Brevet FR2987491A1 — publié le 20130830

ACTIONNEUR ÉLECTROMAGNÉTIQUE A BOBINAGE EXTERNE. La présente invention a trait à un actionneur électromagnétique du type relais différentiel, et concerne l'actionneur proprement dit ainsi qu'un procédé de montage d'un tel appareil. L'actionneur de l'invention est un dispositif à haute sensibilité, utilisé notamment dans le domaine de la protection différentielle, lorsque celle-ci est envisagée indépendamment de la tension secteur. Dans ce cadre, les actionneurs ou relais différentiels utilisés dans l'industrie ou le tertiaire sont de différents types pour pouvoir répondre aux normes en vigueur (produits différentiels de type A, AC, G, S etc). Or, ils sont géométriquement identiques, c'est à dire que les pièces les constituant sont les mêmes, à l'exception de la bobine, dont le nombre de spire et la section du fil sont adaptés à chaque type de relais mentionné ci-dessus. Il existe en pratique au moins deux types de relais différents obéissant à des usages distincts. Ce type d'actionneur électromagnétique comprend en fait classiquement : - une armature magnétique fixe, en général en forme de U, dont les extrémités des deux jambages constituent deux surfaces polaires coplanaires ; - une palette en matériau magnétique apte à pivoter entre deux positions respectivement à distance, c'est à dire laissant subsister un entrefer avec l'armature et, en position armée du déclencheur, au contact desdites surfaces polaires, fermant ainsi le circuit magnétique constitué par ladite armature et ladite palette, le point de rotation de la palette se situant au voisinage immédiat de l'extrémité de l'un des jambages de l'armature ; - un aimant permanent de polarisation du circuit magnétique, disposé 30 entre les jambages de l'armature et créant une force magnétique permanente d'attraction de la palette vers les surfaces polaires, force magnétique qui s'exerce à l'encontre d'une force de rappel d'un ressort ; - une bobine d'induction entourant le circuit magnétique, reliée par exemple à un circuit à contrôler, en vue de modifier l'équilibre initial entre la 35 force magnétique et la force de rappel du ressort. C'est cette bobine qui constitue et permet en réalité de faire varier l'impédance du relais, qui est par conséquent différente d'un type de relais à l'autre si les bobines sont distinctes en termes de nombre de spires et de section du fil, pouvant passer d'un ordre de valeur allant d'environ 1S2 pour les relais à faible impédance à une valeur plus classique d'environ 40 S2 choisie dans la plupart des calibres et sensibilités de déclenchement, et susceptible d'aller jusqu'à des valeurs élevées du type 2000 S2. Le principe de fonctionnement, bien connu, est le suivant : lorsque par exemple un incident d'ordre différentiel survient dans des lignes protégées par le dispositif différentiel, générant un courant induit dans le fil de la bobine, le flux créé à cette occasion dans le circuit magnétique par la bobine se combine au flux généré par l'aimant permanent. La combinaison des flux induits par l'aimant d'une part et par le courant apparu dans la bobine d'autre part détruit l'équilibre mécanique initial et fait pivoter la palette, attirée au contact des surfaces polaires d'extrémité de l'armature. Le déplacement de la palette entraine celui d'un organe mécanique, par exemple une tige apte à déverrouiller la serrure d'un produit différentiel placé à proximité de l'actionneur électromagnétique, de telle sorte que ladite tige puisse agir sur un déclencheur. La bobine étant l'unique différence entre les différents types de relais, elle constitue jusqu'ici un composant à choisir pendant le montage du relais. Dans les chaînes d'assemblage dans l'industrie, l'étape de montage de la bobine intervient dans la plupart des cas assez tôt, c'est à dire que la bobine sélectionnée pour le produit en cours d'assemblage est montée au cours des premières phases à partir de stocks des différentes bobines disponibles. Pour répondre au mieux aux demandes du marché, il faut alors obligatoirement produire les différents types de relais afin de les avoir toujours tous en stock. Cela n'est ni judicieux en termes de fabrication, ni de stockage, avec toutes les incidences financières négatives que ces opérations recèlent. Pour résoudre