Brevet FR3163765A1 — publié le 20251226

Système de maintien magnétique pour un organe de protection électrique Organe de protection électrique (100) comprenant : - une partie fixe comprenant deux bornes de puissance (101, 102) ; - une partie mobile (120) apte à venir en contact avec la partie fixe et à se déplacer entre une position d’ouverture et une position de fermeture de l’organe de protection électrique, la partie mobile comprenant une surface supérieure (120a), une surface inférieure (120b) en vis-à-vis avec la partie fixe et deux points de contact (121, 122) avec la partie fixe présents sur la surface inférieure ; - deux ressorts (151, 152) configurés pour appliquer une force de pression sur les deux points de contact de la partie mobile en direction de la partie fixe ; - une plaque (130) placée sur la surface supérieure de la partie mobile ; - deux barreaux magnétiques (191, 192), chaque barreau magnétique étant placé dans une boucle (1011, 1022) formée entre un point de contact de la partie mobile et une borne de puissance de la partie fixe ; - deux joues magnétiques entourant la partie mobile, chaque joue magnétique étant en contact avec les deux barreaux magnétiques ; caractérisé en ce que l’organe de protection électrique comprend également un aimant permanent (131) placé au-dessus de ladite plaque entre les deux points de contact de la partie mobile et entre les deux ressorts. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Système de maintien magnétique pour un organe de protection électrique La présente invention se rapporte au domaine général des organes de protection électrique, comme les contacteurs électromécaniques et les contacteurs électriques, plus particulièrement à la protection de ces organes de protection lors d’un court-circuit. Les organes de protection électrique ou dispositif de limitation de courant électrique comprennent généralement un pont mobile plaqué sur des contacts fixes d’une partie fixe à l’aide d’un ressort. Quand le courant circulant entre le pont mobile et les contacts fixes dépasse un seuil prédéfini, en cas par exemple de court-circuit, des efforts électromagnétiques de répulsion vont s’appliquer sur le pont mobile et compenser, voire dépasser, la force appliquée par le ressort sur le pont mobile. Cela entraîne une lévitation des contacts du pont mobile, c’est-à-dire une ouverture de l’organe de protection entre le pont mobile et la partie fixe entre au moins un des points de contact entre les deux. Lors de la séparation entre les deux, c’est-à-dire lors de la lévitation, le courant continue de circuler momentanément ou de manière permanente via un arc électrique. Ce phénomène de lévitation peut être utilisé pour limiter le courant de court-circuit. En effet, l’ouverture de l’organe de protection génère une résistance qui s’ajoute au circuit et tend ainsi à diminuer le courant. Les documents WO 2013/119232, EP 3 232 457 et FR 3 095 890 utilisent par exemple cette propriété dans un circuit expulseur associé à un système de disjonction ; tandis que le document FR 2 108 623 utilise cette propriété pour déclencher un autre type de protection grâce à la tension apparue aux bornes des parties fixe et mobile. Cependant, lorsque la valeur de courant de court-circuit est proche du seuil prédéfini, c’est-à-dire du courant entrainant la lévitation, l’organe de protection va certes s’ouvrir sous l’effet des forces de répulsion mais dès l’apparition d’un espace entre la partie fixe et le pont mobile, les efforts liés à la striction des lignes de courant vont brutalement chuter. Seuls vont perdurer les efforts purement électromagnétiques qui sont bien inférieurs aux efforts de pression créés par le ressort sur le pont mobile. Cette baisse des efforts de lévitation produit alors une refermeture de l’organe de protection sur un point chaud fait de matière en fusion. La partie fixe et le pont mobile vont ainsi se souder entre eux rendant l’organe de protection inutilisable. De plus, il n’existe pas de moyens suffisamment rapides pour éviter cette refermeture, car il faudrait détecter l’ouverture de l’organe de protection, arrêter l’effort exercé par le ressort et enfin ouvrir l’organe de protection. Il est donc souhaitable de disposer d’un nouvel organe de protection électrique dont les risques d’endommagement sont réduits en cas de court-circuit. L’invention concerne un organe de protection électrique comprenant : une partie fixe comprenant deux bornes de puissance ; une partie mobile apte à venir en contact avec la partie fixe et à se déplacer entre une position d’ouverture et une position de fermeture de l’organe de protection électrique, la partie mobile comprenant une surface supérieure, une surface inférieure en vis-à-vis avec la partie fixe et deux points de contact avec la partie fixe présents sur la surface inférieure ; deux ressorts configurés pour appliquer une force de pression sur les deux points de contact de la partie mobile en direction de la partie fixe ; une plaque placée sur la surface supérieure de la partie mobile ; deux barreaux magnétiques, chaque barreau