Brevet FR3025933A1 — publié le 20160318

ACTIONNEUR ELECTRO-MECANIQUE ET CONTACTEUR ELECTRIQUE COMPRENANT UN TEL ACTIONNEUR La présente invention concerne un actionneur à commande électro-mécanique de manoeuvre d'un contacteur électrique, ainsi qu'un contacteur électrique comprenant un tel actionneur. Dans le domaine des actionneurs, il est connu, par exemple de EP-A-1 006 549, d'utiliser des phénomènes électromagnétiques pour la réalisation des dispositifs d'actionnement. FR-A-2 896 617 démontre la possibilité de réaliser un actionneur sans recourir à des phénomènes électromagnétiques. L'actionneur est pourvu d'un organe mobile, déplaçable par rapport à une partie fixe et entraîné par un mécanisme à came. Ce dispositif comprend deux ressorts, à savoir un premier ressort qui travaille en translation et un deuxième ressort qui travaille en torsion. Ceci complexifie le fonctionnement du dispositif. De plus, le moteur électrique qui entraîne la came est alimenté avec un courant alternatif. La vitesse de l'organe mobile est limitée dans les phases d'ouverture et de fermeture. Il est également connu, par exemple de US-A-2012/0175228, d'utiliser un seul ressort qui s'oppose au déplacement d'une tige de travail entraînée par un mécanisme à came. La came utilisée a un profil radial et est entraînée par un moteur électrique alimenté avec un courant alternatif. Ceci diminue les performances du dispositif, en termes de vitesse, dans les phases d'ouverture et de fermeture. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouvel actionneur électro-mécanique dans lequel le mécanisme à came est amélioré, avec une augmentation substantielle de ses performances. A cet effet, l'invention concerne un actionneur à commande électro-mécanique de manoeuvre d'un contacteur électrique incluant une partie fixe, un moteur électrique, un tiroir mobile en translation par rapport à la partie fixe entre une première position où le tiroir est éloigné du moteur et une deuxième position où le tiroir est rapproché du moteur. L'actionneur comprend également une came de commande qui assure le déplacement du tiroir entre sa première position et sa deuxième position. Conformément à l'invention, la came de commande est équipée de deux surfaces d'appui sur un organe de transmission d'effort, qui génèrent deux courses asymétriques du tiroir, de sa première position vers sa deuxième position et de sa deuxième position vers sa première position. Grâce à l'invention, le mécanisme de came permet deux courses asymétriques lors de la fermeture et de l'ouverture de l'actionneur. En d'autres termes, les vitesses de 3025933 2 fermeture et d'ouverture de l'actionneur peuvent être optimisées, tout en restant différentes entre elles. En particulier la vitesse de fermeture est optimisée pour minimiser les rebonds. La vitesse d'ouverture est, quant à elle, maximisée pour éteindre, dans un délai le plus bref possible, un arc électrique qui viendrait de se générer. Le 5 fonctionnement peut être bistable. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel actionneur à commande électromécanique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - L'organe de transmission d'effort est solidaire du tiroir et la came est entraînée 10 par le moteur. En variante, la came est solidaire du tiroir et l'organe de transmission d'effort est entraîné par le moteur. - La came de commande est rotative. En variante, la came de commande est mobile en translation. - L'actionneur inclut au moins un moyen de rappel élastique du tiroir mobile vers 15 sa première position. - La came est pourvue d'une surface radiale extérieure, pour exercer un effort de traction sur l'organe de transmission d'effort, et d'une surface radiale intérieure, pour exercer un effort de poussée sur cet organe. - La surface radiale extérieure est pourvue d'au moins une partie rectiligne et la 20 surface radiale intérieure comprend un tronçon de spirale centré sur l'axe de rotation de la came. - Le moteur électrique est un moteur pas à pas alimenté avec le même courant pour déplacer le tiroir de sa première position vers sa deuxième position et de sa deuxième position vers sa première position. 