Brevet FR3054924A1 — publié le 20180209

PARTIE MOBILE D'UN ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE POUR UN CONTACTEUR ELECTRIQUE, ACTIONNEUR COMPRENANT UNE TELLE PARTIE ET CONTACTEUR La présente invention concerne une partie mobile d'un actionneur électromagnétique pour un contacteur électrique. FR-A-2 792 108 divulgue un actionneur électromagnétique destiné à être intégré à un contacteur à courant continu. Cet actionneur comprend une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe comprend une bobine, qui est disposée sur une carcasse isolante et qui génère un champ magnétique lorsqu'elle est alimentée en courant. La partie mobile est prévue pour se déplacer en translation sous l'effet du champ magnétique généré par la bobine. Elle comprend un noyau magnétique de forme générale cylindrique et des armatures en forme de palettes. Les palettes sont disposées à deux extrémités du noyau et sont solidaires de celui-ci. Un porte-contacts est lié en translation avec la partie mobile. Les contacts de ce porte-contacts sont connectés avec des contacts fixes du contacteur lors du déplacement de la partie mobile, ce qui a pour effet de fermer le circuit du contacteur. Un ou plusieurs ressorts permettent de ramener la partie mobile en position ouverte lorsque la bobine n'est plus alimentée en courant. Un premier inconvénient de cet actionneur est que la partie mobile est lourde car elle comprend un noyau et deux palettes. Le temps d'ouverture et de fermeture est donc relativement long. En outre, la partie mobile comprend beaucoup de cuivre, de sorte que cet actionneur est relativement cher à fabriquer. D'autre part, la course de la partie mobile dépend de plusieurs cotes et notamment de la distance entre les deux palettes. Or, cette distance varie de façon non-négligeable sur un lot de produits. Ainsi, un second inconvénient de ce produit est que la course de la partie mobile entre sa position ouverte et sa position fermée est mal maitrisée. Les temps d'ouverture et de fermeture correspondants sont donc variables d'un produit à l'autre. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une partie mobile d'un actionneur électromagnétique moins coûteuse à fabriquer et avec laquelle les temps d'ouverture et de fermeture sont mieux maitrisés. A cet effet l'invention concerne une partie mobile d'un actionneur électromagnétique pour un contacteur électrique. Conformément à l'invention, la partie mobile est constituée par une pièce plate, découpée à partir d'une tôle laminée. La pièce plate comprend un premier étage destiné à être tourné vers une partie fixe de l'actionneur électromagnétique et un deuxième étage accolé au premier étage selon un axe de déplacement de la partie mobile. Une section pleine du deuxième étage, mesurée dans 3054924 2 un plan perpendiculaire à l'axe de déplacement de la partie mobile, est inférieure à une section pleine du premier étage. Grâce à l'invention, la partie mobile est beaucoup plus légère que celle de l'actionneur électromagnétique selon FR-A-2 792 108. L'effort mécanique nécessaire pour 5 rappeler la partie mobile en position ouverte est donc moindre. En outre, moins de matière première est utilisée pour la fabrication de la partie mobile. Celle-ci a donc un coût de fabrication moins élevé. Par ailleurs, le fait que la partie mobile soit constituée par une pièce plate, découpée à partir d'une tôle laminée, permet d'obtenir des marges de tolérance réduites pour ce qui concerne l'épaisseur de la pièce plate. L'amplitude de la 10 course de la partie mobile entre la position ouverte et la position fermée est donc mieux maîtrisée. Lors de la fermeture du contacteur, les parties périphériques de la pièce plate sont traversées par le flux magnétique en début de déplacement (Augmentation de la surface d'appel). Le niveau d'induction de cette zone reste faible (inférieur à 1 Tesla). Plus l'entrefer (la distance entre la partie fixe et la partie mobile) diminue, plus les lignes 15 de champ se canalisent vers le centre de la palette. Les fortes inductions sont concentrées dans le centre de la palette. L'extérieur de la palette est très légèrement sollicité. Ainsi, il n'y a pas besoin d'avoir autant d'épaisseur sur les bords de la pièce plate qu'au centre. Le fait que le deuxième étage ait une section pleine inférieure à celle du premier étage permet d'alléger la pièce au niveau de l'un au moins de ses bords. L'idée 20 est d'enlever de la matière qui ne conduit pas le flux magnétique lors de la fermeture du contacteur pour alléger la pièce plate au maximum, sans toutefois altérer les capacités de fermeture de l'actionneur. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, la partie mobile peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute 25 combinaison techniquement admissible : - La pièce plate est une palette rectangulaire délimitant deux bords longs et deux bords courts, alors que le deuxième étage a une longueur, mesurée parallèlement aux bords longs, qui est inférieure à la longueur du premier étage. - Le rapport entre la section pleine du deuxième étage et la section pleine du 30 premier étage est compris entre 25% et 75%. - Les deux étages de la pièce plate sont formés par deux pièces de tôles superposées. - La pièce plate comprend au moins un concentrateur de flux magnétique. - Chaque concentrateur de flux est un relief formé sur une surface de la pièce 35 plate orientée vers une partie fixe de l'actionneur. 3054924 3 L'invention concerne également un actionneur électromagnétique comprenant une partie fixe et une partie mobile telle que décrite précédemment. Avantageusement, la partie fixe comprend deux noyaux autour desquels sont enroulés des bobines. 5 Avantageusement, la pièce plate constitutive de la partie mobile comprend au moins un concentrateur de flux magnétique, chaque concentrateur de flux magnétique étant disposé de façon à être en regard de l'un des noyaux de la partie fixe. Avantageusement, le second étage a une longueur au moins égale à la longueur de la partie fixe, mesurée au niveau des noyaux. 10 L'invention concerne enfin un contacteur électrique comprenant un actionneur tel que décrit ci-dessus. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel contacteur électrique peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : 15 - Le contacteur comprend un boitier d'arc et des moyens pour maintenir la partie fixe de l'actionneur au contact du boitier d'arc, ces moyens comprenant par exemple au moins un élément élastique. - Chaque élément élastique s'étend à partir d'un socle du contacteur et traverse une carte électronique disposée entre le socle et la partie fixe de l'actionneur. 20 L'invention 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'une partie mobile d'un actionneur électromagnétique conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe d'un contacteur électrique conforme à l'invention, 25 représenté en position ouverte et comprenant un actionneur électromagnétique avec une partie fixe et une partie mobile conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1, dans laquelle le contacteur est représenté en position fermée, et - les figures 3 et 4 sont des vues en perspective représentant une partie mobile de 30 l'actionneur des figures 1 et 2. Sur les figures 1 et 2 est représenté un contacteur électrique 2, permettant d'interrompre sélectivement le passage de courant dans un circuit de puissance, par exemple entre une source d'alimentation et une charge électrique. A la figure 1, le contacteur 2 est représenté dans une position ouverte, dans laquelle il bloque le passage 35 de courant. Le contacteur 2 comprend un nombre de contacts mobiles 12 et un nombre 3054924 4 de contacts fixesl4 correspondant. Dans l'exemple, ce nombre est égal à deux mais ce nombre peut varier en fonction du type d'appareil. Les contacts mobiles 12 appartiennent à un porte-contact 10 qui est mobile selon un axe X10 entre la position ouverte représentée à la figure 1, dans laquelle les contacts 5 mobiles 12 et les contacts fixes 14 sont séparés par une distance d'isolement et une position fermée représentée à la figure 2, dans laquelle les contacts mobiles 12 et les contacts fixes 14 sont en contact