magnétique étant placé dans une boucle formée entre un point de contact de la partie mobile et une borne de puissance de la partie fixe ; deux joues magnétiques entourant la partie mobile, chaque joue magnétique étant en contact avec les deux barreaux magnétiques ; caractérisé en ce que l’organe de protection électrique comprend également un aimant permanent placé au-dessus de ladite plaque entre les deux points de contact de la partie mobile et entre les deux ressorts. Grâce à l’invention, lorsqu’un courant électrique circule dans l’organe de protection électrique entre les parties fixe et mobile, un champ magnétique est généré et canalisé par les barreaux magnétiques et les joues magnétiques. Cela crée une force de Laplace qui repousse la partie mobile. Cela permet alors d’abaisser le seuil du courant de lévitation de l’organe de protection électrique. L’organe de protection électrique lévite donc plus rapidement et le court-circuit est coupé plus rapidement. Le fait que l’organe de protection électrique comprenne deux points de contact entre la partie fixe et la partie mobile permet de multiplier par deux le pouvoir de coupure en tension de l’organe de protection électrique et de ne pas utiliser de tresse sur la partie mobile. Selon une caractéristique particulière de l’invention, la distance entre la plaque et l’aimant permanent est comprise entre 0,5 mm et 3 mm. Cette distance, également appelée entrefer, peut jouer sur le seuil d’ouverture de l’organe de protection électrique. En effet, l’aimant permanent exerce une force d’attraction sur la plaque et donc sur la partie mobile ; ainsi plus la valeur de l’entrefer est faible, plus la force d’attraction sera forte sur la partie mobile. Il faut donc que la force de pression appliquée sur la partie mobile par les deux ressorts soit plus importante que cette force d’attraction pour maintenir l’organe de protection électrique fermé, c’est-à-dire maintenir le contact entre les parties fixe et mobile. Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’organe de protection électrique comprend un premier boitier en matériau isolant dans lequel sont placés la partie mobile, ledit au moins un ressort, la plaque et un deuxième boitier en matériau isolant comprenant l’aimant permanent, les deux bornes de puissance de la partie fixe étant placées à l’extérieur du premier boitier. Le matériau isolant utilisé pour les premier et deuxième boitiers est par exemple un matériau thermoplastique. Selon une caractéristique particulière de l’invention, l’organe de protection électrique comprend un système de guidage de l’ouverture de l’organe de protection électrique configuré pour que la partie mobile se déplace parallèlement à la partie fixe entre la position d’ouverture et la position de fermeture de l’organe de protection électrique. Le système de guidage permet une ouverture de l’organe de protection électrique parallèlement à la partie mobile. Cela permet notamment d’éviter un arcboutement de la partie mobile. Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le système de guidage comprend au moins un axe solidaire de la partie mobile coulissant dans un fût et placé à l’intérieur d’un des deux ressorts. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. FIG. 1 La FIG. 1 représente, de manière schématique et partielle, une vue en trois dimensions d’un organe de protection électrique selon un mode de réalisation de l’invention. FIG. 2 La FIG. 2 représente, de manière schématique et partielle, une coupe longitudinale de l’organe de protection électrique de la FIG. 1 . FIG. 3 La FIG. 3 représente, de manière schématique et partielle, une vue transversale de l’organe de protection électrique de la FIG. 1 . Les figures 1 à 3 représentent de manière schématique un organe de protection électrique 100 selon un mode de réalisation de l’invention. En particulier, la FIG. 1 représente une vue extérieure en trois dimensions de l’organe de protection électrique 100, la FIG. 2 une coupe longitudinale, c’est-à-dire selon les axes X-Z, de l’organe de protection électrique 100 et la FIG. 3 une coupe transversale, c’est-à-dire selon les axes Y-Z, de l’organe de protection électrique 100. L’organe de protection électrique 100 comprend une partie fixe comprenant deux bornes de puissance 101, 102 et une partie mobile 120. La partie mobile 120 comprend une surface inférieure 120b et une surface supérieure 120a sur laquelle est fixée une plaque 130. La partie fixe est en vis-à-vis de la surface inférieure 120b de la partie mobile 120. La plaque 130 est une plaque métallique, par exemple en fer ou en acier faiblement allié. La partie mobile 120 peut se déplacer entre une position d’ouverture et une position de fermeture de l’organe de protection électrique 100. Lorsque l’organe de protection électrique 100 est fermé, comme représenté sur les figures 2 et 3, les parties fixe et mobile 120 sont en contact aux points de contact 121, 122, et un courant électrique peut circuler entre les parties fixe et mobile 120. Deux ressorts 151, 152 sont présents dans l’organe de protection électrique 100 