Brevet FR2834121A1 — publié le 20030627

L'invention concerne un disjoncteur limiteur de courant comprenant une bobine inductrice et un contact mobile agencé pour s'ouvrir quand le courant traversant le disjoncteur est supérieur à un certain seuil. Un tel disjoncteur est connu du brevet français n 2719152, dans lequel le contact mobile est solidaire d'un anneau métallique monté sur la bobine inductrice. Dans ce disjoncteur connu, l'anneau métallique coiffe la bobine inductrice tout en étant articulé par rapport à celle-ci de manière à pouvoir s'ouvrir ou se fermer à la manière d'un couvercle sur la bobine. Cet anneau est maintenu plaqué contre la bobine par un ressort de rappel. Le champ magnétique produit par la bobine inductrice donne lieu à des courants induits - ou courants de Foucault-dans l'anneau qui génèrent des forces électromagnétiques s'opposant à l'effort exercé par le ressort et tendant à éloigner l'anneau de la bobine. Lorsque le courant traversant ce disjoncteur est supérieur à un certain seuil, ces forces électromagnétiques sont supérieures à l'effort de rappel du ressort, ce qui produit une rotation de l'anneau. Le contact mobile qui est solidaire de l'anneau est ainsi ouvert en cas de surintensité dans la bobine pour limiter le courant dans le disjoncteur. Dans ce disjoncteur connu, l'ouverture du contact mobile donne naissance à un arc électrique qui est ensuite transféré dans une chambre d'expansion hélicoïdale. Cette chambre d'expansion hélicoïdale est conçue pour fractionner l'arc en plusieurs arcs en série les uns des autres de manière à augmenter la tension totale d'arc pour former une force contre électromotrice apte à réduire l'intensité du courant traversant le disjoncteur. Dans ce disjoncteur connu, il est nécessaire que l'anneau ait un volume important pour que les courants induits soient suffisants pour déclencher son ouverture. Cette masse importante représente une inertie élevée qui pénalise la vitesse de déplacement de l'anneau et donc le temps de réaction du disjoncteur en cas de surintensité. D'une façon plus générale, le choix d'un dimensionnement de l'anneau pour avoir un temps d'ouverture suffisamment court est délicat et ne permet pas toujours de satisfaire aux conditions de fonctionnement. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un disjoncteur limiteur de courant ayant une sensibilité plus fine en cas d'apparition d'un courant de défaut. A cet effet, l'invention a pour objet un disjoncteur limiteur de courant comprenant une bobine inductrice et un contact mobile agencé pour s'ouvrir quand le courant traversant le disjoncteur est supérieur à un certain seuil, caractérisé en ce que le contact mobile est disposé à proximité d'une extrémité de ladite bobine inductrice, et en ce qu'il est mobile dans un plan parallèle au plan d'enroulement des spires à ladite extrémité de ladite bobine pour s'ouvrir sous l'action des forces dites de Lorentz. Avec cette construction le contact mobile baigne dans le champ magnétique généré par la bobine. Les forces électromagnétiques tendant à ouvrir le contact mobile sont importantes et indépendantes de son dimensionnement, ce qui améliore significativement le temps d'ouverture du disjoncteur. De plus, la sensibilité du disjoncteur peut être ajustée en modifiant le nombre de spires constituant la bobine inductrice. La bobine inductrice pourra entourer une électrode centrale, cette électrode centrale étant également entourée par une chambre de coupure hélicoïdale espacée de la bobine inductrice le long de l'électrode centrale, le contact mobile étant monté entre la bobine inductrice et la chambre d'expansion hélicoïdale. Avec cet agencement, la bobine inductrice génère un champ magnétique à la fois pour ouvrir le contact mobile et pour fractionner l'arc électrique dans la chambre d'expansion, ce qui réduit le coût de fabrication du disjoncteur. Le contact mobile pourra être monté rotatif sur une embase liée en mouvement à un organe d'actionnement du disjoncteur en étant retenu par un ressort formant un coude articulé avec le contact mobile. Avec cet agencement l'ouverture du disjoncteur limiteur de courant peut également être déclenchée par un opérateur ou par un dispositif de commande à travers l'organe d'actionnement. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une première vue selon un premier plan de coupe du disjoncteur selon l'invention ; La figure 2 est une vue selon un second plan de coupe faisant apparaître le contact mobile du disjoncteur selon l'invention en position fermée. La figure 3 est une vue selon le second plan de coupe dans laquelle le contact mobile est en position ouverte sous l'action du courant. La figure 4 est une vue selon le second plan de coupe dans laquelle le contact mobile est en position ouverte et prêt à être refermé après actionnement d'une commande mécanique. Le disjoncteur limiteur de courant représenté dans la figure 1 selon un premier plan de coupe comprend un châssis 1 sur lequel est montée une électrode centrale 2 ayant sensiblement la forme d'une barre. Cette électrode s'étend selon un axe AX inclus dans le plan de coupe de la figure 1 et est connectée électriquement à un réseau d'alimentation électrique. Un contact mobile 3 également relié au réseau d'alimentation électrique est apte à se déplacer pour fermer le disjoncteur 1 lorsqu'il est en contact avec l'électrode centrale et pour ouvrir le disjoncteur 1 lorsqu'il n'est plus en contact avec cette électrode centrale 2. L'électrode centrale est entourée par une chambre d'expansion d'arc hélicoïdale 4 et par une bobine inductrice 5 espacées le long de l'axe AX, et coaxiale à cet axe. Plus particulièrement, le contact mobile 3 est connecté électriquement au réseau par l'intermédiaire de la bobine inductrice, de telle sorte que cette bobine inductrice est parcourue par tout le courant traversant le disjoncteur. Sur ouverture du contact mobile, un arc électrique apparaissant entre le contact mobile et l'électrode centrale est déplacé le long de l'électrode centrale pour se positionner dans la chambre d'expansion d'arc. Plus particulièrement, l'arc électrique fait partie d'une boucle de courant qui tend à s'élargir, ce qui force l'arc à se déplacer le long de l'électrode centrale pour se positionner dans la chambre d'expansion. Dans cette chambre d'expansion, le champ magnétique produit par la bobine inductrice 5 fait tourner cet arc autour de l'électrode centrale 2 pour le fractionner en une pluralité d'arcs en série les uns des autres de manière à augmenter la tension d'arc. Plus particulièrement, la chambre d'expansion hélicoïdale 4 comprend une pluralité de plaques métalliques 4'sensiblement équidistantes les unes des autres et disposées dans une rampe hélicoïdale. Sous l'effet du champ magnétique produit par la bobine, l'arc électrique se fractionne en une pluralité d'arcs en série entre les plaques successives pour former un arc hélicoïdal dont la tension totale qui est la somme des tensions de chaque arc est élevée. Comme indiqué dans le document de brevet n 2719152, cette tension d'arc forme une force contre électromotrice, ce qui réduit l'intensité du courant traversant le disjoncteur. Selon l'invention, le contact mobile 3 est disposé à proximité d'une extrémité 5'de la bobine inductrice 5 qui est ici une face de la bobine, il est mobile dans un plan parallèle au plan d'enroulement des spires à cette extrémité 5'pour s'ouvrir sous l'action des forces dites de Lorentz. Ce contact mobile est maintenu en position fermée par un ressort 6. Lorsque le courant traversant le disjoncteur dépasse un certain seuil, le champ magnétique créé par la bobine inductrice 5 produit des forces électromagnétiques dans le contact mobile 3 qui tendent à l'ouvrir en s'opposant à l'effort de rappel exercé par le ressort 6. Comme visible dans la figure 2 qui représente le disjoncteur selon un second plan de coupe sensiblement perpendiculaire au premier plan de coupe de la figure 1, le contact mobile est apte à se déplacer dans un plan parallèle à l'extrémité de la bobine inductrice de manière à être sensiblement perpendiculaire au champ magnétique produit par la bobine tout au long de son déplacement. Ainsi, le contact mobile est mu par les forces de Lorentz qui sont fonction du carré de l'intensité le traversant. Un temps d'ouverture court pourra ainsi être obtenu par l'utilisation d'un contact mobile présentant une faible masse et une faible inertie. La sensibilité du disjoncteur pourra être modifiée en ajustant le nombre de spires formant la bobine inductrice 5 ou en modifiant la raideur du ressort 6. Plus particulièrement, le ressort 6 pourra être calibré pour exercer sur le contact