et connectés. Le porte-contact 10 est déplacé en translation suivant l'axe X10 par l'intermédiaire d'un actionneur électromagnétique 4. L'actionneur électromagnétique 4 comprend une partie fixe 6 et une partie 8 10 mobile le long de l'axe X10 entre la position ouverte représentée à la figure 1 et la position fermée représentée à la figure 2. La course de la partie mobile 8 est représentée par la distance c à la figure 1. Le porte-contacts 10 et la partie mobile 8 de l'actionneur 4 sont liés en translation suivant l'axe X10. Dans l'exemple, la partie 8 de l'actionneur est assemblée sur le porte- 15 contacts 10 de manière à la rendre solidaire du porte contact. La partie fixe 6 comprend une armature 60 ayant une architecture en forme de U. L'armature 60 comprend donc une base et deux noyaux 61 qui s'étendent, à partir de la base, parallèlement à l'axe X10. Une bobine 62 est enroulée autour de chacun des noyaux 61. Lorsqu'elles sont alimentées en courant électrique, les bobines 62 génèrent 20 un champ magnétique qui attire la partie mobile 8 de l'actionneur 4 vers la partie fixe 6. L'actionneur électromagnétique 4 comprend des moyens de rappel de la partie mobile 8 en position ouverte. Dans l'exemple, ces moyens de rappel sont formés par deux ressorts hélicoïdaux 24, qui s'étendent entre la partie fixe 6 et la partie mobile 8. Les ressorts 24 sont des ressorts de compression. Pour la clarté des dessins, les ressorts 24 25 ne sont pas représentés à la figure 2. Le contacteur 2 comprend un socle 16 et un boîtier d'arc 18 fixé au socle 16. Le socle 16 entoure la partie fixe 6 de l'actionneur 4. En position ouverte, une partie du porte-contacts 10 est en appui contre le boitier d'arc 18, alors qu'en position fermée, la partie mobile 8 est en contact avec la partie fixe 6 de l'actionneur 4. 30 Le contacteur 2 comprend également des moyens de maintien pour maintenir la partie fixe 6 de l'actionneur 4 au contact du boîtier d'arc 18. Plus précisément, la partie fixe 6 de l'actionneur est maintenue au contact de pattes 180 appartenant au boîtier d'arc 18. Les pattes 180 sont réparties autour de l'axe X10. Elles sont dans l'exemple au nombre de 4. 35 Les moyens de maintien précités comprennent au moins un élément élastique 22, de préférence deux éléments élastiques 22. Dans l'exemple, les éléments élastiques 22 3054924 5 sont des bouchons en élastomère. Chaque bouchon 22 s'étend à partir du socle 16 et traverse une carte électronique 20 par des trous traversants ménagés dans la carte 20 à cet effet. La carte électronique 20 est donc disposée entre le socle 16 et la partie fixe 6 de l'actionneur 4. Elle comprend un support en polychlorobiphényles (PCB). 5 Les moyens de maintien 22 permettent de « référencer », ou de « polariser » la partie fixe 6 de l'actionneur 4. Cela signifie que, sur un lot de produits, la partie fixe 6 de l'actionneur 4 a la même position quel que soit le contacteur du lot considéré. Ainsi, le point de fin de la course c de la partie mobile 8 entre la position ouverte et la position fermée est donc bien défini. Cela contribue à améliorer la maîtrise de l'amplitude de la 10 course c de la partie mobile 8 entre la position ouverte et la position fermée et donc, par conséquent, à améliorer la maitrise des écrasements de contacts ainsi qu'une répétabilité des temps d'ouverture et de fermeture. Comme visible aux figures 3 et 4, la partie mobile 8 de l'actionneur électromagnétique 4 est constituée par une pièce plate, en tôle. Par pièce plate, on 15 entend qu'il s'agit d'une pièce obtenue à partir d'une tôle laminée. La pièce plate 8 est étagée : elle comprend un premier étage 80 destiné à être tourné vers la partie fixe 6 de l'actionneur électromagnétique 4 et un deuxième étage 82 destiné à être tourné, du côté opposé, vers le boitier d'arc 18. Le deuxième étage 82 est accolé au premier étage 80 selon l'axe X10. Cela signifie que le premier étage 80 et le 20 deuxième étage 82 sont perpendiculaires à l'axe X10 et qu'il n'y a pas de vide entre le premier étage 80 et le deuxième étage 82.Une section pleine du deuxième étage 82, mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe de déplacement X10 de la partie mobile 8, est inférieure à une section pleine du premier étage 80. La section pleine est l'aire délimitée par les contours dans le plan de section. Ainsi, les éventuels trous du premier 25 étage 80 ou du deuxième étage 82 ne sont pas pris en compte dans le calcul de l'aire. Le rapport entre la section pleine du deuxième étage 82 et la section pleine du premier étage 80 est dimensionné par simulation en fonction du flux à faire passer et du matériau ferromagnétique utilisé. Il est compris entre 25% et 75%, de préférence égal à 50%. Dans l'exemple, la pièce plate 8 comprend uniquement deux étages. A titre de 30 variante non représentée, la pièce plate peut comporter un nombre d'étages strictement supérieur à deux. Un étage correspond à une partie de la pièce plate 8 ayant une section pleine différente d'au moins une autre partie de la pièce plate. Le premier étage 80 délimite une surface S80 destinée à être orientée vers la partie fixe 6 de l'actionneur électromagnétique 4. Dans l'exemple, la surface S80 est 35 destinée à venir en contact avec la partie fixe 6 de l'actionneur 4. Toutefois, en variante, une pièce pourrait être intercalée entre les parties 6 et 8 en position fermée. Le deuxième 3054924 6 étage 82 délimite une surface S82 opposée à la surface S80. La surface S82 est tournée vers le boitier d'arc 18 du contacteur 2 en configuration assemblée. Les surfaces S80 et S82 sont sensiblement planes. Le deuxième étage 82 est disposé de manière sensiblement centrale. Autrement 5 dit, le deuxième étage 82 ne recouvre qu'une partie centrale du premier étage 80, ce qui permet de conserver une section de passage suffisante au centre de la palette. En revanche, au moins l'un des bords de la pièce 8 est délimité exclusivement par le premier étage 80 et présente une épaisseur inférieure à une épaisseur maximale de la pièce. L'épaisseur de la pièce plate 8 n'est donc pas homogène. Dans l'exemple, 10 l'économie en termes de masse par rapport à une palette avec une épaisseur homogène est de l'ordre de 15%. Cela n'affecte pas ou quasiment pas les performances magnétiques car, lors de la fermeture du contacteur 2, l'essentiel du flux magnétique généré par les bobines 62 passe par la partie centrale de la pièce plate 8. Le niveau d'induction sur les bords de la pièce plate 8 n'est donc pas très élevé. L'épaisseur des 15 bords peut donc être diminuée sans pour autant provoquer de saturation magnétique pouvant modifier le comportement magnétique de la pièce plate 8 à la fermeture. Autrement dit, seule la matière qui ne conduit pas ou peu le flux magnétique lors de la fermeture du contacteur est enlevée. Cela permet d'obtenir une partie mobile allégée. Avantageusement, la pièce plate est une palette rectangulaire comprenant deux 20 petits côtés et deux grands côtés. Les deux petits côtés forment deux bords opposés B1 et B2 de la palette mobile 8. Les deux grands côtés forment deux bords opposés B3 et B4. Les bords B1 et B2 ont une épaisseur réduite par rapport à une zone centrale de la palette 8 où l'épaisseur est maximale. Les bords B1 et B2 sont délimités exclusivement par le premier étage 80 de la palette 8, alors que les bords B3 et B4 sont délimités 25 conjointement par les deux étages 80 et 82. La surface S80 a une longueur, mesurée parallèlement aux bords longs B3 et B4, qui est supérieure à la longueur de la surface S82. Grâce à l'allègement de matière, le temps d'ouverture du contacteur 2 est plus court que lorsque l'on utilise une partie mobile non allégée. Par ailleurs, le temps de 30 fermeture est sensiblement identique puisque le comportement magnétique de la palette allégée 8 n'est pas ou peu impacté. Dans l'exemple, l'épaisseur du premier étage 80 est identique à l'épaisseur du deuxième étage 82. L'épaisseur des bords B1 et B2 est donc égale à la moitié de l'épaisseur maximale de la pièce 8. Plus généralement, l'épaisseur du premier étage 80 35 doit être dimensionnée en fonction de la saturation admissible dans les bords par rapport à l'épaisseur maximale de la palette 8. En pratique, l'épaisseur du premier étage 80 est 3054924 7 comprise entre 25% et 75% de l'épaisseur maximale de la palette 8, notamment entre 35% et 55%. Avantageusement, les deux étages de la pièce plate 8 sont formés par deux pièces de tôles superposées 80 et 82. La pièce de tôle 82 est plus courte que la pièce de 5 tôle 80, la longueur étant mesurée parallèlement aux grands côtés B3 et B4 de la palette 8. Dans l'exemple, les deux pièces de tôle 80 et 82 sont soudées l'une avec l'autre, notamment grâce à un procédé de soudure laser. Avantageusement, le second étage 82 a une longueur L82 au moins égale à la longueur L61 de la partie fixe 6, cette longueur étant mesurée au niveau des noyaux 61. 10 Les longueurs L82 et L61 sont mesurées selon une direction perpendiculaire à l'axe X10 et comprise dans le plan de la figure 1. Ainsi, le second étage 82 comprend des parties qui sont axialement en regard des noyaux 61 de la partie fixe 6. En configuration assemblée au sein du contacteur électrique, la pièce de tôle 80 est orientée du côté de la partie fixe 6 de l'actionneur 4, alors que la pièce de tôle 82 est 15 orientée du côté du boîtier d'arc 18, c'est-à-dire du côté opposé à la partie fixe 6 de l'actionneur 4. Avantageusement, la pièce plate 8 comprend au moins un concentrateur de flux magnétique, de préférence au moins trois concentrateurs de flux magnétique. Dans l'exemple, la pièce plate comprend quatre concentrateurs de flux 20 magnétique. Ces quatre concentrateurs de flux sont disposés aux quatre coins de la palette 8. Chaque concentrateur de flux est un relief 80.2 formé sur une face S80 de la palette 8 orientée vers la partie fixe 6 de l'actionneur 4. Les reliefs 80.2 forment des surfaces d'appui de la partie mobile 8 sur la partie fixe 6. Avantageusement, chaque relief 25 80.2 est formé par emboutissage de tôle. Les reliefs 80.2 disposés du côté du bord B3 sont de forme oblongue et ronde: ils s'étendent parallèlement aux bords B1 et B2 de la palette 8. Les reliefs 80.2 disposés du côté du bord B4 sont de forme circulaire. Les reliefs 80.2 canalisent le flux magnétique généré par les bobines 62. En effet, environ 95% du flux magnétique passe par les reliefs 80.2. Cela permet, d'une part, 30 d'optimiser la force magnétique qui maintient la partie mobile 8 en position fermée et ainsi de limiter la consommation des bobines 62 et, d'autre part, de limiter potentiellement les effets rémanents, c'est-à-dire la capacité de la palette 8 à conserver son aimantation. Avantageusement, chaque concentrateur de flux magnétique 80.2 est disposé de façon à être axialement en regard de l'un des noyaux 61 de la partie fixe 6. Cela favorise 35 le passage du flux magnétique à travers les concentrateurs de flux 80.2. 3054924 8 A titre de variante non représentée, un effet du même type peut être obtenu en utilisant une pièce en matériau amagnétique intercalée entre les parties fixes et mobiles, respectivement 6 et 8, de l'actionneur 4. La pièce de tôle 80 délimite deux trous traversants 80.1 pour le passage d'une 5 extrémité des ressorts de rappel 24. Les ressorts 24 sont en appui contre des oreilles 82.1 de la seconde pièce de tôle 82, laquelle est disposée au-dessus de la pièce de tôle 80. Selon une autre variante non représentée, le premier étage 80 et le deuxième étage 82 sont d'un seul tenant. La partie mobile de l'actionneur est alors constituée par 10 une pièce plate monobloc. Selon une autre variante non représentée, le premier étage 80 et le deuxième étage 82 peuvent être de formes différentes. Par exemple, le premier étage 80 peut être formé par une pièce de tôle carrée, alors que le deuxième étage 82 peut être un disque dont le contour est inscrit à l'intérieur du carré délimité par le premier étage. Selon un 15 autre exemple, le premier étage 80 et le deuxième étage 82 peuvent être deux disques superposés de manière concentrique, le disque constitutif du premier étage 80 ayant alors un diamètre plus important que celui du disque constitutif du deuxième étage 82. La palette rectangulaire 8 est fabriquée de la manière suivante. Les deux pièces de tôle 80 et 82 sont découpées séparément à partir de tôle laminée. La pièce de tôle 80 20 est ensuite emboutie pour la formation des reliefs 80.2 et percée pour la formation des trous 80.1. Les deux pièces de tôle 80 et 82 sont alors soudées l'une avec l'autre, par exemple en utilisant un procédé de soudure au laser. Avantageusement, les cordons de soudure sont réalisés au niveau des orifices 80.1 et sur une partie du bord B3. A titre de variante, un procédé de soudure par points électriques peut aussi être 25 utilisé pour joindre les deux pièces de tôle 80 et 82. Dans ce cas, les points de soudure sont formés au niveau de reliefs disposés sur la face de la pièce de tôle 82 qui est au contact de la pièce de tôle 80. Quatre points de soudure sont alors suffisants. Les deux pièces de tôle 80 et 82 peuvent également être collées, rivetées ou vissées ensemble. 30 Les caractéristiques du mode de réalisation et des variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinées entre elles pour générer de nouveaux modes de réalisation de l'invention. REVENDICATIONS1. Partie mobile (8) d'un actionneur électromagnétique (4) pour un contacteur électrique (2), caractérisée en ce que : - la partie mobile est constituée par une pièce plate (8), découpée à partir d'une tôle laminée, la pièce plate comprend un premier étage (80) destiné à être tourné vers une partie fixe (6) de l'actionneur (4) et un deuxième étage (82) accolé au premier étage selon un axe de déplacement (X10) de la partie mobile, une section pleine du deuxième étage, mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe de déplacement (X10) de la partie mobile, est inférieure à une section pleine du premier étage. 2. Partie mobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce plate (8) est une palette rectangulaire délimitant deux bords longs (B3, B4) et deux bords courts (B1, B2) et en ce que le deuxième étage (82) a une longueur, mesurée parallèlement aux bords longs (B3, B4), qui est inférieure à la longueur du premier étage (80). 3. Partie mobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport entre la section pleine du deuxième étage (82) et la section pleine du premier étage (80) est compris entre 25% et 75%. 4. Partie mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux étages de la pièce plate (8) sont formés par deux pièces de tôles superposées (80, 82). 5. Partie mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce plate (8) comprend au moins un concentrateur de flux magnétique (80.2). 6. Partie mobile selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque concentrateur de flux est un relief (80.2) formé sur une surface (S80) de la pièce plate (8) orientée vers une partie fixe (6) de l'actionneur. 3054924 10 7. Actionneur électromagnétique (4) comprenant une partie fixe (6) et une partie mobile (8) selon l'une des revendications précédentes. 8. Actionneur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie fixe 5 comprend deux noyaux (61) autour desquels sont enroulés des bobines (62). 9. Actionneur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie mobile est selon la revendication 5 et en ce que chaque concentrateur de flux magnétique (80.2) est disposé de façon à être en regard de l'un des noyaux (61) de la 10 partie fixe. 10. Actionneur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le second étage (82) a une longueur (L82) au moins égale à la longueur (L61) de la partie fixe, mesurée au niveau des noyaux (61). 15 11. Contacteur électrique (2) comprenant un actionneur selon la revendication précédente. 12. Contacteur électrique (2) selon la revendication précédente, comprenant un 20 boitier d'arc (18) et des moyens (22) pour maintenir la partie fixe (6) de l'actionneur (4) au contact du boitier d'arc, ces moyens comprenant par exemple au moins un élément élastique (22). 13. Contacteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque 25 élément élastique (22) s'étend à partir d'un socle (16) du contacteur et traverse une carte électronique (20) disposée entre le socle (16) et la partie fixe (6) de l'actionneur.