pour appliquer une force de pression sur la partie mobile 120 en direction de la partie fixe. Ces deux ressorts 151, 152 sont par exemple positionnés en vis-à-vis des points de contact 121, 122 pour que l’effort de pression soit suffisant pour maintenir un contact entre les deux parties. La force de pression et donc les efforts de pression appliqués par les deux ressorts 151, 152 sont, en particulier, suffisants pour assurer une pression de contact aux points de contact 121, 122 compatible avec le courant électrique nominal circulant dans l’organe de protection électrique 100 et limitant l’échauffement aux points de contact 121, 122. Par ailleurs, la présence des deux ressorts 151, 152 permet d’avoir un meilleur équilibrage de l’ensemble de l’organe de protection 100 par rapport à un organe de protection n’ayant qu’un seul ressort pour exercer la force de pression sur la partie mobile vers la partie fixe. L’organe de protection électrique 100 comprend également un aimant permanent 131 placé au-dessus de la plaque 130 en vis-à-vis de la surface supérieure 120a de la partie mobile 120. L’aimant permanent 131 est plus particulièrement placé entre les deux points de contact 121, 122 et entre les deux ressorts 151, 152. Il est séparé de la plaque 130 d’une distance ou entrefer e. L’entrefer e a une valeur pouvant varier entre 0,5 mm et 3 mm. Comme l’aimant permanent 131 exerce une force d’attraction sur la partie mobile 120, la valeur de l’entrefer e est notamment choisie pour optimiser cette force d’attraction. En effet, plus l’entrefer e sera grand, plus la force de pression exercée par les deux ressorts 151, 152 pourra être réduite pour maintenir le contact entre les parties fixe et mobile 120 ; et plus l’entrefer e sera petit, plus la force de pression exercée par les deux ressorts 151, 152 devra être importante pour déplacer et maintenir la partie mobile 120 vers ou sur la partie fixe. L’organe de protection électrique 100 comprend également deux barreaux magnétiques 191, 192 et deux joues (ou flasques) magnétiques 190. Chaque borne de puissance 101, 102 de la partie fixe de l’organe de protection électrique 100 forme une boucle 1011, 1022 au sein de l’organe de protection électrique 100 avec les points de contact 121, 122. Le barreau magnétique 191 est ainsi placé dans la boucle 1011 formée entre la première borne de puissance 101 et le point de contact 121 ; tandis que le barreau magnétique 192 est placé dans la boucle 1022 formée entre la deuxième borne de puissance 102 et le point de contact 122. Les deux joues magnétiques 190 sont placées, en contact, sur les deux barreaux magnétiques 191, 192. Elles sont placées de part et d’autre des parties fixe et mobile 120. Autrement dit, elles entourent la partie mobile 120 de l’organe de protection électrique 100, ainsi qu’une portion de la partie fixe. En effet, seule une partie des boucles 1011, 1022 est entourée par les deux joues magnétiques 190. Les deux barreaux magnétiques 191, 192 sont par exemple en fer. Ils peuvent aussi être en acier faiblement allié. Les deux joues magnétiques 190 sont par exemple en fer. Elles peuvent aussi être en acier faiblement allié. On entend par faiblement allié, un alliage, connu sous la dénomination XC10, dans lequel il y a moins de 10 % d’élément d’alliage autre que le fer. Ainsi, lorsqu’un courant électrique I circule dans la partie fixe, un champ magnétique B est généré et est canalisé par les deux barreaux magnétiques 191, 192 et les deux joues magnétiques 190. Cela va créer une force de Laplace F qui repousse la partie mobile 120, qui est proportionnelle au carré du courant I. L’ensemble des joues 190 et barreaux 191, 192 magnétiques permet ainsi d’accroître les efforts de lévitation en abaissant le seuil de courant de lévitation. Cela permet à l’organe de protection électrique 100 de léviter plus rapidement et de couper plus rapidement le court-circuit. Par exemple, le seuil de courant de lévitation peut être compris entre 1500 A et 3000 A grâce à cet ensemble. Un premier boitier 110 comprenant une surface inférieure 111 peut comprendre l’organe de protection électrique 100. Les bornes de puissance 101, 102 de la partie fixe sont placées à l’extérieur du premier boitier 110, tandis que les autres composants de l’organe de protection électrique 100 sont placés à l’intérieur du premier boitier 110. L’organe de protection électrique 100 peut comprendre un deuxième boitier 112 placé à l’intérieur du premier boitier 110 et comprenant l’aimant permanent 131. L’organe de protection électrique 100 peut également comprendre un système de guidage configuré pour que l’ouverture de l’organe de protection électrique 100 se fasse parallèlement à la partie fixe. Le système de guidage comprend, par exemple, deux axes 161, 162 solidaires de la partie mobile 120, c’est-à-dire fixés à la partie mobile 120 ou formés d’une seule pièce avec la partie mobile 120. Les deux axes 161, 162 coulissent chacun dans un fût 141, 142 solidaires du premier boitier 110. Ce système de guidage permet notamment un arcboutement de la partie mobile lors du dépassement