25 L'invention concerne également un contacteur électrique comprenant des pastilles fixes et des pastilles mobiles entraînées par un tiroir appartenant à un actionneur caractérisé en ce que l'actionneur est tel que mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un 30 actionneur à commande électro-mécanique et d'un contacteur électrique conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un contacteur électrique incluant un actionneur à commande électro-mécanique conforme à l'invention ; 3025933 3 - la figure 2 est une coupe selon le plan Il du contacteur électrique dans la configuration de la figure 1, où le contacteur est fermé ; - la figure 3 est une coupe analogue à la figure 2 lorsque le contacteur est dans une configuration intermédiaire ; 5 - la figure 4 est une coupe analogue à la figure 2 lorsque le contacteur est dans une configuration finale, où le contacteur est ouvert ; - la figure 5 est une coupe du contacteur selon le plan V à la figure 1 ; - la figure 6 est un diagramme représentant la course d'ouverture et la course de fermeture d'un tiroir appartenant à un actionneur conforme à l'invention, ainsi que la 10 course d'ouverture et la course fermeture d'un tiroir appartenant à un actionneur conforme à l'art antérieur, en fonction de la position angulaire d'une came d'actionnement. Sur les figures 1 à 5 est représenté un actionneur électro-mécanique 2 destiné à être intégré à un contacteur électrique triphasé 200. L'actionneur 2 comprend une partie fixe 4 et un tiroir 6 mobile en translation par rapport à la partie fixe 4 selon un axe 15 longitudinal X2. La partie fixe 4 comprend un moteur électrique pas à pas 42, dont un arbre de sortie 44 transmet une rotation selon un axe de rotation X4, à une came de commande 8 ancrée sur cet arbre de transmission 44. On note X8 l'axe central de la came 8, qui est confondu avec l'axe X4 en configuration montée de l'actionneur, et R8 son mouvement de 20 rotation. La came de commande 8 est pourvue d'une surface radiale extérieure 82, qui comprend au moins une partie rectiligne 822 et une partie circulaire 824, et d'une surface radiale intérieure 84, qui comprend un tronçon de spirale 842 centré sur l'axe X8 et un segment rectiligne 844. La surface 82 est orientée radialement vers l'axe X8, alors que la 25 surface 84 est orientée radialement à l'opposé de cet axe. En pratique, la surface radiale extérieure 82 comprend une deuxième partie rectiligne 826 qui relie la partie circulaire 824 à la première partie rectiligne et une troisième partie rectiligne, radiale par rapport à l'axe X8, qui relie la première partie rectiligne à la partie circulaire 824, à l'opposé de la partie 826. De même, la surface 30 radiale intérieure 84 comprend une partie circulaire 846 centrée sur l'axe X8 et qui relie le segment 844 à la partie radiale la plus interne du tronçon en spirale 842. Le tiroir 6 est mobile en translation, selon l'axe longitudinal X2 et par rapport à la partie fixe 4, entre une première position représentée aux figures 1, 2 et 5, où le tiroir 6 est éloigné du moteur électrique 42, et une deuxième position représentée à la figure 4, 35 où le tiroir 6 est rapproché du moteur électrique 42. La came de commande 8 entraine le 3025933 4 déplacement du tiroir 6. En particulier, la came de commande 8 génère deux courses asymétriques du tiroir 6, de sa première position vers sa deuxième position et de sa deuxième position vers sa première position. L'actionneur 2 inclut aussi des moyens de rappel élastique du tiroir 6 vers sa 5 deuxième position où le tiroir 6 est rapproché du moteur électrique 42. Ces moyens comprennent un ressort 22. Le tiroir 6 comprend deux pattes 62A et 62B qui s'étendent en direction de l'axe X4, de part et d'autre du moteur 42 le long de cet axe. Chaque patte 62A