Brevet FR2829871A1 — publié le 20030321

L'invention concerne une commande mécanique à ressorts pour disjoncteur haute tension, comportant un ressort coopérant avec un arbre principal pour le faire tourner depuis une première position angulaire vers une seconde position angulaire lorsqu'il se détend, et un moteur apte à entraîner en rotation ledit arbre principal depuis la seconde position angulaire vers la première position angulaire pour tendre ledit ressort, ledit arbre principal tournant dans le même sens lorsqu'il est entraîné par le ressort et lorsqu'il est entraîné par le moteur. Une telle commande comporte typiquement un ressort d'ouverture (ou encore ressort de déclenchement) et un ressort de fermeture (ou encore ressort d'enclenchement) coopérant avec l'arbre principal, lequel est accouplé au contact mobile du disjoncteur par un dispositif de transformation non réversible du mouvement de rotation de l'arbre en un mouvement de translation du contact mobile. Lorsque la commande est armée, les deux ressorts d'ouverture et de fermeture sont tendus. L'ouverture du disjoncteur est réalisée par une détente du ressort d'ouverture de la commande. La fermeture du disjoncteur est réalisée par une détente du ressort de fermeture du disjoncteur mais l'énergie potentielle libérée par le ressort de fermeture est utilisée en partie pour retendre le ressort d'ouverture de sorte que la commande est apte à réaliser une ouverture subséquente du disjoncteur. Le ressort de fermeture, après sa détente, est donc retendu à l'aide du moteur pour armer de nouveau la commande. Il est connu du document de brevet JP 11-040010 une commande mécanique à ressorts du genre indiquée ci-dessus dans laquelle le moteur est accouplé à l'arbre principal de la commande à travers une liaison hélicoïdale à deux dents de scie fonctionnant comme une roue libre. Un tel agencement présente l'inconvénient d'être bruyant lors de la fermeture du disjoncteur du fait du frottement des dents de scie, ces frottements conduisant également à une usure rapide des pièces rotatives de la commande. Par ailleurs, l'anti-retour sur l'arbre principal de la commande n'est pas efficace du fait du faible nombre de dents de scie et il en résulte une perte d'énergie pour la commande. C'est à ces inconvénients qu'entend remédier plus particulièrement l'invention en proposant une commande mécanique à ressorts dans laquelle le moteur est couplé à l'arbre principal de la commande à travers un embrayage. Plus particulièrement, l'objet de l'invention est une commande mécanique à ressorts pour disjoncteur haute tension, comportant un ressort coopérant avec un arbre principal pour le faire tourner depuis une première position angulaire vers une seconde position angulaire lorsqu'il se détend, et un moteur apte à entraîner en rotation ledit arbre principal depuis la seconde position angulaire vers la première position angulaire pour tendre ledit ressort, ledit arbre principal tournant dans le même sens lorsqu'il est entraîné par le ressort et lorsqu'il est entraîné par le moteur, caractérisée en ce que le moteur entraîne l'arbre principal à travers un embrayage qui est mis dans une position débrayée lorsque l'arbre principal est entraîné en rotation par le ressort. Avec cet agencement, lors d'une fermeture du disjoncteur, le moteur de la commande est donc découplé de l'arbre principal de la commande ce qui élimine les bruits dus à des frottement de pièces. En outre, les pièces tournantes de la commande sont moins sujettes à l'usure. Selon un mode de réalisation particulier de la commande selon l'invention, un levier de commande est déplacé le long d'une came montée sur l'arbre principal pour actionner en même temps le moteur et l'embrayage. Lorsque l'arbre principal atteint la première position angulaire, le levier de commande est déplacé pour provoquer la mise à l'arrêt du moteur en même temps que l'embrayage est mis dans sa position débrayée. Lorsque l'arbre principal atteint sa seconde position angulaire, le levier de commande est déplacé pour provoquer la mise en marche du moteur en même temps que l'embrayage est mis dans sa position embrayée. Selon un mode de réalisation particulier de la commande