mobile un effort de rappel correspondant sensiblement égal aux forces de Lorentz produites par la valeur de courant correspondant au seuil d'ouverture désiré pour le disjoncteur. Dans un mode préféré de réalisation du disjoncteur, le contact mobile est monté entre la chambre d'expansion d'arc 4 et la bobine inductrice 5. La bobine génère ainsi un champ magnétique à la fois pour ouvrir le contact mobile en cas de surintensité et pour fractionner l'arc électrique dans la chambre d'expansion d'arc 4, ce qui réduit le coût de fabrication du disjoncteur selon l'invention. Ce contact mobile pourra avoir toute forme appropriée dans la mesure où il est apte à se déplacer dans un plan sensiblement parallèle à la bobine inductrice 5 pour s'ouvrir, de manière à tirer profit du champ magnétique qu'elle génère. Dans un mode de réalisation préféré, le contact mobile est monté rotatif sur un axe A 1 qui est sensiblement parallèle à l'électrode centrale 2. Lorsqu'une surintensité traverse le disjoncteur, le champ magnétique généré par la bobine augmente, ce qui produit des efforts électromagnétiques s'opposant au ressort de rappel 6 pour provoquer la rotation du contact mobile autour de l'axe A 1. Dans un premier temps, un arc électrique apparaît entre l'électrode centrale 2 et une extrémité du contact mobile. Dans cet exemple, le contact mobile rencontre en fin de course d'ouverture une butée 7 solidaire du châssis qui interrompt sa course dans une position d'ouverture représentée dans la figure 3. Avantageusement, cette butée 7 pourra être une corne d'arc sur laquelle l'arc est transféré, notamment pour réduire l'usure de l'extrémité du contact mobile. L'arc est ensuite transféré vers la chambre d'expansion pour y être fractionné et produire une force contre électromotrice destinée à réduire l'intensité du courant. Dans un mode de réalisation préféré, le ressort 6 est monté de manière à former avec le contact mobile 3 un coude articulé encore connu sous le nom de genouillère, ayant un point mort situé sensiblement à mi-course entre la position d'ouverture et la position de fermeture. Dans ce mode de réalisation, le contact mobile 3 a sensiblement une forme de levier et l'axe de rotation A 1 est disposé entre les extrémités de ce levier. Le ressort est monté autour d'une barre télescopique qu'il tend à allonger, cette barre ayant une extrémité montée rotative sur l'axe A2. La barre télescopique et le levier sont reliés l'un à l'autre par une liaison pivot pour former le coude articulé. Le point mort de ce coude articulé correspond sensiblement à une position pour laquelle la barre télescopique et le levier sont en alignement l'un par rapport à l'autre. De cette manière, lorsque le contact mobile 3 s'ouvre sous l'effet des forces électromotrices dues à une surintensité, il passe le point mort du coude articulé avant que son extrémité ne rencontre la corne d'arc 7, ce qui l'immobilise en appui sur la corne d'arc dans une position stable d'ouverture. Avec ce coude articulé, le disjoncteur s'ouvre puis reste stabilisé dans la position ouverte représentée figure 3 après dépassement du seuil par le courant traversant le disjoncteur. Dans un autre mode de réalisation préféré du disjoncteur selon l'invention, le contact mobile est monté sur une embase 8 pouvant tourner par rapport à un axe A2 également parallèle à l'électrode centrale 2 sur laquelle est fixé l'axe de rotation A 1 du contact mobile 3. Plus particulièrement, l'embase 8 est liée en mouvement à un organe d'actionnement 9 qui est apte à la faire tourner par rapport à l'axe A2. Ainsi une rotation de l'embase mobile qui porte le contact mobile par l'intermédiaire de l'axe A 1 provoque également une ouverture du disjoncteur. L'ouverture du disjoncteur par l'intermédiaire de l'organe 9 provoque une rotation de l'embase 8 dans le même sens de rotation que pour l'ouverture du contact mobile 3, à savoir le sens indirect dans la figure 2. Avec cette embase mobile 8 le disjoncteur qui s'ouvre en cas de surintensité peut également être ouvert par un opérateur ou par un dispositif de commande associé au disjoncteur. Avantageusement, comme dans l'exemple des figures 2 à 4, le coude articulé et le ressort 6 sont montés sur l'embase rotative 8. Le contact mobile est monté rotatif sur l'embase 8 en ayant son extrémité située dans le prolongement