ou 62B est équipée d'un pion 64 dirigé vers l'autre patte 62B ou 62A. Aux figures 2 à 4, la patte 62A 10 située du côté de la came 8 est omise, pour permettre de visualiser son pion 64. Le pion 64 de la patte 62A est inséré dans un volume V8 défini, sur la face de la came 8 opposée au moteur 42, radialement entre les surfaces 82 et 84. Ainsi, ce pion 64 peut venir en contact avec les parties 822 à 828 de la surface 82 et avec les parties 842 à 846 de la surface 84. Ceci permet de transformer le mouvement de rotation R8 de la 15 came 8, dans le sens trigonométrique aux figures 1 à 4, en un mouvement de translation alternatif du tiroir 6 représenté par la double flèche T6 à la figure 2. Le pion 64 est donc un organe de transmission d'effort entre la came 8 et le tiroir 6. L'actionneur 2 est intégré à un contacteur électrique 200 qui comprend un porte- contacts 202 solidaire en translation du tiroir mobile 6. Le contacteur électrique 200 20 comprend également trois première pistes fixes 208 qui s'étendent à partir de trois zones de raccordement 210 pour trois conducteurs électriques et supportent chacune une pastille de contact fixe 206. Le contacteur électrique 200 comprend également trois deuxième pistes fixes 218 qui s'étendent à partir de trois zones de raccordement 220 de trois conducteurs électriques et supporte chacune une pastille de contact fixes 216. 25 Chacune des pistes 208 et 218 forme une ligne de courant. Le contacteur électrique 200 comprend également des pastilles mobiles 204 et 214 montées sur le porte-contact 202. Pour la clarté du dessin, les pastilles 204, 214 et 206, 216 sont omises à la figure 5. Dans la première position du tiroir 6 représentée aux figures 1 et 2, les pastilles 30 mobiles 204 et 214 sont en contact avec les pastilles fixes 206 et 216. Dans la deuxième position du tiroir 6 représentée à la figure 4, les pastilles mobiles 204 et 214 sont écartées des pastilles fixes 206 et 216. La partie fixe 4 du contacteur 200 comprend un bâti 46 qui entoure le moteur 42 et un couvercle 48 sur lequel sont montées les pièces de raccordement électrique 210, 206, 220 et 216. Le ressort 22 est intercalé entre le 35 couvercle 48 et le tiroir 6. 3025933 5 Sur les figures 2 à 4, le contacteur électrique 200 et son actionneur 2 sont représentés dans trois configurations de fonctionnement différentes. Sur la figure 2, le contacteur électrique 200 est représenté en configuration fermée, où les pastilles mobiles 204 et 214 sont en contact avec les pastilles fixes 206 et 5 216 et le tiroir mobile 6 est éloigné du moteur électrique 42. La came 8 est alors orientée autour de l'axe X4 dans une position angulaire PO repérée par un angle de came a égal à 0° à la figure 6. Le pion 64, logé entre les deux surfaces radiales extérieure 82 et intérieure 84, est dans sa position la plus éloignée de l'axe X4, car il est en appui contre la portion du tronçon 842 la plus éloignée de cet axe. Ceci assure donc la position éloignée 10 du tiroir 6 par rapport au moteur électrique 42. Lorsque le moteur 42 est alimenté en courant continu, il entraine la came 8 dans le sens de rotation R8, ce qui fait passer l'actionneur 2 et le contacteur 200 de la configuration de la figure 2 à celle de la figure 3, puis à celle de la figure 4, et le tiroir 6 de sa première position représentée aux figures 1, 2 et 5, ou il est relativement éloignée du 15 moteur 42, à une deuxième position représentée aux figures 3 et 4, où il est proche de ce moteur. Au moins au début de ce déplacement, les surfaces 826 et 822 exercent un effort de traction E8 sur le pion 64, cet effort étant transmis au tiroir 6. Sur la figure 3, l'actionneur 2 est dans une configuration de fonctionnement intermédiaire entre celles des figures 2 et 4. Le moteur électrique 42 a fourni une rotation 20 de 90°, dans le sens trigonométrique autour de l'ae de rotation X4, à la came de commande 8. Du fait de cette rotation, le pion 64 vient successivement au contact des parties rectilignes 826 et 822 le long desquelles il se déplace, ce qui le rapproche de l'axe X4. Le tiroir 6 progresse donc de sa première position vers sa deuxième position, ce qui correspond à une ouverture du contacteur. 