Brevet FR2883098A1 — publié le 20060915

Sous-ensemble magnétique plat. La présente invention concerne d'une part un actionneur ou sous-ensemble magnétique par exemple pour appareil électrique modulaire de type disjoncteur, permettant la coupure de la ligne en cas de court-circuit, et d'autre part les appareils qui en sont munis. Les disjoncteurs de protection de ligne comportent, dans un boîtier modulaire à coque en plastique, un circuit s'étendant entre deux bornes de connexion et comprenant un contact fixe et un contact mobile pouvant être séparés notamment par action de l'actionneur électromagnétique sur une serrure mécanique de déclenchement. L'actionneur magnétique comprend essentiellement une bobine d'induction qui coopère avec un noyau mobile associé à un percuteur pour assurer, en cas de court-circuit, la disjonction par entraînement du contact mobile par la serrure mécanique lorsqu'elle bascule sous l'action du percuteur. Dans la plupart des cas, la bobine d'induction est un solénoïde monté longitudinalement dans une culasse magnétique et entourant ledit noyau mobile associé au percuteur, ainsi qu'un noyau fixe. Un ressort est disposé entre eux afin de ramener et de maintenir le noyau mobile dans sa position de repos à distance du noyau fixe lorsque la bobine n'est pas parcourue par un courant. Le percuteur est alors également ramené en position inactive, à distance de la serrure mécanique réalisant l'ouverture des contacts. Le solénoïde occupe la quasi-totalité de la largeur d'un appareil modulaire simple, c'est-à-dire qu'il s'étend transversalement pratiquement d'un côté à l'autre du boîtier. Lorsque le boîtier de l'appareil électrique occupe un volume réduit correspondant par exemple à ce qu'il est convenu d'appeler un demi module (largeur de 8,9 mm), les configurations usuelles précitées d'actionneurs magnétiques à solénoïdes ne peuvent guère être utilisés, car la largeur des boîtiers demi module est trop réduite pour contenir les bobines. Dans le document EP 1 168 402 au nom de la déposante, il a été proposé un actionneur magnétique basé sur une bobine d'allure plane dont l'axe est alors disposé transversalement au boîtier, le circuit magnétique comportant une palette mobile dans une direction d'allure radiale par rapport à la bobine. Cette solution répond au problème de l'encombrement, car elle s'adapte parfaitement à un boîtier demi module, mais le rayonnement électromagnétique produit par une telle bobine plane influence les appareils éventuellement disposés dans son voisinage du fait de l'orientation des lignes de champs générées. 2883098 2 Le but de la présente invention est de proposer une configuration suffisamment plate pour pouvoir équiper des appareils demimodules, et générant des lignes de champs magnétiques ayant des caractéristiques similaires à celles que produisent les sous-ensembles magnétiques à bobines solénoïdales équipant les appareils modulaires classiques. A cet effet, l'actionneur magnétique de l'invention, comportant classiquement une bobine d'induction, un circuit magnétique avec une culasse magnétique et un noyau mobile, et des moyens de rappel interposés entre le noyau et la culasse, se caractérise à titre essentiel en ce que la culasse est constituée d'une tôle plane repliée en U dont le fond et les côtés latéraux définissent un volume dans lequel est logé un noyau magnétique présentant des surfaces d'allure parallèle au fond et aux côtés et qui est entouré par la bobine, enroulée selon un axe perpendiculaire audit fond, ledit noyau étant mobile entre une position d'attraction vers le fond lorsque la bobine est parcourue par un courant, et une position à distance du fond vers laquelle il est sollicité par les moyens de rappel en l'absence de courant dans la bobine, ledit noyau dépassant de l'ouverture du U au moins dans cette dernière position. Cette configuration, que l'on peut qualifier de plate, comporte une première simplification en ce sens qu'il n'existe pas de noyau magnétique fixe autre que la culasse, à l'inverse de ce qui se pratique généralement dans les sous-ensembles à solénoïdes. L'originalité principale réside cependant dans le fait que le noyau mobile et la culasse magnétique ont ou enveloppent des volumes similaires, de manière notamment à augmenter les surfaces polaires afin de créer un actionneur magnétique de performance équivalente à celle d'un sous-ensemble classique, dans un encombrement réduit au moins dans une dimension, sa largeur. Le mouvement du noyau mobile s'effectuant en direction du fond, il est aisé d'augmenter la surface polaire, selon le calibre du produit, en augmentant la valeur de la dimension du noyau et du fond dans une direction perpendiculaire à la section transversale en U. Selon l'invention, les extrémités libres des côtés latéraux sont recourbées vers le noyau mobile. Les lignes de chants, qui parcourent le noyau en direction du fond, sont ensuite canalisés par la culasse et ramenées via les deux côtés latéraux du U, puis à travers les extrémités libres recourbées, vers ledit noyau mobile. Plus précisément encore, les chants de ces extrémités sont orientés parallèlement aux surfaces en regard du noyau, en vue de réduire les entrefers du circuit magnétique. 2883098 3 Pour que les surfaces polaires soient les plus grandes possibles, et que l'efficacité du circuit magnétique soit par conséquent optimale, selon l'invention, la longueur du noyau mobile est sensiblement égale à celle de la culasse dans la dimension perpendiculaire à la section en U. L'actionneur magnétique de l'invention présente dès lors une configuration qui est particulièrement compacte, avec un noyau qui est logé dans une enveloppe constituée par la culasse magnétique. De préférence, le noyau mobile présente un volume parallélépipédique, qui confère une grande similarité de forme audit noyau et à la culasse. Ladite similarité permet, outre l'augmentation des surfaces polaires, une diminution maximale de l'entrefer entre le noyau mobile et la culasse, conduisant à une optimisation du rendement magnétique global. Le fond de la culasse est de plus, selon l'invention, muni d'un orifice de guidage d'un percuteur solidarisé au noyau mobile. Ce percuteur peut par exemple être une excroissance rigide fixée au noyau. La configuration décrite auparavant présente en fait une simplicité remarquable, évidemment traduisible en termes économiques puisque les pièces sont faciles à fabriquer et à assembler, abaissant sensiblement le coût de revient d'un tel actionneur. Il doit bien entendu en être de même de la bobine, dont la forme et la constitution doivent au surplus respecter la configuration du circuit magnétique telle que décrite ci-dessus, afin de ne pas pénaliser le rendement magnétique. Ainsi, ladite bobine est réalisée de préférence à partir d'une tôle conductrice plate découpée et repliée de manière que les spires successives présentent des portions parallèles aux côtés latéraux de la culasse. Une telle bobine respectant la similarité de forme entre le noyau et la culasse est en plus économique, car moins chère à la fabrication qu'une bobine réalisée à partir de fil classique enroulé. Selon une première possibilité, la découpe pour la réalisation de la bobine comporte une succession de tronçons rectilignes reliés par des portions obliques de dimensions permettant d'une part d'assurer le pas de bobinage à l'enroulement, et d'autre part de s'adapter à la largeur du noyau. Une telle configuration permet en d'autres termes d'obtenir automatiquement le pas au moment de la fabrication de la bobine. Selon une configuration encore plus économique, la découpe pour la réalisation de la bobine est une crénelure rectangulaire. Dans les deux cas, le matériau en feuille ou en tôle utilisé pour la réalisation de ces bobines permet un gain d'espace maximal, et peut donc être facilement 2883098 4 utilisé dans l'espace résiduel restreint situé entre le noyau par exemple parallélépipédique et la culasse en U. L'invention concerne également les appareils électriques du type disjoncteur qui sont équipés d'actionneurs magnétiques tels qu'ils ont été décrits ci-dessus. Ceux-ci sont notamment conçus pour équiper des appareils demi-modules, puisqu'alors que leur configuration n'occupe qu'une largeur réduite et maîtrisable, l'efficacité magnétique peut être réglée et adaptée au calibre de l'appareil par ajustement de la dimension perpendiculaire à ladite largeur, notamment en vue d'augmenter les surfaces polaires. L'invention va à présente être décrite plus en détail, en référence aux figures, pour lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective d'un actionneur magnétique selon l'invention; - la figure 2 est une vue en section du circuit magnétique mis en oeuvre dans l'invention; et - la figure 3 est une représentation en élévation d'une variante de b découpe permettant la réalisation de la bobine utilisée dans la configuration de la figure 1. A titre essentiel, l'actionneur magnétique de l'invention se compose d'une bobine (1) réalisée à l'aide d'une tôle conductrice plane (voir figure 3), d'une culasse magnétique (2) en tôle repliée en U et d'un noyau (3) également en matériau magnétique, en l'occurrence de forme parallélépipédique. La configuration représentée est très compacte, et est également économique à fabriquer. La culasse en U comporte un fond (4) et deux parois latérales (5, 6). Le fond est muni d'un orifice (7) destiné à guider un percuteur (non représenté) solidarisé au noyau mobile (3). Les