Brevet FR2940510A1 — publié le 20100625

Dispositif de déclenchement magnétique pour appareil de protection de ligne à au moins deux pôles protégés La présente invention concerne un dispositif de déclenchement 5 magnétique pour appareil électrique de protection de ligne à au moins deux pôles protégés. Ces appareils sont prévus pour être montés sur un rail accolés à d'autres appareils électriques du même type pour constituer un circuit de distribution électrique. Dans cette hypothèse, leur connexion au circuit, en pratique à 10 une phase ou au neutre, est souvent réalisée de manière groupée à l'aide de barres de pontage rigides présentant des languettes de connexion régulièrement espacées, prévues pour être introduites dans les connecteurs des différents appareils disposés adjacents sur le rail. L'utilisation d'un tel accessoire de distribution impose bien entendu la 15 distance séparant les connecteurs des appareils électriques, qui détermine à son tour la largeur des boîtiers. Dans le cas des appareils dits modulaires, le pas de séparation des connecteurs est égal ou est un multiple d'une distance sensiblement égale à 18 mm. Ce pas se retrouve en pratique entre les languettes de la barre de 20 pontage, et constitue aussi la largeur des appareils. La valeur numérique mentionnée ci-dessus constitue en fait la largeur attribuée à ce qu'il est convenu d'appeler un "module", et donc par exemple la largeur d'un boîtier unipolaire ou bipolaire. Lorsqu'un dispositif comporte par exemple deux pôles dans un même 25 module, et que chacun de ces pôles est protégé, la double protection implique notamment l'existence de deux dispositifs de déclenchement magnétique, un par ligne. Le volume disponible dans le boîtier étant déterminé par la largeur modulaire, qui ne constitue pas un paramètre variable pour les raisons invoquées ci-dessus, il faut en particulier travailler 30 sur les dimensions desdits dispositifs magnétiques pour qu'ils puissent être intégrés ensemble dans les boîtiers. Le but de l'invention est d'optimiser l'encombrement de ces dispositifs de déclenchement, par exemple et si possible en mutualisant leurs composants, afin d'aboutir d'abord à une limitation de l'espace qu'ils occupent, et ensuite si possible à une réduction de coût. En pratique, et plus précisément, le dispositif de déclenchement magnétique de l'invention s'applique à des appareils comportant : - n (n z 2) paires de contacts respectivement fixe et mobile ; - un mécanisme à serrure d'ouverture et de fermeture des contacts coopérant avec une manette de commande ; - un sous-ensemble magnétique apte à faire basculer le mécanisme à serrure en vue de l'ouverture des contacts en cas d'élévation brutale du courant ; et - des dispositifs de raccordement d'entrée et de sortie de l'appareil électrique à n lignes. L'invention se caractérise à titre principal en ce que le sous-ensemble magnétique comporte : n bobines entourant au moins un noyau mobile dans la direction de l'axe des bobines ; un unique percuteur entraîné par chacun des noyaux ; et - des moyens de rappel de chaque noyau mobile en position initiale en l'absence de courant dans les bobines. L'une des difficultés résolue, dans le cadre de l'invention, réside dans la gestion optimisée d'un espace réduit, par exemple dans le cas d'un boîtier unimodulaire utilisé pour un appareil bipolaire à deux pôles protégés, nécessitant dès lors l'implantation d'un dispositif de déclenchement magnétique à deux bobines. La mutualisation du percuteur permet d'adopter des configurations occupant un volume plus réduit que si deux dispositifs magnétiques indépendants chacun doté d'un percuteur étaient utilisés. Secondairement, il est possible de recourir à d'autres mutualisations également synonymes de gain d'espace. Ainsi, selon l'invention, on peut prévoir qu'au moins une portion de la culasse magnétique soit commune aux bobines. Selon un exemple de configuration possible, appliqué à un appareil bipolaire, le dispositif de déclenchement magnétique de l'invention comporte deux bobines coaxiales alignées entourant deux noyaux mobiles et un noyau fixe coaxiaux, le premier noyau mobile distal du mécanisme à serrure étant solidaire du percuteur, le second noyau mobile proximal du mécanisme à serrure entraînant en translation axiale