit en contact avec l'élément chauffeur en position de repos du déclencheur. De manière connue en soi, le disque constituant le bilame 15 est réalisé en un matériau sensible à la température de telle manière que la forme du bilame change sous l'effet d'un changement de température. Ainsi, lorsque la température atteint une température dite de déclenchement, la coubure du disque s'inverse. On voit également que des orifices 17,15a sont prévus respectivement dans l'élément chauffeur 16, le bilame 15 et la capsule supérieure 14 et sont destinés à permettre le passage du percuteur 9 et autoriser son coulissement à travers ces éléments. Comme on le voit sur les figures 8 à 10, le chauffeur 16 peut comporter une découpe 17 (ouverture) dont la taille est déterminée en fonction du calibre du disjoncteur. En effet, la forme du chauffeur 16, ses dimensions ainsi que le matériau dans lequel il est réalisé, peuvent être déterminés de manière à lui conférer une impédance adaptée aux différents calibres et différentes normes des appareils. Ainsi, sur la fig. 8, le chauffeur 16 présente une ouverture 17 allongée s'étendant sensiblement du centre jusqu'au diamètre extérieur du disque et présentant une largeur correspondant sensiblement à l'écartement de deux pattes 18,19. En effet, la résistance du chauffeur 16 est proportionnelle à la longueur du trajet de courant entre les deux plages 18,19 et à la résistance du matériau, mais est inversement proportionnelle à la largeur 1 de la piste. Sur la fig. 9, le disque présente une ouverture 17 s'étendant radialement du bord extérieur du disque sur la moitié de son rayon, et ce sur une longueur circonférentielle correspondant sensiblement à la moitié de la précédente. Sur la figure 10, aucune ouverture n'est prévue si ce n'est celle destinée au passage du percuteur. Ainsi, la valeur de la résistance du premier chauffeur représenté sur la figure 8, est inférieure à celle du second chauffeur représenté sur la figure 9, laquelle est inférieure à celle du chauffeur illustré sur la figure 10. Le bilame 15 et le percuteur 9 coopèrent respectivement avec deux bras perpendiculaires lO0b, 10a appartenant à un levier de renvoi 10 commandant le barreau de déclenchement du disjoncteur, le bras 10b coopérant avec le bilame 15 traversant la capsule supérieure 14. On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif de déclenchement de l'invention en référence aux figures. Sur les figures 1 et 2, le dispositif de l'invention est en position de repos correspondant à un fonctionnement normal de l'appareil pendant lequel le courant (I sur la fig. 3) circule à travers la bobine 4, puis à travers la bride 1, puis atteint le chauffeur 16 par l'une 18 de ses plages 18,19, et rejoint l'autre 19 des plages du chauffeur en circulant autour de la découpe 17, après quoi le courant atteint le contact mobile, en contact électrique avec le contact fixe (non représentés). On décrira tout d'abord le fonctionnement du dispositif lors d'un déclenchement d'origine magnétique en référence aux figures 1,2,4 et 5. Dans le cas d'une élévation brusque du courant suite à un court-circuit, un champ magnétique est généré par la bobine 4. Lorsque la valeur du courant dépasse un seuil prédéterminé, un seuil magnétique est atteint, ce qui provoque le déplacement du noyau mobile 7 en direction du noyau fixe 2 tel qu'illustré sur les figures 4 et 5. L'ensemble noyau-percuteur percute alors le levier de renvoi 10, lequel va dans un premier temps, après une certaine course de déplacement du levier agir sur le barreau de déclenchement pour commander le déclenchement du mécanisme et dans un second temps, après une course de déplacement supplémentaire du levier, agir sur le contact mobile pour entraîner l'ouverture brusque des contacts. Ainsi, selon l'invention, le percuteur remplit deux fonctions, car d'une part il agit sur le mécanisme de déclenchement et d'autre part, il exerce une percussion sur le contact mobile, pour lui conférer une force d'ouverture importante sur court-circuit. On décrira maintenant le fonctionnement du dispositif lors d'un déclenchement d'origine thermique. Dans le cas d'une élévation lente du courant suite à une surcharge de courant, l'élément dit chauffeur 16 traversé par ce courant va monter en température et transmettre cette élévation au bilame cloquant 15 situé à son contact. Du fait que le courant passe directement dans la pièce 16 se trouvant au contact du bilame, le temps de réaction de ce bilame est nettement diminué. Lorsque le bilame a atteint sa température de retournement, il se retourne instantanément, tel qu'illustré sur les figures 6 et 7, c'est-à-dire qu'il passe d'une position dans laquelle il est bombé en direction de la bobine 4 à une position dans laquelle il est bombé vers le levier de renvoi 10. Lors de ce retournement, le bilame 15 percute directement le levier de renvoi 10 qui va agir sur le barreau de déclenchement du disjoncteur et entraîner un déclenchement du mécanisme. On notera que le bilame 15 étant encapsulé avec la pièce chauffante 16, cet ensemble devient moins dépendant des sources de chauffage environnantes générées par la bobine 14, le contact fixe et le contact mobile. On notera que le chauffeur 16 sera réalisé dans un alliage spécial électriquement conducteur présentant une résistivité élevée tel que l'inox, tandis que les capsules inférieure et supérieure seront avantageusement réalisées en plastique. Le fourreau isolant pourra être réalisé en plastique. On notera également que le moyen de chauffage ne sera pas obligatoirement en contact direct avec le bilame, mais qu'un film d'air ou autre pourra être interposé entre le bilame et le moyen de chauffage. REVENDICATIONS 1- 1. Dispositif de déclenchement magnéto-thermique en particulier pour disjoncteur, comprenant un déclencheur magnétique apte à entraîner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, et un déclencheur thermique comportant un bilame apte à entraîner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur en cas de surcharge entraînant une élévation lente du courant, caractérisé en ce que le déclencheur thermique comprend un moyen de chauffage (16) du bilame (15) traversé par le courant à surveiller et apte à transmettre au bilame (15) toute élévation de température correspondant à une élévation de courant à travers le moyen de chauffage (16), ledit moyen de chauffage (16) étant indépendant du déclencheur magnétique de manière à pouvoir être adapté au calibre et/ou à la norme de l'appareil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bilame (15) est directement en contact avec le moyen de chauffage (16) ou séparé du moyen de chauffage (16) par l'intermédiaire d'un film d'air. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la forme du bilame (15) est adaptée à celle du moyen de chauffage (16). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bilame (15) étant en forme de disque concave, le moyen de chauffage précité (16) se présente sensiblement sous la forme d'un disque concave comportant deux plages de contact (18,19). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen de chauffage (16) est réalisé dans un matériau conducteur de l'électricité à forte résistivité électrique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de chauffage (16) est adapté en forme et en épaisseur au calibre et/ou à la norme de l'appareil. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de chauffage précité (16) comporte une découpe (17) et en ce que la forme de la découpe (17) et/ou l'épaisseur dudit élément de chauffage (16) sont déterminés de manière à conférer audit moyen de chauffage (16) une impédance adaptée aux différents calibres et normes de l'appareil. ? 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déclencheur magnétique comprenant un percuteur (9) apte à entraîner le déclenchement du mécanisme lors d'une élévation rapide du courant, l'élément de chauffage (16) ainsi que le bilame (15) comportent respectivement deux orifices en regard (17,15a) permettant le passage du percuteur (9), ledit percuteur (9) étant apte à coopérer avec un levier (10) ou analogue commandant le déclenchement du mécanisme. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en cas de surcharge, le bilame (15) agit directement sur un levier de renvoi (10) commandant le barreau de déclenchement du dijoncteur. 10. Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bilame (15) ainsi que le moyen de chauffage (16) sont emprisonnés entre une capsule inférieure (20) supportant le moyen de chauffage (16) et une capsule supérieure (14) comportant un évidement (14a), ledit évidement comportant un rebord circonférentiel (14b), ledit bilame (15) étant immobilisé entre ce rebord circonférentiel (14b) et le bord circonfèrentiel (16b) du moyen de chauffage (16>). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine (4) traversée par le courant à surveiller et supporté par un fourreau (3), un noyau fixe (2) fixé à l'intérieur du fourreau (3), un noyau mobile (7) monté coulissant à l'intérieur du fourreau (3) et solidarisé à l'une des extrémités d'un percuteur (9), ledit percuteur (9) étant monté coulissant à travers le noyau fixe (2) et étant suceptible d'être entraîné en translation par le noyau mobile (7) sous l'effet d'une variation du champs magnétique crée par la bobine, ladite bobine étant reliée électriquement au moyen de chauffage précité (16). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'ensemble comprenant la bobine (4), le fourreau (3) et les deux noyaux (2,7) est monté à l'intérieur d'une carcasse (5) comportant à l'une de ses extrémités un orifice (6) de passage du noyau mobile (7) et fermée à son extrémité opposée par une bride (1), ladite bride (1) étant reliée électriquement d'une part à la bobine (4), d'autre part au moyen de chauffage (16) de la bobine (4). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de chauffage (16) comporte deux pattes (18,19) s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan du moyen de chauffage (16) suivant des directions opposées, lesdites pattes étant reliées électriquement respectivement à la bride (1) et au contact mobile. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le bilame (15) et le percuteur (9) coopèrent respectivement avec deux bras sensiblement perpendiculaires (10a,10b) appartenant à un levier de renvoi (10) commandant le déclenchement du disjoncteur, le bras (10b) coopérant avec le bilame (15) traversant la capsule supérieure (14). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas de surcharge de courant, le bilame s'inverse en provoquant une percussion sur le levier de renvoi alorsqu'en cas de court circuit, le percuteur (9) percute le levier de renvoi (10), lequel dans un premier temps déclenche le mécanisme et dans un second temps agit sur le contact mobile pour lui transmettre une force d'ouverture importante sur court-circuit. 16. Disjoncteur équippé d'un dispositif de déclenchement magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à15.