deux extrémités libres des parois latérales (5, 6) de la culasse (2) sont recourbées en des portions (8, 9) dont les chants d'extrémités sont parallèles aux surfaces latérales du noyau (3). Le circuit magnétique, représenté en figure 2, est alors optimisé pour un usage en actionneur magnétique dans un appareil électrique modulaire de type disjoncteur. Selon l'invention, il présente les surfaces polaires les plus grandes possibles au niveau du fond (4) de la culasse (2) et de la paroi frontale (10) du noyau (3) lui faisant face. Dans le même temps, les pertes magnétiques sont réduites car, du fait de l'existence des extrémités recourbées (8, 9) de la culasse (2), les entrefers avec le noyau mobile (3) sont réduits au maximum. Les lignes de champs canalisés par ce circuit magnétique apparaissent en références (11, 11') dans la figure 2. Compte tenu du bon rendement de ce circuit magnétique, la bobine peut ne comporter qu'un nombre réduit de spires, d'où la possibilité de la réaliser avec une tôle plane, comme cela est montré en figure 3. La découpe qui y est représentée permet d'obtenir automatiquement un pas à l'enroulement, comme cela est illustré en figure 1. Cette configuration de découpe pour la réalisation de la bobine est une solution parmi d'autres. Elle nécessite une isolation des spires, par exemple par vernissage de la tôle découpée. II est à noter que la solution représentée aux figures 1 à 3 est extrêmement économique, car elle ne comporte que des pièces réalisables par découpe et pliage. Le prix de revient peut donc être maintenu à un niveau beaucoup moins élevé que celui des structures classiques avec bobinage à l'aide de fils. La configuration de l'invention permet d'obtenir, pour une largeur faible qui est compatible avec son introduction dans des demi-modules, un rendement magnétique suffisant pour que le percuteur puisse faire déclencher la serrure magnétique en cas de court-circuit dans la ligne protégée par le disjoncteur équipé d'un tel actionneur. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 6 REVENDICATIONS Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire de type disjoncteur, comportant une bobine d'induction (1), un circuit magnétique avec une culasse magnétique (2) et un noyau mobile (3), et des moyens de rappel interposés entre le noyau (3)et la culasse(2), caractérisé en ce que la culasse (2) est constituée d'une tôle plane repliée en U dont le fond (4) et les côtés latéraux (5, 6) définissent un volume dans lequel est logé un noyau magnétique (3) présentant des surfaces d'allure parallèle au fond (4) et aux côtés (5, 6) et qui est entouré par la bobine (1), enroulée selon un axe perpendiculaire audit fond (4), ledit noyau (3) étant mobile entre une position d'attraction vers le fond (24) lorsque la bobine (1) est parcourue par un courant, et une position à distance du fond (4) en l'absence de courant dans la bobine (1) vers laquelle il est sollicité par les moyens de rappel, ledit noyau (3) dépassant de l'ouverture du U au moins dans cette dernière position. Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les extrémités libres (8, 9) des côtés latéraux (5, 6) sont recourbées vers le noyau mobile (3). la Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon revendication précédente, caractérisé en ce que les chants de ces extrémités libres (8, 9) des côtés latéraux (5, 6) sont orientés parallèlement aux surfaces en regard du noyau (3). Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la dimension perpendiculaire à la section en U, la longueur du noyau mobile (3) est sensiblement égale à celle de la culasse (2). Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau mobile (3) présente un volume parallélépipédique. Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (4) de la culasse (2) est muni d'un orifice (7) de guidage d'un percuteur solidarisé au noyau mobile (3). Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (1) est réalisée à partir d'une tôle conductrice plate découpée et repliée de manière que les spires successives présentent des portions parallèles aux côtés latéraux de la culasse (2). 8. Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la découpe pour la réalisation de la bobine comporte une succession de tronçons rectilignes reliés par des portions obliques de dimensions permettant d'une part d'assurer le pas de bobinage à l'enroulement, et d'autre part de s'adapter à la largeur du noyau (3). 9. Actionneur magnétique pour appareil électrique modulaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que la découpe pour la réalisation de la bobine (1) est une crénelure rectangulaire. 10. Appareil électrique modulaire de type disjoncteur doté d'un actionneur magnétique selon les revendications précédentes.