ledit premier noyau mobile. Dans cette hypothèse, chaque bobine peut en principe présenter un dimensionnement transversal allant jusqu'à celui des bobines utilisées lorsqu'un seul pôle est protégé dans un appareil unimodulaire. Le système mécanique de couplage des noyaux mobiles doit permettre une gestion différenciée selon que l'une ou l'autre des bobines, correspondant à deux lignes protégées distinctes, présente un courant trop élevé. Ainsi, compte tenu de la fixation du percuteur au premier des noyaux mobiles, ce dernier est déplacé dans tous les cas de surintensité, quelle que soit la ligne affectée, alors que le second noyau mobile ne doit l'être que lorsque la bobine dont il dépend est traversée par un courant de court-circuit. Plus précisément, le percuteur peut consister en une tige fixée au premier noyau mobile et traversant le second noyau mobile et le noyau fixe en y étant guidé en translation, un épaulement prévu sur ladite tige restant en contact permanent avec un siège du second noyau mobile. Le contact entre l'épaulement et le siège implique un déplacement simultané des deux noyaux mobiles lorsque le second est sollicité par son 25 circuit magnétique. Selon une possibilité, les moyens de rappel consistent en deux ressorts entourant la tige formant percuteur, un premier ressort interposé entre le premier noyau mobile et le fond d'un manchon de maintien et de guidage du second noyau mobile, et un second ressort interposé entre le noyau fixe et le 30 siège du second noyau mobile. Cette configuration permet une action de rappel différenciée. Lorsque seul le premier noyau est déplacé, le premier ressort lui permet de revenir à sa position initiale. Lorsque les deux noyaux mobiles se déplacent en même temps, le rappel en position initiale est réalisé par les deux ressorts. Les noyaux mobiles peuvent présenter des évidements axiaux permettant de loger partiellement les ressorts, le fond de l'évidement pratiqué dans le second noyau mobile constituant alors le siège de l'épaulement de la tige. Alternativement, il peut s'agir de simples surfaces radiales ayant les mêmes fonctions que lesdits fonds, en l'absence d'évidements. Selon une variante possible, les moyens de rappel consistent en un seul ressort entourant la tige formant percuteur, interposé entre le noyau fixe et une surface d'une collerette de ladite tige dont la surface radiale opposée constitue l'épaulement. Dans cette hypothèse, le second ressort exerce sa force de rappel sur les deux noyaux mobiles via la collerette lorsque l'épaulement est au contact du siège du second noyau mobile. Seul le second noyau mobile comporte soit un évidement axial dont le fond constitue à nouveau le siège pour la collerette, soit une surface radiale frontale formant ledit siège. Dans les variantes bipolaires décrites ci-dessus, la culasse magnétique comporte de préférence une portion commune située entre les bobines coaxiales, orientée perpendiculairement à l'axe des bobines. II y a donc bien, outre une mutualisation du percuteur, une mutualisation d'une portion de culasse magnétique. Selon une configuration possible, la culasse magnétique est en forme de S à portions perpendiculaires. C'est la branche intermédiaire transversale qui est alors mutualisée. Selon une autre variante encore, le dispositif de déclenchement magnétique de l'invention peut comporter deux bobines parallèles dont dépassent d'un côté les noyaux mobiles, un percuteur étant placé entre les 30 deux bobines et entraîné par chaque noyau mobile vers le mécanisme à serrure. Dans ce cas, si les deux bobines sont disposées dans la largeur de l'espace unimodulaire, elles doivent avoir des dimensions transversales bien inférieures à celles des variantes précédentes. Il est cependant également possible de les prévoir l'une sur l'autre, selon l'agencement relatif des autres composants dans le volume disponible. Le percuteur peut alors par exemple comporter deux ailerons latéraux pouvant coulisser dans des logements axiaux des portions des noyaux mobiles dépassant des bobines, la longueur desdits logements étant au moins égale au déplacement axial des noyaux mobiles, des moyens de rappel étant prévus pour ramener le percuteur et les noyaux mobiles en position initiale en l'absence de courant dans les bobines. Cette