25 La pente des parties rectilignes 822 et 826 par rapport à l'axe X4 conditionne la vitesse de déplacement du tiroir 6, en fonction de l'angle de came a qui est passé de 0° à 90° entre les figures 2 et 3. La pente de la partie 826 par rapport au segment rectiligne 844 est moins prononcée que la pente de la partie 822, de sorte que, comme visible à la figure 6, la 30 vitesse du tiroir 6 en fonction de l'angle a est plus faible au début de sa course, de sa première position vers sa deuxième position, que lorsque le pion 64 est en appui sur la partie 822. La coopération du pion 64 et les parties 826 et 822 de la surface 82 permet, par un choix judicieux de leur géométrie, la génération d'un effort de traction E8 adapté et une 35 ouverture rapide du contacteur 200 dès le début de rotation R8. Ceci est essentiel pour 3025933 6 assurer une ouverture du contacteur 200 en sécurité, c'est-à-dire en évitant ou en supprimant rapidement les arcs électriques. Après que le tiroir 6 a quitté sa première position, l'effort élastique E22 du ressort 22 devient prépondérant par rapport aux forces magnétiques de contact entre les pastilles 5 204 et 214 et les pastilles 206 et 216 et contraint le pion 64 à rester en contact avec la surface 846. Cet effort élastique E22 pousse le pion 64 le long de la partie circulaire 846 de la surface 84. La course d'ouverture du tiroir mobile 6 dépend donc du profil que l'organe de transmission d'effort 64 a parcouru au cours de cette rotation de 90°. Sur la figure 4, l'actionneur 2 se trouve dans sa position finale d'ouverture où 10 l'angle a vaut 180°. Par rapport à la position de la figure 3, le moteur électrique 42 a transmis une rotation supplémentaire R8 de 90°. Ente la position de la figure 3 et la position de la figure 4, le pion 64 est en appui sur la partie circulaire 846 de la surface 84 qui est centrée sur l'axe X4. La distance entre le tiroir mobile 6 et le moteur électrique 42 n'a pas changé, par rapport à la figure 3, ce que représente le segment horizontal, entre 15 90 et 180°, de la courbe Cl à la figure 6. La phase suivante de fermeture du contacteur électrique 200 correspond à une rotation de la came de commande 8 de 180° à partir de la position montrée à la figure 4 pour atteindre à nouveau la position de la figure 2. Entre la position de la figure 4 et la position de la figure 2, la came 8 tourne toujours dans le sens trigonométrique R8 et le 20 pion 64 est en appui sur le tronçon en spirale 842 qui exerce un effort de poussé E'8 sur le pion 64, à l'encontre de l'effort E22, ce qui éloigne progressivement le pion 64 de l'axe X4. La géométrie du tronçon 842 peut être choisie en tenant compte de la vitesse de déplacement souhaitée du tiroir 6 en fonction de la position angulaire a de la came 8, entre 180° et 360° d'angle. Cette vitesse de déplaement est choisie plus faible qu'entre 25 les positions des figures 2 et 3 pour limiter les risques de répulsion électrique entre les pastilles ou de rebond mécanique à la fermeture. Le profil de la surface radiale interne 84 de la came de commande 8, qui est parcouru par l'organe de transmission d'effort 64 entre 180° et 360°, contrôle cette phase de fermette. On remarque que le sens de rotation R8 est toujours trigonométrique dans la 30 phase d'ouverture et de fermeture. Le moteur électrique 42 étant un moteur pas à pas, il suffit de l'alimenter deux fois avec un même courant continu pour générer une rotation complète de 360° de la came 8. En d'autres termes, le même courant, appliqué au moteur pas à pas 42, déplace le tiroir 6 de la position P0, représentée à la figure 2, à la position P2, représentée à la figure 4, et ultérieurement de la position P2 à la position P0. 