du seuil de courant, car l’ouverture de l’organe de protection électrique 100 dans ce cas-là, se produit généralement d’abord sur un seul point de contact. Le seuil d’ouverture de l’organe de protection électrique 100 est ainsi défini par trois paramètres : les efforts des ressorts 151, 152 qui doivent être suffisants pour assurer une force de pression de contact entre les parties fixe et mobile 120 compatible avec le courant nominal et limitant l’échauffement ; le dimensionnement de l’ensemble joues 190 et barreaux 191, 192 magnétiques qui produit des efforts de lévitation proportionnels au carré du courant circulant dans l’organe de protection électrique 100 ; et la valeur de l’entrefer e qui définit la valeur de la force d’attraction exercée par l’aimant permanent 131 sur la partie mobile 120. En cas du dépassement du seuil de courant, l’organe de protection électrique 100 commence à s’ouvrir en lévitant et l’entrefer e, qui est alors réduit par rapport à la position de fermeture de l’organe de protection électrique 100, produit un déséquilibre des efforts globaux au sein de l’organe de protection électrique 100. L’aimant permanent 131 exerce alors un effort d’attraction plus fort et attire la partie mobile 120 qui va venir se plaquer à l’aimant 131 par l’intermédiaire de la plaque 130. Ces efforts d’attraction surpassent ainsi les forces de pression exercées par les deux ressorts 161, 162 et permettent de maintenir l’organe de protection électrique 100 en position d’ouverture. Il y a ainsi une élimination de la refermeture de l’organe de protection électrique 100 et de l’éventuel collage par fusion des parties fixe et mobile 120 de l’organe de protection électrique 100. L’organe de protection électrique 100 aura ainsi permis de limiter le courant électrique par rapport au seuil prédéfini et éventuellement d’actionner un autre dispositif de protection électrique. De plus, la séparation provoquée par l’effort d’attraction de l’aimant permanent 131 permet de limiter la valeur du courant de court-circuit. Les arcs électriques générés sur les points de contact 121, 122 suite à la lévitation de l’organe de protection électrique 100 créent des résistances qui réduisent le courant et facilitent la coupure du courant qui s’ensuit. Cette réduction du courant de court-circuit facilite la coupure du courant qui s’ensuit. Par ailleurs, l’organe de protection électrique 100 produit une tension entre ses bornes 101, 102 de manière autonome à son ouverture. Grâce à cette tension, l’organe de protection électrique 100 peut être utilisé comme déclencheur à seuil ultra rapide pour alimenter, par exemple, un autre équipement de protection électrique. Organe de protection électrique (100) comprenant : une partie fixe comprenant deux bornes de puissance (101, 102) ; une partie mobile (120) apte à venir en contact avec la partie fixe et à se déplacer entre une position d’ouverture et une position de fermeture de l’organe de protection électrique, la partie mobile comprenant une surface supérieure (120a), une surface inférieure (120b) en vis-à-vis avec la partie fixe et deux points de contact (121, 122) avec la partie fixe présents sur la surface inférieure ; deux ressorts (151, 152) configurés pour appliquer une force de pression sur les deux points de contact de la partie mobile en direction de la partie fixe ; une plaque (130) placée sur la surface supérieure de la partie mobile ; deux barreaux magnétiques (191, 192), chaque barreau magnétique étant placé dans une boucle (1011, 1022) formée entre un point de contact de la partie mobile et une borne de puissance de la partie fixe ; deux joues magnétiques (190) entourant la partie mobile, chaque joue magnétique étant en contact avec les deux barreaux magnétiques ; caractérisé en ce que l’organe de protection électrique comprend également un aimant permanent (131) placé au-dessus de ladite plaque entre les deux points de contact de la partie mobile et entre les deux ressorts. Organe de protection électrique selon la revendication 1, dans lequel la distance (e) entre la plaque et l’aimant permanent est comprise entre 0,5 mm et 3 mm. Organe de protection électrique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant un premier boitier (110) en matériau isolant dans lequel sont placés la partie mobile, ledit au moins un ressort, la plaque et un deuxième boitier (112) en matériau isolant comprenant l’aimant permanent, les deux bornes de puissance de la partie fixe étant placées à l’extérieur du premier boitier. Organe de protection électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un système de guidage de l’ouverture de l’organe de protection électrique configuré pour que la partie mobile se déplace parallèlement à la partie fixe entre la position d’ouverture et la position de fermeture de l’organe de protection électrique. Organe de protection électrique selon la revendication 4, dans lequel le système de guidage comprend au moins un axe (161, 162) solidaire de la partie mobile coulissant dans un fût (141, 142) et placé à l’intérieur d’un des deux ressorts (151, 152).