cônfiguration permet au noyau mobile sollicité de n'entraîner que le percuteur, l'autre noyau restant immobile. Selon une possibilité préférentielle, toujours dans l'optique d'un gain de place et /ou d'un gain économique, une portion de la culasse est disposée parallèle aux et entre les bobines, qui mutualisent dès lors une portion de canalisation du flux magnétique. Alternativement ou additionnellement, une portion de la culasse peut être disposée perpendiculaire aux bobines : même s'il n'y a pas alors mutualisation de ladite portion au sens fonctionnel dans le circuit magnétique, il y a simplification dans la fabrication de ladite culasse. Selon une autre variante encore de l'invention, le dispositif de déclenchement magnétique peut être basé sur au moins deux bobines coaxiales, une première bobine extérieure entourant au moins une seconde bobine intérieure, un unique noyau mobile et un noyau fixe. Cette configuration permet de mettre en oeuvre, outre une mutualisation du percuteur et de la culasse, une mutualisation des autres composants moteur magnétique. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une première variante à double bobine selon l'invention, avec les bobines alignées coaxialement ; - la figure 2 représente une coupe longitudinale de la configuration de la 5 figure 1 ; - la figure 3 montre une variante à double bobine alignée ; - la figure 4 en représente une section longitudinale médiane ; - la figure 5 montre, en vue perspective, une troisième variante à bobines parallèles ; 10 - la figure 6 représente une vue coupée longitudinalement de la variante de la figure précédente ; la figure 7 montre un des deux ensembles homologues constituant la variante à deux bobines des figures 5 et 6 ; la figure 8 représente une quatrième version à deux bobines coaxiales 15 superposées, en vue en perspective coupée selon un plan passant par l'axe des bobines ; et la figure 9 schématise des configurations à deux bobines parallèles partageant des portions de la culasse magnétique. En référence à la figure 1, le moteur électromagnétique se compose de 20 deux bobines (1, 2) alignées entourées par une culasse métallique elle-même réalisée en deux composant distincts : une tôle en L (3) fixée à une tôle en U (4). Le premier noyau mobile (5) apparaît également dans cette figure 1, ainsi que le percuteur (6). La figure 2 est plus éclairante quant au fonctionnement précis de cette 25 configuration. Le percuteur (6) est en fait l'extrémité d'une tige (7) comportant une portion (8) à diamètre réduit, un épaulement (9) séparant la tige (7) de sa portion à diamètre réduit (8). Cette dernière est fixée au premier noyau mobile (5), au fond d'un évidement (10) logeant un ressort (11) prévu pour ramener le noyau (5) dans sa position initiale en l'absence de courant dans 30 la bobine (1). Le second noyau mobile (12) comporte également un évidement (13) logeant un ressort (14) prévu pour le ramener dans sa position initiale, en l'absence de courant dans la bobine (2). Ce ressort (14) est interposé entre le noyau fixe (15) du moteur électromagnétique selon l'invention et le fond (19) de l'évidement (13) servant de siège à l'épaulement (9). Le ressort (11) est quant à lui interposé entre la paroi transversale au fond d'un manchon (16) entourant le second noyau mobile (12) et le fond de l'évidement (10). Un manchon (17) existe également entre le noyau mobile (5) et la bobine (1). Le fonctionnement est le suivant : dans l'hypothèse où la bobine (1) est parcourue par un courant par exemple de court-circuit, le noyau mobile (5) se déplace vers la droite de la figure 2, entraînant le percuteur (6) qui fait déclencher le mécanisme à serrure. Le ressort (11) ramène ensuite le premier noyau mobile (5) dans sa position initiale. Dans cette hypothèse, le second noyau mobile (12) n'est pas affecté par le déplacement du premier noyau mobile (5). En revanche, lorsque la bobine (2) est parcourue par un courant de court-circuit, le second noyau mobile (12) était entraîné vers la droite de la figure, et il entraîne également le premier noyau mobile (5), du fait de l'existence du contact siège (19) I l'épaulement (9). Lorsque le percuteur (6) a fait déclencher la serrure mécanique, les deux noyaux mobiles (5, 12) reviennent à leur position initiale, sous