selon l'invention, l'embrayage comporte deux disques de friction qui sont par exemple montés sur un arbre secondaire, l'embrayage étant embrayé si lesdits disques de friction sont en appui l'un contre l'autre et débrayé sinon, et une paire de couronnes montées glissantes autour de l'arbre secondaire et formant une liaison hélicoïdale entre un épaulement de l'arbre secondaire et lesdits disques de friction, ces deux couronnes étant déplacées axialement l'une par rapport à l'autre par un déplacement angulaire dudit levier de commande, le déplacement axial des couronnes provoquant la mise en position embrayée ou débrayée de l'embrayage. Cet embrayage de construction simple peut être intégré facilement dans le train d'engrenages entre le moteur et une roue d'inertie montée sur l'arbre principal de la commande. Selon encore un mode de réalisation particulier de la commande selon l'invention, les disques de friction sont munis de dents pour former un accouplement de type roue libre quand l'embrayage est mis en position embrayée. Avec cet agencement de l'embrayage, on obtient un système anti-retour de l'arbre principal de la commande juste après la fin de la détente du ressort ce qui permet de récupérer une partie de l'énergie cinétique de l'arbre avant de retendre le ressort. Selon encore un autre mode de réalisation particulier de la commande selon l'invention, le moteur est mis en marche ou à l'arrêt par le déplacement angulaire d'un commutateur d'alimentation électrique, le levier de commande étant accouplé à ce commutateur et aux deux couronnes par un système de biellettes. L'invention sera maintenant décrite plus en détail ci-après en faisant référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 montre de façon schématique la commande selon l'invention, La figure 2 est une vue schématique du système de commande de l'embrayage quand celui-ci découple le moteur de l'arbre principal de la commande, La figure 3 est une vue schématique du système de commande de l'embrayage quand celui-ci accouple le moteur à l'arbre principal de la commande, La figure 4 est une vue en coupe de l'embrayage dans une position débrayée, La figure 5 est une vue en coupe de l'embrayage dans une position embrayée, La figure 6 est une vue de face d'un disque de friction de l'embrayage. Figure 1, une commande mécanique à ressorts DC pour un disjoncteur haute tension selon l'invention comporte un arbre principal A 1 rotatif, une première roue dentée R1 de grand diamètre montée sur cet arbre principal A 1, et un moteur d'entraînement M accouplé à la première roue dentée R 1 par l'intermédiaire d'un train d'engrenages. Le train d'engrenages comporte ici une deuxième et une troisième roue dentée R2 et R3 montées sur un même arbre secondaire A2 qui est parallèle à l'arbre principal A 1, Le moteur M a un pignon de sortie non représenté qui engrène la deuxième roue dentée R2, et la troisième roue dentée R3 engrène la première roue dentée R 1, qui est une roue d'inertie, solidaire de l'arbre principal A 1. le contact mobile du disjoncteur est accouplé en mouvement à l'arbre principal A 1 par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation de mouvement de type non réversible connu en soi et non représenté. Selon l'invention, la deuxième et la troisième roue dentée R2 et R3 sont accouplées entre elles par un embrayage EM visible sur les figures 4 et 5 qui est actionné par un système de commande d'embrayage SC visible partiellement sur les figures 1,2 et 3. La commande DC comporte encore un ressort RE, en particulier un ressort hélicoïdal de fermeture servant à l'entraînement de l'arbre principal A 1 pour effectuer une fermeture du disjoncteur. Le ressort RE a une première extrémité reliée à un premier levier C1 qui est monté en bout de l'arbre principal A 1 en étant solidaire de cet arbre A 1 et une seconde extrémité liée au bâti BA du dispositif de commande DC. Plus particulièrement, le ressort RE a sa première extrémité liée à un point d'ancrage sur le premier levier C 1 par l'intermédiaire d'un câble ou d'une chaîne CA passant dans une poulie PO de renvoi d'angle. Le point d'ancrage sur le premier levier C1 est excentré par rapport à l'arbre principal A 