3025933 7 La figure 6 montre, avec la courbe Cl, la position des pastilles mobiles par rapport aux pastilles fixes dans le contacteur électrique 200, en fonction de la position angulaire a. La position PO représente la position où les pastilles mobiles 204 et 214 sont en contact avec les pastilles fixes 206 et 216. Comme décrit ci-dessus, cette position correspond à 5 une position angulaire de 0°. Suite à une rotation de 90° de la came 8, à partir de la position P0, les pastilles mobiles 204 et 214 passent de la position rapprochée P0, à une première position éloignée P1. Ce déplacement est représenté par un premier segment S1 de la courbe C1. Le choix de la géométrie des surfaces 82 et 84 permettent d'obtenir un segment S1 avec une pente moyenne élevée, qui correspond à une vitesse 10 d'ouverture suffisante pour éviter la formation de d'un arc électrique. A la figure 6, la rupture de pente au sein du segment S1 provient de la différence d'orientation entre les parties 822 et 826 de la surface 82. La position P1 est représentée à la figure 3. Une rotation supplémentaire de 90° à partir de cett position P1 ne produit aucune différence en termes de distance entre les pastilles mobiles et les pastilles fixes et permet 15 d'atteindre une position P2. Ceci est à rapprocher du caractère horizontal du segment S2 de la courbe Cl à la figure 6. A partir de la position P2, qui correspond à une position angulaire a de 180°, la géométrie du tronçon 842 produit un segment S3 asymétrique par rapport au segment Si. Le segment S2 s'étend entre la position P2 et une position P3, qui correspond à une 20 position angulaire d'environ 290° et à la fermeture des pastilles. On remarque que la géométrie des surfaces 82 et 84 permet d'obtenir la fermeture des pastilles avant une rotation complète de 360°. Une rotation finale ente 290° et 360°, c'est-à-dire de la position P3 à la position initiale P0, génère une sur-course et assure la fermeture des pastilles en empêchant des rebonds mécaniques. C'est pourquoi, le dernier segment S4 25 de la courbe Cl est horizontal à la figure 6. A la figure 6, les segments S1 et S2 représentent la course d'ouverture du contacteur 200, c'est-à-dire la course pendant laquelle le tiroir 6 passe de sa première position, éloignée du moteur 42, à sa deuxième position rapprochée de ce moteur. Les segments S3 et S4 représentent la course de fermeture du contacteur 200, c'est-à-dire la 30 course pendant laquelle le tiroir 6 passe de sa deuxième position à sa première position. Comme cela ressort de la comparaison des segments S1 et S2, d'une part, S3 et S4, d'autre part, les courses d'ouverture et de fermeture sont asymétriques par rapport à la deuxième position du tiroir 6 matérialisée sur la figure 6 par la position P2. A la figure 6, une courbe C2 en traits mixtes montre les courses d'ouverture et de 35 fermeture symétriques d'un tiroir appartenant à un actionneur conforme à l'art antérieur. 3025933 8 Dans la phase d'ouverture, la courbe Cl est au-dessous de la courbe C2, ce qui assure une ouverture rapide et optimisée. Dans la phase de fermeture, la courbe Cl atteint la configuration des pastilles fermées avant la courbe C2, ce qui supprime les problèmes décrits ci-dessus. 5 Divers aménagements et variantes de l'actionneur 2 et du contacteur 200 sont, par ailleurs, envisageables. A titre d'exemple : la came de commande 8, pourvue des surfaces 82 et 84 peut être solidaire du tiroir 6, alors que le pion 64 est entrainé par le moteur électrique 42 ; la came de commande 8 peut être mobile en translation, sous l'action du 10 moteur 42 ; le moteur électrique 42 peut se trouver à l'opposé du tiroir 6 par rapport au couvercle 48, c'est-à-dire au-dessus du tiroir 6 selon l'axe longitudinal X2 dans la représentation des figures 1 à 5 ; le tiroir 6 est alors mobile en translation, selon l'axe longitudinal X2 et par rapport à la partie fixe 4, entre une première 15 position, où le tiroir 6 est éloigné du moteur électrique 2 et le contacteur en configuration ouverte, et une deuxième