de cette embase. L'embase 8 est montée rotative sur l'axe A2 qui est parallèle à l'électrode centrale 2, de manière à autoriser une rotation plane de l'embase dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'électrode centrale 2. En cas de surintensité le contact mobile 3 tourne dans le sens indirect et passe le point mort du coude articulé pour s'ouvrir et s'immobiliser contre la corne d'arc 7. Cette rotation du contact mobile se produit sans rotation de l'embase 8 et conduit le disjoncteur à une position d'ouverture représentée figure 3. Après cette ouverture du contact mobile, une rotation dans le sens indirect de l'embase 8 provoque une fermeture du coude articulé : le contact mobile qui a son extrémité en appui sur la corne d'arc 7 tourne dans le sens direct sous l'effet de la rotation dans le sens indirect de l'embase 8 et le coude articulé repasse son point mort. Le coude articulé se trouve alors dans une nouvelle position visible figure 4. Lors de ce mouvement de l'embase 8, l'articulation du coude rencontre un plot 7'également monté sur l'embase 8 sur lequel elle s'immobilise. Plus particulièrement ce plot 7'arrête le mouvement du contact mobile 3 avant qu'il ne rencontre l'électrode centrale 2. Dans cette mise en oeuvre, l'embase mobile permet de réenclencher le disjoncteur lorsque son contact mobile 3 s'est ouvert suite à une surintensité pour que le disjoncteur soit à nouveau prêt pour une fermeture. Après ce réenclenchement, une manoeuvre de l'embase mobile 8 dans le sens direct permet de refermer le contact mobile 3 sur l'électrode centrale pour fermer à nouveau le disjoncteur. Plus particulièrement, le disjoncteur selon l'invention pourra être couplé à un système de commande provoquant une rotation de l'embase mobile 8. Dans ce cas, une surintensité dans le disjoncteur provoque dans un premier temps une ouverture rapide du contact mobile 3 sous l'effet des forces de Lorentz, suivie dans un second temps d'une rotation de l'embase mobile 8 déclenchée par le système de commande pour réarmer le disjoncteur afin de le positionner prêt pour une nouvelle fermeture. REVENDICATIONS 1/Disjoncteur limiteur de courant comprenant une bobine inductrice (5) et un contact mobile (3) agencé pour s'ouvrir quand le courant traversant le disjoncteur est supérieur à un certain seuil, caractérisé en ce que le contact mobile (3) est disposé à proximité d'une extrémité (5') de ladite bobine inductrice (5), et en ce qu'il est mobile dans un plan parallèle au plan d'enroulement des spires à ladite extrémité (5') de ladite bobine (5) pour s'ouvrir sous l'action des forces dites de Lorentz. 2/Disjoncteur selon la revendication 1, comprenant une chambre d'expansion hélicoïdale (4) coaxiale à ladite bobine inductrice (5) et disposée à ladite extrémité (5') de ladite bobine inductrice (5), et dans lequel ledit contact mobile est monté entre ladite bobine inductrice et ladite chambre d'expansion hélicoïdale (4). 3/Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, comprenant une électrode centrale (2) qui s'étend coaxialement à l'intérieur de ladite bobine inductrice (5) et dans lequel ledit contact mobile (3) est mobile autour d'un axe (A1) sensiblement parallèle à ladite électrode centrale (2). 4/Disjoncteur selon la revendication 3, comprenant une embase (8) sur laquelle est fixé l'axe de rotation (A 1) du contact mobile (3), ladite embase pouvant pivoter autour d'un autre axe (A2) fixe et sensiblement parallèle à ladite électrode centrale (2). 5/Disjoncteur selon la revendication 3 ou 4, comprenant un ressort (6) formant avec ledit contact mobile un coude articulé retenant ledit contact mobile (3) dans une position stable d'ouverture ou de fermeture, ledit coude articulé ayant un point mort situé entre ladite position d'ouverture et ladite position de fermeture, ledit ressort étant calibré pour déclencher une ouverture dudit contact mobile (3) lorsque le courant traversant le disjoncteur dépasse ledit seuil. 6/Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une butée (7) sur laquelle ledit contact mobile (2) est maintenu en appui lorsqu'il est en position d'ouverture. 7/Disjoncteur selon l'une des revendications 6, dans lequel ladite butée est une corne d'arc (7) destinée à transférer un arc électrique apparaissant en extrémité dudit contact mobile durant son déplacement.