ce problème, et simplifier dans le même temps l'industrialisation desdits relais, le dispositif et le procédé de l'invention rendent possible la fabrication unifiée de la totalité de l'actionneur à l'exception de la bobine, qui est ajoutée à la demande, en flux tendu, en fin de montage du produit. En d'autre termes, l'actionneur électromagnétique selon l'invention, qui comporte essentiellement un circuit magnétique constitué d'une armature magnétique fixe et d'une palette mobile à l'encontre d'un ressort et apte à déplacer un organe mécanique d'actionnement, et une bobine d'induction disposée autour d'une branche de l'armature, l'ensemble étant inséré dans un boîtier dont dépasse l'organe mécanique, se caractérise en ce que le boîtier comporte une fenêtre traversante localisée à l'intérieur du circuit magnétique, dans laquelle est enroulée la bobine une fois le boîtier fermé. Cette fenêtre, délimitée par des faces internes du boîtier, est localisée au voisinage d'au moins un côté extérieur dudit boîtier, la bobine étant alors enroulée autour d'une branche du boîtier renfermant une portion de l'armature magnétique et séparant la fenêtre du côté extérieur proximal du boîtier. La fenêtre est en pratique entièrement délimitée par le boîtier, lequel est complètement fermé, présentant des faces internes à la périphérie de la fenêtre. Selon une configuration possible, cette fenêtre peut être en U débouchant dans un côté extérieur du boîtier, et barrée à proximité dudit côté par un barreau formé par le boîtier et entourant une portion de l'armature magnétique. Dans ce cas, la partie du boîtier constituant le barreau est moins épaisse que le reste du boîtier et située en retrait par rapport au côté extérieur adjacent dudit boîtier, et elle constitue une base très naturelle pour bobiner un enroulement. Selon une possibilité, la bobine peut cependant être enroulée sur un support comprenant un manchon d'allure cylindrique entourant le barreau et au moins deux flasques d'extrémité. Pour pouvoir disposer la bobine sur le barreau, le support de bobine peut être constitué de deux pièces assemblables dans une direction d'allure parallèle à l'axe du manchon. Elles sont fixées l'une à l'autre après que le barreau ait été placé entre les deux demi-manchons. Alternativement, le support de bobine peut être constitué d'une seule pièce en matériau flexible élastique munie d'une fente radiale pratiquée dans les flasques et le manchon. Dans ce cas, la fente est élastiquement élargie pour le passage du barreau, l'élasticité du matériau aboutissant ensuite à refermer la fente et à emprisonner le barreau. En vue d'imprimer une rotation au support de bobine pour le bobinage de la bobine, la périphérie d'au moins un flasque peut être dentée. Ledit support peut alors être entraîné en rotation par une roue dentée motrice extérieure. Préalablement à toute rotation, il importe cependant de fixer l'extrémité du fil à bobiner au support de bobine. Selon une possibilité, deux flasques adjacents peuvent équiper à cet effet l'une des extrémités du manchon. On enroule alors sur quelques tours le fil, qui s'autofixe au support par coincement entre les deux flasques qui sont situés très proches l'un de l'autre. Alternativement, l'une des extrémités du manchon peut dépasser d'un flasque, la dimension axiale de la bobine étant sensiblement égale à celle du barreau. Dans ce cas, les deux flasques adjacents de la solution précédente sont en pratique remplacés par un flasque et une paroi interne de la fenêtre, la fixation obéissant au même principe que précédemment car l'extrémité du manchon dépassant est prévue très courte et la paroi est donc très proche du flasque. Selon encore une alternative possible, la face extérieure d'un flasque peut être muni d'au moins un crochet, de préférence de deux crochets situés symétriquement par rapport à l'axe du support, et autour du(des)quel(s) un premier bobinage sur quelques tours aboutit au même résultat qu'auparavant : une fixation du fil sans opération mécanique contraignante. Enfin, toujours dans le même but, l'un au moins des flasques peut comporter, sur sa face extérieure, une pastille métallique. Celle-ci est alors utilisée pour le soudage de l'extrémité d'un fil à bobiner. L'invention concerne par ailleurs un procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique obéissant aux caractéristiques précédentes, qui comporte à titre essentiel les étapes suivantes : - assemblage de l'armature, la palette, le ressort et l'organe mécanique à l'intérieur du boîtier ; - fermeture du boîtier ; - enroulement de la bobine à travers la fenêtre du boîtier. On a noté auparavant l'importance de reléguer en dernier lieu l'installation de la bobine, ce qui n'est possible que parce que le boîtier est prévu à cet effet, c'est-à-dire en pratique doté d'une fenêtre intérieure traversante. Dans le cas où l'actionneur de l'invention comporte un support de bobine, le procédé est plus précisément le suivant : - après la fermeture du boîtier, un support de bobine est mis en place autour d'une branche du boîtier séparant la fenêtre et un côté extérieur du boîtier ; - un fil conducteur est fixé audit support ; et - ledit support est mis en rotation pour réaliser le bobinage. En pratique, comme cela a été évoqué auparavant, le support est mis en rotation au moyen d'au moins un flasque, actionné par une roue dentée s'il est denté, ou par une roue à friction s'il ne l'est pas. Dans la variante selon laquelle il n'y a pas de support de bobine, qui est également possible, le procédé comporte les étapes suivantes : - après la fermeture du boîtier, un gabarit de bobinage est mis en place autour d'une branche du boîtier séparant la fenêtre et un côté extérieur du boîtier ; - un fil conducteur est fixé audit gabarit ; - ledit support est mis en rotation pour bobiner la longueur de fil nécessaire à la bobine ; et - le fil est simultanément débobiné du gabarit et bobiné autour de la branche du boîtier séparant la fenêtre et le côté extérieur proximal du boîtier. Dans ce cas, le fil nécessaire à la bobine est bobiné dans un premier temps au gabarit avant de l'être directement sur le boîtier. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente en vue perspective un actionneur dont la bobine est montée selon les critères de l'invention ; et - la figure 2 montre de manière schématique un exemple de support de bobine en deux parties. En référence à la figure 1, le boîtier (1) est en forme d'arche avec une fenêtre traversante (2) en U inversé et un barreau (3) qui enclot une portion de l'armature magnétique (non visible). Le boîtier (1) est totalement fermé, ce qui signifie que les faces internes délimitant le U sont des parois fermées du boîtier (1) au même titre que les côtés extérieurs. Le côté extérieur supérieur (4) comporte d'ailleurs l'unique ouverture pratiquée dans le boîtier (1), un orifice (5) permettant le passage d'une tige (6) de l'actionneur, dont la puissance mécanique permet par exemple de faire déclencher la serrure mécanique d'un appareil électrique différentiel. La bobine associée à l'actionneur de l'invention est, dans cette configuration, enroulée autour du barreau (3), par exemple après y avoir placé un support de bobine (7) tel qu'apparaissant très schématiquement en figure 2. Un tel support de bobine (7) est constitué de deux parties (8, 8'), formées en l'espèce symétriquement selon une configuration possible, assemblables de part et d'autre du barreau (3). La fixation d'une partie (8, 8') à l'autre (8', 8) peut s'effectuer en pratique sans éléments additionnels, par simple emboîtement de plots ou picots dépassant de l'une des parties (8, 8') et s'ajustant à force dans des orifices de l'autre partie (8', 8). Lorsque le support de bobine (7) est installé, une extrémité du fil à bobiner y est fixée, puis le support (7) est mis en rotation autour du barreau (3) de sorte que la bobine se crée progressivement, spire après spire obtenue pour chaque tour complet du support de bobine (7). D'un point de vue dimensionnel, la longueur du support (7), d'un flasque d'extrémité (9) à l'autre (9'), et les dimensions transversales du canal délimité par le manchon central (10) sont prévus tels que le support de bobine (7) soit libre en rotation autour du barreau (3). Bien entendu, l'exemple ci-dessus ne doit pas être considéré comme exhaustif de l'invention, qui comporte au contraire un ensemble de variantes de formes et de configurations telles que le doublement de l'un des flasques (9, 9') pour réaliser la fixation d'une extrémité du fil à bobiner, la réalisation d'un support (7) en une pièce munie d'une fente radiale selon une configuration visible en figure 2 si les parties en pointillées (11) étaient des prolongements solides du support (7) selon la première version, des parties (8, 8') non symétriques etc... REVENDICATIONS1. Actionneur électromagnétique comportant un circuit magnétique constitué d'une armature magnétique fixe et d'une palette mobile à l'encontre d'un ressort et apte à déplacer un organe mécanique (6) d'actionnement, et une bobine d'induction disposée autour d'une branche de l'armature, l'ensemble étant inséré dans un boîtier (1) dont dépasse l'organe mécanique (6), caractérisé en ce que le boîtier (1) comporte une fenêtre traversante (2) localisée à l'intérieur du circuit magnétique, dans laquelle est enroulée la bobine une fois le boîtier (1) fermé. 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite fenêtre (2), délimitée par des faces internes du boîtier (1), est localisée au voisinage d'au moins un côté extérieur dudit boîtier (1), la bobine étant enroulée autour d'une branche du boîtier (1) renfermant une portion de l'armature magnétique et séparant la fenêtre (2) du côté extérieur proximal du boîtier (1). 3. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fenêtre (2) est en U débouchant dans un côté extérieur du boîtier (1), et barrée à proximité dudit côté par un barreau (3) formé par le boîtier (1) et entourant une portion de l'armature magnétique. 4. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bobine est enroulée sur un support (7) comprenant un manchon (10) d'allure cylindrique entourant le barreau (3) et au moins deux flasques d'extrémité (9, 9'). 5. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (7) de bobine est constitué de deux pièces (8, 8') assemblables dans une direction d'allure parallèle à l'axe du manchon (10). 6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support (7) de bobine est constitué d'une seule pièce en matériau flexible élastique munie d'une fente radiale pratiquée dans les flasques (9, 9') et le manchon (10). 7. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la périphérie d'au moins un flasque (9, 9') est dentée. 2 9874 91 8 8. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que deux flasques (9, 9') adjacents équipent l'une des extrémités du manchon (10). 9. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, 5 caractérisé en ce que l'une des extrémités du manchon (10) dépasse d'un flasque (9, 9'), la dimension axiale de la bobine étant sensiblement égale à celle du barreau (3). 10. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la face extérieure d'un flasque (9, 9') est muni d'au 10 moins un crochet. 11. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'un au moins des flasques (9, 9') comporte, sur sa face extérieure, une pastille métallique. 12. Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon les 15 revendications précédentes caractérisé par les étapes suivantes : - Assemblage de l'armature, la palette, le ressort et l'organe mécanique (6) à l'intérieur du boîtier (1) ; - Fermeture du boîtier (1) ; - Enroulement de la bobine à travers la fenêtre (2) du boîtier (1). 20 13. Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que : - après la fermeture du boîtier (1), un support (7) de bobine est mis en place autour d'une branche du boîtier (1) séparant la fenêtre (2) et un côté extérieur du boîtier (1) ; 25 - un fil conducteur est fixé audit support (7) ; et - ledit support (7) est mis en rotation pour réaliser le bobinage. 14. Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (7) est mis en rotation au moyen d'au moins un flasque (9, 9'), actionné par une roue 30 dentée s'il est denté, ou par une roue à friction. 15. Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon la revendication 12, caractérisé en ce que : - après la fermeture du boîtier (1), un gabarit de bobinage est mis en place autour d'une branche du boîtier (1) séparant la fenêtre (2) et un 35 côté extérieur du boîtier (1) ; - un fil conducteur est fixé audit gabarit ;- ledit support (7) est mis en rotation pour bobiner la longueur de fil nécessaire à la bobine ; et - le fil est simultanément débobiné du gabarit et bobiné autour de la branche du boîtier (1) séparant la fenêtre (2) et le côté extérieur proximal du boîtier (1).