Brevet FR2846469A1 — publié le 20040430

r La présente invention se rapporte à un actionneur électromagnétique pour appareil électrique interrupteur, en particulier pour un relais, un contacteur ou un contacteur/disjoncteur, se présentant sous une forme modulable de façon à pouvoir couvrir aisément plusieurs calibres d'actionneurs à partir d'un même circuit magnétique 5 de base et d'une même bobine. L'invention se rapporte aussi à un tel appareil interrupteur. Les appareils électriques interrupteurs servent à commuter le circuit d'alimentation d'une charge électrique connectée en aval de l'appareil. Ils comportent 10 un actionneur électromagnétique, ou électroaimant, comportant une partie mobile qui peut se déplacer sous l'action notamment d'un courant électrique de commande circulant dans une bobine. Le circuit d'alimentation comprend des contacts fixes coopérant avec des contacts mobiles portés par la partie mobile de l'actionneur. Le déplacement de cette partie mobile permet alors d'ouvrir et de fermer le circuit 15 d'alimentation de la charge électrique en fonction du courant de commande. La puissance fournie par l'actionneur électromagnétique doit évidemment être adaptée à l'intensité du courant électrique circulant dans la charge à commuter de façon à être capable d'ouvrir et de fermer le circuit d'alimentation rapidement et en toute sécurité, pour un cot et un encombrement optimisé. Il s'ensuit qu'un même 20 actionneur peut n'être efficient que pour un calibre donné d'intensité. C'est pourquoi, il faut habituellement un nombre important d'actionneurs différents, en taille et en performance, pour pouvoir couvrir toute une gamme d'appareils interrupteurs, allant par exemple de quelques ampères à plusieurs centaines d'ampères. L'invention a donc pour but de standardiser et de simplifier la conception 25 d'appareils interrupteurs en proposant un actionneur électromagnétique de conception modulable, c'est-à-dire capable de recevoir très facilement un ou plusieurs modules additionnels, lui permettant d'augmenter ses performances. On réduit ainsi sensiblement le nombre d'actionneurs différents à concevoir pour couvrir toute une gamme d'appareils, car un même actionneur pourra adapter ses performances à 30 différents calibres d'intensité moyennant la simple adjonction de module(s) additionnel(s). Les gains obtenus en terme de cot de fabrication, cot de conception, nombre de pièces à stocker, etc... seront de ce fait importants. I Pour cela, l'invention décrit un actionneur électromagnétique comprenant une bobine mobile selon un axe longitudinal et un circuit magnétique formé par une culasse extérieure principale et un noyau principal en matériau magnétique, et par un aimant principal à sens de polarisation radial inséré entre la culasse principale et le 5 noyau principal. La culasse principale, le noyau principal et l'aimant principal forme un fond du circuit magnétique qui est susceptible de recevoir un ou plusieurs modules additionnels superposables et composés chacun d'un aimant additionnel à sens de polarisation radial inséré entre un noyau additionnel et une culasse extérieure additionnelle. Selon une caractéristique, l'aimant principal et la culasse principale sont de forme torique et le noyau principal est de forme cylindrique. De même, l'aimant additionnel et la culasse additionnelle sont de forme torique et le noyau additionnel est de forme cylindrique. Selon une alternative, la largeur d'un module additionnel est sensiblement 15 identique à la largeur de la culasse principale. Selon une autre alternative, la largeur d'un module additionnel est supérieure à la largeur de la culasse principale, de sorte que la culasse principale peut s'insérer à l'intérieur de la culasse additionnelle du module additionnel. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un actionneur électromagnétique comportant un circuit magnétique principal, - la figure 2 montre cet actionneur auquel est adjoint deux exemples de modules additionnels, - la figure 3 montre le même actionneur auquel est adjoint deux autres exemples de modules additionnels. En référence à la figure 1, un appareil électrique interrupteur comprend un 30 actionneur électromagnétique comportant une bobine mobile 15 et un circuit magnétique principal fixe 20 composé d'une culasse extérieure principale 21, d'un noyau central principal 22 et d'un aimant principal 25. Le circuit magnétique est symétrique selon un axe longitudinal X. Dans le présent document, une longueur représente une dimension selon cet axe longitudinal X, une largeur représente une dimension dans un sens radial orthogonal à X. La culasse principale 21 et le noyau principal 22 sont en matériau magnétique, tel que du fer. L'aimant principal 25 est un aimant permanent avec un sens de polarisation radial, réalisé dans un matériau comportant de la ferrite ou des terres rares pour une induction plus élevée. L'aimant 5 25 est inséré entre la culasse 21 et le noyau 22 sur une première portion de longueur LO inférieure à la longueur Ll de la culasse 21 et du noyau 22. L'autre portion de longueur de la culasse 21 et du noyau 22 forme un espace 24 qui constitue l'entrefer du circuit magnétique principal 20 et dans lequel peut se déplacer la bobine mobile 15. De façon connue, cette bobine 15 se déplace selon l'axe longitudinal X 10 lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique. La force et le sens du déplacement de la bobine est alors fonction du sens et de l'intensité de ce courant électrique la traversant. Un tel fonctionnement correspond par exemple à un actionneur électromagnétique de type Voice-coil. La circulation du champ magnétique permanent circulant dans le circuit magnétique 20 et généré par l'aimant 25 est schématisée par 15 les flèches 29 de la figure 1. L'aimant 25 est conçu pour pouvoir s'insérer au plus juste d'un côté contre le noyau central 22 et de l'autre côté contre la culasse extérieure 21 de manière à minimiser les entrefers parasites entre d'une part l'aimant 25 et d'autre part le noyau 22 et la culasse 21. L'aimant principal 25 sert également à immobiliser entre elles l'ensemble des pièces du circuit magnétique principal 20. Préférentiellement, l'aimant principal 25 et la culasse principale 21 sont de forme torique et le noyau principal 22 est de forme cylindrique le long de l'axe longitudinal X, constituant ainsi des sections transversales circulaires. Cependant, on pourrait envisager également d'autres dispositions, telles que des sections transversales de forme sensiblement carrées, rectangulaires ou des sections en arc de 25 cercle (c'est-à-dire avec secteurs angulaires) pour l'aimant principal 25, la culasse principale 21 et le noyau principal 22. Le fond 23 du circuit magnétique principal 20 est formé par une des extrémités de la culasse principale 21, du noyau principal 22 et de l'aimant principal 25. Préférentiellement, ce fond 23 a une forme essentiellement plane de façon à 30 pouvoir accueillir plus facilement un module additionnel. Dans un premier mode de réalisation représenté en figure 2, un premier type de module additionnel 30 d'une longueur L2 est composé d'un aimant additionnel 35 à sens de polarisation radial inséré au plus juste entre un noyau additionnel central 32 et une culasse extérieure additionnelle 31. La largeur du module additionnel 30 est sensiblement identique à la largeur D2 du circuit principal 20 qui correspond à la largeur de la culasse principale 21. La largeur de l'aimant additionnel 35 est sensiblement identique à la largeur Dl de l'aimant principal 25. De même, la section 5 transversale du module additionnel 30 est préférentiellement de forme similaire à celle du circuit principal 20, c'est-à-dire que si l'aimant principal 25 et la culasse principale 21 sont de forme torique et le noyau principal 22 de forme cylindrique, alors l'aimant additionnel 35 et la culasse additionnelle 31 sont aussi de forme torique, et le noyau additionnel 32 de forme cylindrique. Le module 30 comporte au moins une face 10 transversale plane de façon à pouvoir se plaquer contre le fond 23 du circuit principal en minimisant les entrefers parasites. Préférentiellement, les deux faces transversales du module 30 sont planes de façon à ce qu'une première face se positionne contre le fond 23 et que l'autre face puisse recevoir un autre module additionnel 40 superposé sur le module 30. Lorsqu'un tel module additionnel 30 est rajouté au circuit magnétique principal , on augmente les performances du circuit magnétique global ainsi obtenu pour l'appareil interrupteur. En effet, comme les aimants 25, 35 ont un même sens de polarisation radial, la surface d'échange, c'est-àdire la section de passage du flux entre d'une part les aimants 25,35 et d'autre