l'action des deux ressorts (11, 14). Dans la variante montrée en figures 3 et 4, les composants du système qui sont identiques à ceux utilisés dans la variante précédente portent les mêmes références. Dans cette hypothèse, un seul ressort (14') est conservé. Ce ressort (14') repose à l'une de ses extrémités sur une collerette (18) disposée entre la portion de plus grand diamètre de la tige (7) et sa portion (8) de plus petit diamètre. Seul le second noyau mobile (12) est muni d'un évidement axial (13), puisqu'il n'y a plus qu'un ressort (14') à loger. Cette configuration, par ailleurs, ne comporte qu'un seul manchon (17') entourant à la fois les premier et deuxième noyaux mobiles (5, 12) et les isolant des bobines (1) et (2). La culasse magnétique est constituée d'une unique tôle (3') en forme de S. Le fonctionnement est le suivant : à l'apparition d'un courant de court-circuit dans la bobine (1), le premier noyau mobile (5) est entraîné vers la droite à l'encontre du ressort (14') du fait de l'existence de la collerette (18), sans déplacer le second noyau mobile (12). A la disparition du courant dans la bobine (1), le ressort (14') ramène le noyau mobile (5) dans sa position initiale, par action sur la collerette (18). Si un courant de court-circuit parcourt la bobine (2), le noyau mobile (12) est déplacé axialement vers la droite, le siège (19) repoussant la collerette (18), entraînant par conséquent le premier noyau mobile (5). En l'absence de courant dans ladite bobine (2), le ressort (14') repousse 15 l'ensemble vers la gauche, jusqu'à ce que le second noyau mobile (12) soit arrêté par un épaulement du manchon (17'). Dans la configuration des figures 5 à 7, deux ensembles homologues constitués chacun par une bobine (21, 22), une culasse (23, 24) et un noyau magnétique mobile (25, 26) coopèrent avec un unique percuteur (27). Des 20 moyens de rappel sous forme de ressorts de torsion (28, 29) permettent de rappeler chaque noyau mobile (25, 26) en position de repos en l'absence de courant dans les bobines. En fait, le percuteur (27) comporte une première portion allongée (30) orientée parallèlement à la direction de son déplacement et deux ailerons 25 arrières (31, 32) d'allure perpendiculaire à la portion (30) prévus pour coopérer avec des fenêtres (33, 34) pratiquées dans les noyaux mobiles (25, 26). La portion allongée (30) est apte à se déplacer dans un espace ménagé entre les deux ensembles décrits ci-dessus. Le fonctionnement est le suivant : au repos, les positions relatives des 30 composants mobiles sont celles qui apparaissent aux figures 5 et 6. En cas de courant dans une bobine (21 ou 22), le noyau mobile correspondant (25 ou 26) est attiré vers la gauche des figures et, comme les ailerons (31, 32) sont en butée à droite dans leurs fenêtres (33, 34), le percuteur (27) se déplace et peut faire déclencher l'appareil muni d'un tel moteur électromagnétique. Le noyau mobile (25, 26) qui n'est pas attiré reste immobile, la fenêtre (33, 34) ayant une dimension - dans la direction du déplacement - suffisante pour que, lorsque le noyau mobile (25, 26) qui se déplace arrive en butée, l'aileron (31, 32) logée dans la fenêtre (33, 34) du noyau mobile (26, 25) qui reste fixe n'arrive pas en butée à l'autre extrémité de ladite fenêtre (33, 34). La forme de chaque fenêtre ((33, 34) résulte en particulier très clairement de la figure 7. Les moyens de rappel (28, 29) sollicitent le percuteur (27), et par conséquent les noyaux (25, 26), vers la position initiale de repos. La configuration de la figure 8 propose à nouveau un système raccordable à deux lignes, et par conséquent doté de deux bobines (41, 42), avec une mutualisation multiple : la culasse (43) est en effet partagée par lesdites bobines (41, 42), ainsi que le percuteur (44), le noyau mobile (45), le noyau fixe (46) et les moyens de rappel (47). Les représentations schématiques de la figure 9 montrent des associations de bobines (51, 52 ; 51', 52') avec des portions de culasses (53 ; 53') partagée (53) voire mutualisée pour la portion parallèle à l'axe des bobines de la culasse (53'). L'invention ne se limite pas aux configurations telles qu'illustrées ci-dessus, mais elle englobe notamment également les variantes de forme dont il est fait référence dans la description.