position, où le tiroir 6 est rapproché du moteur électrique 42 et le contacteur en configuration fermée ; le tiroir 6 peut être équipé d'une seule patte 62 et d'un seul pion 64 qui est entrainé par la came de commande 8 ; 20 le moteur électrique 42 peut entrainer deux cames de commande, chacune pourvue de surfaces 82 et 84, comme décrit ci-dessus ; chaque came de commande 8 entraine à son tour un pion 64 solidaire d'une patte 62 appartenant au tiroir 6 ; le contacteur 200 peut être pourvu d'une seule première piste fixe 208 qui 25 s'étend à partir d'une zone de raccordement 210 pour un conducteur électrique et supporte une pastille de contact fixe 206, ainsi qu'une seule deuxième piste fixe 218 qui s'étend à partir d'une zone de raccordement 220 pour un conducteur électrique et supporte une pastille de contact fixe 216 ; en d'autres termes, le contacteur électrique 200 est alors monophasé ; 30 plusieurs ressorts, répartis le long de l'axe X4, peuvent être utilisés à la place d'un seul ressort 22. D'autres moyens de rappel élastiques peuvent être prévus, tels qu'un ou plusieurs blocs en élastomère. Les modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être combinés pour générer de nouveaux modes de réalisation de l'invention. 35 REVENDICATIONS1.- Actionneur à commande électro-mécanique (2) de manoeuvre d'un contacteur électrique (200) incluant : une partie fixe (4), un moteur électrique (42), un tiroir (6) mobile en translation (T6) par rapport à la partie fixe entre une première position (P0) où le tiroir est éloigné du moteur et une deuxième position (P2) où le tiroir est rapproché du moteur, une came de commande (8) de déplacement du tiroir entre la première et la deuxième position, caractérisé en ce que la came de commande (8) est équipée de deux surfaces d'appui (82, 84) sur un organe de transmission d'effort (64) qui génèrent deux courses (S1+S2, S3+S4) asymétriques du tiroir (6), de sa première position (P0) vers sa deuxième position (P2) et de sa deuxième position vers sa première position. 2.- Actionneur (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de transmission d'effort (64) est solidaire du tiroir (6) et la came (8) est entraînée par le moteur (42). 3.- Actionneur (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la came (8) est solidaire du tiroir (6) et l'organe de transmission d'effort (64) est entraîné par le moteur (42). 4.- Actionneur (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la came de commande (8) est rotative (R8). 5.- Actionneur (2) selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la came de commande (8) est mobile en translation. 6.- Actionneur (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur inclut au moins un moyen de rappel élastique (22) du tiroir (6) mobile vers sa première position (P0). 3025933 10 7.- Actionneur (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la came (8) est pourvue d'une surface radiale extérieure (82), pour exercer un effort de traction (E8) sur l'organe de transmission d'effort (64), et d'une surface radiale intérieure (84), pour exercer un effort de poussée (E'8) sur cet organe. 8.- Actionneur (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface radiale extérieure (82) est pourvue d'au moins une partie rectiligne (822, 826) et la surface radiale intérieure (84) comprend un tronçon de spirale (842) centré sur l'axe de rotation (X8) de la came (8). 9.- Actionneur (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur électrique (42) est un moteur pas à pas alimenté avec le même courant pour déplacer le tiroir (6) de sa première position (P0) vers sa deuxième position (P2) et de sa deuxième position vers sa première position. 10.- Contacteur électrique (200) comprenant des pastilles fixes (206, 216) et mobiles (204, 214) entraînées par un tiroir (6) mobile appartenant à un actionneur à commande électro-mécanique, caractérisé en ce que l'actionneur (2) est selon l'une des revendications précédentes. 5 10 15