part les parties en matériau magnétique 20 du circuit magnétique (c'est-à-dire: noyaux 22,32 et culasses 21,31) s'étend sur une longueur LO + L2 au lieu d'une longueur LO dans le cas du seul circuit magnétique principal 20. Ainsi pour une même bobine 15 parcourue par un même courant électrique, le champ magnétique 29 circulant dans l'entrefer 24 du circuit magnétique global de l'actionneur va être plus important grâce au module additionnel 30, ce qui 25 procurera donc à l'actionneur une force de déplacement plus importante. Grâce à l'invention, il est possible de rajouter plusieurs modules additionnels ,40 superposables, c'est-à-dire empilables les uns sur les autres. Chaque module additionnel 40, composé également d'un aimant inséré entre un noyau central et une culasse extérieure, possède une structure et des largeurs similaires au module 30 additionnel 30 mais peut avoir indifféremment une longueur L3 identique ou différente de la longueur L2 du module 30. La figure 2 comporte ainsi deux modules additionnels ,40 en cours de superposition. Dans un second mode de réalisation représenté en figure 3, un module 35 additionnel 50 de deuxième type est composé d'un aimant additionnel 55 à sens de polarisation radial inséré au plus juste entre un noyau additionnel central 52 et une partie d'une culasse extérieure additionnelle 51. La section transversale du module additionnel 50 est préférentiellement de forme similaire à celle du circuit principal 20, mais avec certaines dimensions différentes. En effet, la largeur D4 du module 5 additionnel 50 est supérieure à la largeur D2 du circuit principal 20 et la largeur D3 de l'aimant additionnel 55 est supérieure à la largeur Dl de l'aimant principal 25. De préférence, la largeur D3 de l'aimant additionnel 55 est sensiblement égale à la largeur D2 du circuit principal 20. Le module 50 de deuxième type possède une forme de tube, schématisé sur 10 la figure 3 par une section longitudinale en forme de U, dont les branches sont constituées par la culasse additionnelle 51 de longueur L5 et dont la partie centrale est constituée du noyau additionnel 52 et de l'aimant additionnel 55 de longueur L4, très inférieure à la longueur L5. De préférence, la longueur L5 est supérieure à la longueur Ll de la culasse principale 21, par exemple égale à la longueur Ll + L4, de manière à 15 ce que les extrémités des culasses 21 et 51 soient sensiblement affleurantes. On obtient de ce fait une largeur renforcée pour la culasse globale 21,51. Les dimensions du module additionnel 50 sont donc adaptées pour que la culasse principale 21 puisse s'insérer au plus juste à l'intérieur de la culasse additionnelle 51, afin de minimiser les entrefers parasites entre ces deux pièces. Par 20 ailleurs le module 50 comporte une face intérieure centrale plane qui vient se plaquer contre le fond 23 du circuit principal 20, comme indiqué en figure 3. De plus, le module 50 comporte également une face centrale externe plane susceptible de recevoir la face intérieure centrale d'un autre module additionnel 60. Lorsqu'un tel module additionnel 50 est rajouté au circuit magnétique principal 25 20, on augmente les performances du circuit magnétique global ainsi obtenu pour l'appareil interrupteur. En effet, comme les aimants 25,55 ont un même sens de polarisation radial, la section de passage du flux entre les aimants 25,55 et les parties en matériau magnétique du circuit magnétique (c'est-à-dire: noyaux 22,52 et culasses 21,51) s'étend sur une longueur LO + L4 au lieu d'une longueur LO dans le cas du seul 30 circuit magnétique principal 20. Ainsi pour une même bobine 15 parcourue par un même courant électrique, le champ magnétique 29 circulant dans l'entrefer 24 du circuit magnétique global de l'actionneur va être plus important grâce aux deux aimants 25,55, ce qui procurera donc à l'actionneur une force de déplacement plus importante. Par rapport au premier mode, ce second mode de réalisation apporte une augmentation de la largeur de la culasse du circuit magnétique global puisque cette largeur est désormais égale à la largeur de la culasse principale 21 additionnée de la largeur de la culasse 51. Cet arrangement procure l'avantage supplémentaire de 5 diminuer le risque de saturation magnétique provoqué par l'augmentation du champ magnétique 29 dans la partie de circuit magnétique formé par les culasses