1, de sorte que lorsque l'arbre principal est dans une première position angulaire montrée sur la figure 1, le ressort RE est tendu et exerce un effort tendant à entraîner l'arbre principal A 1 en rotation dans le sens indirect. Cette position angulaire est proche d'une position de point mort haut correspondant à une tension maximale du ressort RE. La rotation de l'arbre principal A 1 sous l'action du ressort RE est bloquée par un cliquet de déclenchement CL engagé contre le premier levier C1. Un déplacement angulaire du cliquet CL permet de libérer le premier levier C1 ce qui autorise une rotation de l'arbre principal A 1. l'arbre principal A 1 peut alors être entraîné en rotation par le ressort RE. Plus particulièrement, sous l'effet de la détente du ressort RE, l'arbre principal est entraîné en rotation dans le sens indirect sur 1800 environ, depuis sa première position angulaire vers une seconde position angulaire correspondant sensiblement à un point mort bas. Le moteur d'entraînement M, lorsqu'il est actionné, sert à ramener l'arbre principal A 1 dans sa première position angulaire en le faisant tourner d'environ 1800 dans le sens indirect, de sorte que la commande DC est à nouveau armée et se trouve dans la position montrée dans la figure 1. Selon l'invention, le moteur M entraîne l'arbre principal A 1 en rotation à travers l'embrayage EM et cet embrayage est débrayé lorsque l'arbre principal A 1 est entraîné en rotation par le ressort RE de sa première position angulaire vers sa seconde position angulaire. Plus particulièrement, comme visible sur la figure 2, le système de commande d'embrayage SC comprend une seconde came C2 solidaire de l'arbre principal A 1 et qui coopère avec un levier de commande LC. Ce levier de commande LC est monté rotatif à une première E1 de ses deux extrémités et a sa seconde extrémité E2 maintenue en appui sur le contour de la seconde came C2 par un ressort de rappel RR, qui est ici monté sur l'axe de rotation du levier LC. Le levier de commande LC est lié en mouvement à deux bras 81, B2 montés rotatifs sur un arbre secondaire A2 en étant décalés angulairement l'un par rapport à l'autre. Le levier de commande LC est également lié en mouvement à un commutateur électrique pivotant CM commandant la mise en marche ou l'arrêt du moteur M. Le commutateur électrique CM et les bras 81 et B2 sont mis en mouvement par le levier de commande LC par l'intermédiaire d'un jeu de biellettes BT1, BT2, BT3 et BT4 comme décrit plus bas. Le contour de la seconde came C2 est formé par un arc de spirale centré sur l'arbre principal A 1 qui se referme sur lui-même par un décrochement DCR. Quand la seconde extrémité E2 du levier de commande LC est placée dans le décrochement DCR du contour de la came C2, c'est à dire au plus près de l'arbre principal A 1 comme visible sur la figure 2, le commutateur électrique CM est mis en position pour commander l'arrêt du moteur M tandis que les deux bras 81 et B2 présentent un certain décalage angulaire entre eux d'environ 45 . Quand la seconde extrémité E2 du levier de commande LC est placée sur une zone de l'arc de spirale proche de l'arbre principal Al, le commutateur électrique CM est mis en position pour commander la mise en marche du moteur M tandis que les deux bras 81 et B2 occupent une position inverse à celle de la figure 2 en présentant un décalage angulaire sensiblement identique. Sur les figures 2 et 3, une pièce sensiblement triangulaire OR rotative autour d'un axe central A3 est interposée entre les bras 81 et B2, le commutateur électrique CM et le levier de commande LC. Plus particulièrement, les bras B1 et B2 sont reliés par l'intermédiaire des biellettes BT1, BT2 à deux sommets EF1 et EF2 de la pièce OR tandis que le levier de commande LC et le commutateur électrique CM sont reliés au troisième sommet EF3 de la pièce OR respectivement par les biellettes BT3 et BT4. Un déplacement angulaire du levier de commande LC est transformé en un même déplacement angulaire du commutateur électrique CM mais en un mouvement de cisaillement des deux bras B 1 et B2. L'embrayage EM de la commande DC visible sur les figures 4 et 5 comprend un premier disque de friction F1 fixé coaxialement sur une face de la roue R2 et un second disque de friction F2 solidaire en mouvement rotatif de la roue R3, les disques F1 et F2 étant montés de façon coaxiale de préférence sur l'arbre secondaire A2. L'embrayage comprend également deux couronnes 01, D2 montées de façon coaxiale l'une contre l'autre sur l'arbre secondaire A2 entre un épaulement EP de cet arbre secondaire et les disques de friction F1, F2. Ces couronnes 01 et D2 ont des surfaces de contact complémentaires mais non planes pour former une liaison hélicoïdale de telle sorte qu'un déplacement angulaire relatif entre les deux couronnes éloigne l'une de l'autre ou rapproche l'une vers l'autre les deux couronnes le long de l'arbre secondaire A2 selon le sens du déplacement angulaire. Un premier ressort RS1 est interposé entre les deux disques de friction, ce ressort RS1 tendant à éloigner l'un de l'autre les deux disques de friction le long de l'arbre A2 et un second ressort RS2 est en outre interposé entre les couronnes et les disques de friction pour exercer un effort axial sur les disques de friction tendant à les rapprocher l'un de l'autre. Le ressort RS1 est par exemple un ressort hélicoïdal monté sur l'arbre A2 et le ressort RS2 est par exemple constitué de rondelles de Belleville. Comme visible sur les figures 4 et 5, le bras B1 est raccordé radialement à la couronne 01 et le bras B2 est raccordé radialement à la couronne D2 ce qui fait que le mouvement angulaire relatif entre les deux bras B1 et B2 imposé par le levier de commande LC se traduit en un déplacement relatif des deux couronnes 01 et D2 le long de l'arbre secondaire A2 (allongement axial de la liaison hélicoïdale), lequel déplacement relatif des couronnes 01 et D2 le long de l'arbre A2 se traduit par la mise en contact des surfaces de friction des disques F1 et F2, c'est-à-dire une position de l'embrayage EM visible sur la figure 5 où l'embrayage EM accouple le moteur M à l'arbre principal A 1 (position embrayée de l'embrayage) et un mouvement angulaire inverse entre les bras B 1 et B2 imposé par le levier de commande LC se traduit en un autre déplacement relatif des couronnes 01 et D2 le long de l'arbre A2 (rétrécissement de la liaison hélicoïdale), lequel déplacement relatif des couronnes 01 et D2 le long de l'arbre A2 se traduit au contraire par l'éloignement des disques F1 et F2 l'un de l'autre, c'est-à-dire une position de l'embrayage EM visible sur la figure 4 où le moteur M est découplé de l'arbre principal A 1 (position débrayée de l'embrayage). Comme visible sur les figures 4 et 5, les surfaces de contact des couronnes 01 et D2 peuvent former des dentures 81 et S2 respectivement emboîtées l'une dans l'autre en position débrayée de la commande, et éloignées l'une de l'autre en position embrayée de la commande, mais on pourrait utiliser un autre type de liaison sans sortir du cadre de l'invention. La roue R2 et donc le disque de friction F1 sont montés libres de tourner autour de l'arbre A2 tandis que le disque de friction F2 comme la roue R3 sont montés solidaires en rotation avec l'arbre A2. Le disque de friction F2 est monté également pour être libre de se déplacer axialement le long de cet arbre entre le disque F1 et les rondelles de Belleville RS2. L'arbre A2 pourra comporter des cannelures qui s'étendent axialement ou une clavette pour former une telle liaison avec le disque de friction F2. Les disques de friction F1 et F2 pourront être réalisés en acier ou en matériau spécifique de manière à présenter des caractéristiques tribologiques adaptées aux couples à transmettre. Dans un mode de réalisation préféré, les disques de friction F1 et F2 ont leur surface de friction munies de dents complémentaires DF telles que visibles dans la figure 6. Plus particulièrement, les disques de friction F1 et F2 qui sont ici en acier ont une surface de friction qui est en forme de couronne saillante, les dents DF étant formées dans cette couronne saillante pour obtenir un accouplement du type roue libre entre les disques de friction F1 et F2 avec un anti-retour du disque F2 entraîné par le disque F1. En particulier, ce fonctionnement en roue libre avec anti-retour doit autoriser une vitesse de rotation du disque de friction F2, quand il est entraîné en rotation par le ressort RE, plus grande que celle du disque de friction F1 entraîné en rotation par le moteur M (et non le contraire) lorsque l'embrayage est dans une position embrayée, c'est-à-dire dès que l'arbre principal A 1 atteint sa seconde position, de sorte qu'à la fin de la détente du ressort RE lors de la fermeture du disjoncteur, l'embrayage récupère de l'énergie cinétique par effet d'inertie. Un tel accouplement des disques F1 et F2 sans bruit excessif lors du fonctionnement en roue libre peut être obtenu avec des petites dents DF à profil de fuite doux et à crantage raide placées en grand nombre sur les couronnes saillantes des disques. Avec la commande mécanique à ressorts selon l'invention, le commutateur électrique CM est actionné en même temps que l'embrayage EM de sorte que le moteur M est arrêté quand l'arbre principal est entraîné en rotation par le ressort RE, c'est-à-dire quand il se déplace de sa première position angulaire vers sa seconde position angulaire, et se met en marche peu avant ou peu après la détente complète du ressort RE pour retendre ce dernier, c'est-à-dire quand l'arbre atteint sa seconde position angulaire et se déplace vers sa première position angulaire toujours dans le même sens de rotation de l'arbre A 1. Lorsque l'arbre principal A 1 atteint sa première position angulaire, le moteur est mis à l'arrêt, l'embrayage est mis en position débrayée et le cliquet CL est engagé dans le premier levier C1 pour bloquer le mouvement rotatif de la roue R 1. La commande mécanique à ressorts selon l'invention se réarme donc de façon autonome en nécessitant une faible énergie et de façon relativement silencieuse sans que ses pièces rotatives soient sujettes à un phénomène d'usure par frottement. REVENDICATIONS 1/Commande mécanique à ressort pour disjoncteur haute tension, comportant un ressort (RE) coopérant avec un arbre principal (A 1) pour le faire tourner depuis une première position angulaire vers une seconde position angulaire lorsqu'il se détend, et un moteur (M) apte à entraîner en rotation ledit arbre principal (A 1) depuis la seconde position angulaire vers la première position angulaire pour tendre ledit ressort (RE), ledit arbre principal tournant dans le même sens lorsqu'il est entraîné par le ressort et lorsqu'il est entraîné par le moteur, caractérisée en ce que le moteur (M) entraîne l'arbre principal (Al) à travers un embrayage (EM) qui est mis dans une position débrayée lorsque l'arbre principal est entraîné en rotation par le ressort. 2/Commande selon la revendication 1, comprenant un levier de commande (LC) qui est déplacé le long d'une came (C2) montée sur l'arbre principal (A 1) pour actionner en même temps le moteur (M) et l'embrayage (EM). 3/Commande selon la revendication 2, dans laquelle l'embrayage (EM) comporte deux disques de friction (F1, F2) montés de préférence sur un arbre secondaire (A2), ledit embrayage étant embrayé si lesdits disques de friction sont en appui l'un contre l'autre et débrayé sinon, et une paire de couronnes (dol, D2) montées glissantes autour de l'arbre secondaire et formant une liaison hélicoïdale entre un épaulement (EP) de l'arbre secondaire et lesdits disques de friction, ces deux couronnes étant déplacées axialement l'une par rapport à l'autre par un déplacement angulaire dudit levier de commande (LC), le déplacement axial des couronnes provoquant la mise en position embrayée ou débrayée de l'embrayage (EM). 4/Commande selon la revendication 3, dans laquelle les disques de friction (F1, F2) sont munis de dents (DF) pour former un accouplement de type roue libre avec anti-retour quand l'embrayage (EM) est mis en position embrayée. 5/Commande selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le moteur (M) est mis en marche ou à l'arrêt par le déplacement angulaire d'un commutateur d'alimentation électrique (CM), le levier de commande (LC) étant accouplé à ce commutateur (CM) et aux deux couronnes (D1, D2) par un système de biellettes (BT1, BT2, BT3, BT4). 6/Commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le ressort (RE) est un ressort de fermeture qui, en se détendant, ferme le disjoncteur.