extérieures 21,51. Le second mode de réalisation permet aussi de rajouter un ou plusieurs modules additionnels supplémentaires 60 de même structure que le module 10 additionnel 50 de deuxième type. Ces modules supplémentaires seront adaptés pour que la largeur de l'aimant additionnel 65 soit égale à la largeur D4 de la culasse 51 qui viendra s'insérer dans ce module 60. De même, la longueur de la culasse 61 sera supérieure à la longueur L5 du module 50. La figure 3 comporte ainsi deux modules additionnels 50,60 superposés. En ajoutant un ou plusieurs modules additionnels 30,40,50,60 à partir d'un même circuit magnétique principal 20 de base et d'une même bobine 15, on obtient ainsi très facilement toute une gamme d'actionneurs, de puissance variable et de structure modulable, capables de s'adapter au mieux aux performances requises pour 20 des appareils interrupteurs de calibres différents. Pour obtenir les performances voulues, une multitude de combinaisons différentes sont envisageables. Par exemple, on peut d'abord utiliser un ou plusieurs modules additionnels de premier type ou utiliser seulement un seul module additionnel de premier type de longueur équivalente. On peut aussi utiliser uniquement un ou plusieurs modules 25 additionnels de deuxième type. On peut enfin prévoir d'utiliser une combinaison des deux types de modules additionnels en plaçant d'abord un ou plusieurs modules additionnels de premier type puis un ou plusieurs modules additionnels de deuxième type de dimensions adaptées. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Actionneur électromagnétique pour appareil électrique interrupteur, comprenant une bobine mobile (15) selon un axe longitudinal (X) et un circuit 5 magnétique principal (20) formé par une culasse extérieure principale (21), un noyau principal (22), et par un aimant principal (25) à sens de polarisation radial inséré entre la culasse principale (21) et le noyau principal (22), caractérisé par le fait que la culasse principale (21), le noyau principal (22) et l'aimant principal (25) forme un fond (23) du circuit magnétique (20) qui est susceptible de recevoir un 10 module additionnel (30) composé d'un aimant additionnel (35) à sens de polarisation radial inséré entre un noyau additionnel (32) et une culasse extérieure additionnelle (31). 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit magnétique principal (20) est susceptible de recevoir une 15 pluralité de modules additionnels (30,40,50,60) empilables les uns sur les autres. 3. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'aimant principal (25) et la culasse principale (21) sont de forme torique et le noyau principal (22) est de forme cylindrique. 4. Actionneur électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé par le 20 fait que l'aimant additionnel (35) et la culasse additionnelle (31) sont de forme torique et le noyau additionnel (32) est de forme cylindrique. 5. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la largeur d'un module additionnel (30) est sensiblement identique à la largeur (D2) de la culasse principale (21). 6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la largeur de l'aimant additionnel (35) d'un module additionnel (30) est sensiblement identique à la largeur (DI) de l'aimant principal (25). 7. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la largeur (D4) d'un module additionnel (50) est 30 supérieure à la largeur (D2) de la culasse principale (21), de sorte que la culasse principale (21) peut s'insérer à l'intérieur de la culasse additionnelle (51) du module additionnel (50). 8. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la largeur (D3) de l'aimant additionnel (55) d'un module additionnel (50) est supérieure à la largeur (Dl) de l'aimant principal (25). 9. Actionneur électromagnétique selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la largeur (D3) de l'aimant additionnel (55) d'un module additionnel (50) est sensiblement identique à la largeur (D2) de la culasse principale (21) . 10. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé par le 10 fait que la longueur (L5) de la culasse additionnelle (51) d'un module additionnel (50) est supérieure à la longueur (L1i) de la culasse principale (21). 1. Appareil électrique interrupteur caractérisé par le fait qu'il comporte un actionneur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes.