EP0562970A1 - Assemblage de tore magnétique à bobine - Google Patents
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- H01H83/144—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by unbalance of two or more currents or voltages, e.g. for differential protection with differential transformer
Definitions
- the present invention relates generally to an assembly of magnetic toroid coil which essentially comprises a housing provided with an annular housing in which is housed a magnetic toroid coil.
- a magnetic toroid with a coil is generally constituted by a magnetic core of generally annular shape, by two half-shells which are applied laterally on either side of the magnetic core to enclose it and by a coil which surrounds the set formed by the magnetic core housed in the two half-shells.
- this assembly generally has an annular shape, the section of which is substantially rectangular, this assembly is called a “magnetic coil torus" because its electromagnetic function corresponds substantially to that obtained with a magnetic element in the form of a torus.
- Such an assembly of a magnetic coil toroid can be used, for example, in a trip unit or a differential relay, in which a totalizing toroid is constituted by a magnetic toroid coil which serves to detect a non-zero value of the sum of the currents in the different phases, these currents flowing in wires which pass through the central hole of the torus.
- a totalizing toroid is constituted by a magnetic toroid coil which serves to detect a non-zero value of the sum of the currents in the different phases, these currents flowing in wires which pass through the central hole of the torus.
- the torus is bonded to the bottom of the case using a silicone-based glue or gel.
- a grease can also be used for this purpose.
- the torus is held in place and centered thanks to elastic tongues integral with the housing.
- the outer cylindrical surface of the torus bears against the tongues by causing them to flex radially.
- the housing is formed by assembling a U-shaped bottom and a substantially flat cover. The tabs are arranged over the entire length of the bottom, but not on the cover.
- Another object of the invention consists in proposing such an assembly of a magnetic toroid with a coil which can be manufactured in a more economical and more automated manner, in particular in the case of mass production.
- a shielding piece can be inserted in the annular space between the tabs and the fixed lip.
- a housing 1 has a generally circular, generally external shape and has a substantially cylindrical central hole 2 defining a longitudinal axis X.
- the housing 1 is in fact constituted by two half-housings 3, 4 which are joined to each other at a radial planar surface 5 and which are symmetrical with respect to the planar surface 5.
- the two half-housings 3 and 4 have an identical or similar shape, and for this reason, only one of these two half-housings will be described below.
- the half-housing 3 comprises a front radial planar surface 5 and a rear radial planar surface 6.
- the half-housing 3 also comprises a housing 7 of generally annular shape which has a substantially square or rectangular section.
- the housing 7 is concentric with the central hole 2 and opens laterally at the front face 5 of the half-housing 3.
- This annular housing 7 is intended to contain a magnetic coil torus 8 whose structure which may be of a type known will be described later.
- the magnetic toroid assembly according to the coil of the invention is in fact essentially constituted by the magnetic toroid with a coil 8 which is housed and enclosed in the housing 1.
- the magnetic toroid coil 8 is constituted by a magnetic core 9 which has a generally annular shape whose cross section is substantially square or rectangular.
- the magnetic core 9 is wrapped in a shell 10, and this shell is preferably made up of two opposite half-shells which are adapted to either side of the magnetic core 9 so as to surround it completely.
- the assembly constituted by the magnetic core 9 and the shell 10 which surrounds it further comprises a coil (not shown) which is wound around, this coil generally being in the form of a thin insulated electric wire which is wound around the whole so as to form a coil whose shape resembles a torus. In this way, a single piece is produced, which can be called a "magnetic coil torus".
- the width of the core is greater than the housing formed by the two half-shells, which has the effect, at the time of winding, of wedging this core and of preventing its possible displacements (these displacements generating very interference harmful to measurements, called microphony).
- the magnetic toroid coil 8 is placed in the housing 1. More precisely, the magnetic toroid coil 8 is partially housed in the annular housing 7 of the first half-housing 3 and is partially housed, on the other side, in a annular housing opposite the second half-casing 4. If the two half-casings 3 and 4 are applied against one another, the magnetic toroid with coil is completely surrounded by the casing 1.
- the housing 1 is preferably made of a synthetic material.
- the casing 1 performs the function of maintaining and protecting the magnetic toroid with coil 8 and also possibly provides a function of electrical insulation of the magnetic toroid with coil.
- the housing is preferably magnetic.
- the annular housing 7 is limited by a cylindrical surface directed towards the outside 11, a cylindrical surface directed towards the inside 12 and a planar radial surface 13 which forms the bottom of the annular housing 7.
- a set of elastic tabs 14 is disposed in the annular housing 7 so that they extend longitudinally and that they are connected to the half-housing 3 or 4 at the level of the radial planar surface 13, that is to say say on the bottom of the annular housing 7.
- These elastic tabs 14 are regularly spaced from each other and are arranged in a circle, concentric with the annular housing 7, so as to form a small annular space between them and one of the cylindrical surfaces 11 or 12 of the annular housing 7.
- the tongues 14 are thus arranged near the cylindrical surface facing outwards 11.
- the magnetic toroidal coil 8 is partially housed in the annular housing 7 of the half-housing 3 so as to surround the series of tongues 14.
- the internal diameter of the magnetic toroidal coil 8 is slightly smaller than the external diameter of the series of tongues 14, so that the tongues bend towards the axis X when the magnetic coil toroid is housed in the half-housing 3.
- the bending of the tongues 14 is relatively weak, for example of the order of 0.1 to 1 mm, so that the tabs flex elastically.
- the tongues 14 can be of various shapes but they are preferably limited radially by portions of cylindrical surfaces directed inwardly and outward respectively. They therefore together constitute an annular zone of small thickness, corresponding to the thickness of the plates, and discontinuous, due to the space between adjacent tongues.
- the part of the half-housing 3 which is limited by the cylindrical surface 11 and by the axial hole 2 forms a fixed lip 15. It can therefore be said that the tongues 14 can flex until they come to bear against the fixed lip 15.
- the tongues 14 preferably have an axial length slightly less than that of the fixed lip 15.
- the length of the fixed lip 15 is preferably equal to the depth of the annular housing 7, that is to say that the fixed lip extends axially up to the front radial surface 5.
- the tongues 14 preferably have a chamfer 16 at their free end, on the side of their surface coming into contact with the magnetic coil torus 8.
- the chamfer 16 facilitates the insertion of the magnetic toroid with coil 8. It can be seen in the drawing that the magnetic toroid with coil, housed in the housing 1, remains spaced from the surface directed towards the inside 12 of the annular housing 7, that is to say that the external diameter of the annular housing 7 is greater than the maximum external diameter of the magnetic coil torus 8. This ensures in all cases a good insertion of the torus 8 into the housing 7, this space not being a problem since the positioning of the torus 8 is provided only by the tabs 14.
- the other half-housing (4) is applied against the first so that the rest of the toroid 8 comes to be housed in the annular housing of the other half-casing (4), the magnetic coil toroid 8 then being enclosed in the casing 1.
- the half-casings 3 and 4 are then fixed to one another in a removable manner, or non-removable, for example by screws, rivets or ultrasonic welding.
- FIGs 3 and 4 illustrate a variant of the assembly of magnetic toroid coil according to the invention.
- the tongues 20 are arranged near the surface directed towards the inside 12 of the annular housing 7.
- the magnetic toroidal coil (not shown) is placed in the housing 7 so that it is its external surface which comes s 'apply against the tabs 20 by bending them outwards.
- the surface 12 then defines the part of the half-housing which constitutes the fixed lip against which the tongues 20 can come lean to limit bending.
- another concentric annular housing 21 is provided which is intended to contain a shield (not shown).
- This other housing 21 can be internal or external with respect to the magnetic core.
- the half-housings 3 and 4 can be produced in a single molded plastic part.
- the specific shapes of the housings and the tabs have the advantage of being particularly well suited for easy molding.
- the space between the tongues 14 and the fixed lip 15 can be used to insert therein a flexible wound strip, so as to provide shielding.
- the latter homogenizes the electric field created if necessary.
- the fixed lip or the tongues can be produced on a single half-shell.
Abstract
Description
- La présente invention concerne de façon générale un assemblage de tore magnétique à bobine qui comprend essentiellement un boîtier muni d'un logement annulaire dans lequel est logé un tore magnétique à bobine.
- Un tore magnétique à bobine est constitué en général par un noyau magnétique de forme générale annulaire, par deux demi-coquilles qui viennent s'appliquer latéralement de part et d'autre du noyau magnétique pour l'enfermer et par une bobine qui entoure l'ensemble formé par le noyau magnétique logé dans les deux demi-coquilles. Bien que cet ensemble présente généralement une forme annulaire dont la section est sensiblement rectangulaire, on appelle cet ensemble "tore magnétique à bobine" parce que sa fonction électro-magnétique correspond sensiblement à celle obtenue avec un élément magnétique en forme de tore.
- On peut utiliser un tel assemblage de tore magnétique à bobine, par exemple, dans un déclencheur ou un relais différentiel, dans lequel un tore totaliseur est constitué par un tore magnétique à bobine qui sert à détecter une valeur non nulle de la somme des courants dans les différentes phases, ces courants circulant dans des fils qui passent au travers du trou central du tore. Une telle disposition est bien connue de l'art antérieur.
- L'un des problèmes soulevés par l'emploi de tels assemblages de tore magnétique à bobine réside dans le fait que l'assemblage de tore magnétique à bobine doit être fabriqué en très grande série à un coût relativement faible et avec une fiabilité très grande. Il est connu de constituer un tel assemblage de tore magnétique à bobine en prévoyant un boîtier de forme générale annulaire présentant un évidement annulaire dans lequel vient se loger le tore magnétique qui est lui aussi de forme annulaire. Pour que ce tore magnétique à bobine soit correctement positionné et immobilisé à l'intérieur du logement du boîtier, il est connu de disposer dans ce logement une matière durcissante puis de noyer le tore magnétique à bobine dans cette matière avant qu'elle n'ait durci, afin qu'elle établisse un lien mécanique entre le tore magnétique à bobine et le boîtier.
- Selon un autre dispositif connu, le tore est collé dans le fond du boîtier au moyen d'une colle ou gel à base de silicone. Une graisse peut également être utilisée à cet effet.
- Selon le document EP-A-226.793, le tore est maintenu en place et centré grâce à des languettes élastiques solidaires du boîtier. La surface cylindrique extérieure du tore vient en appui contre les languettes en les faisant fléchir radialement. Le boîtier est formé par l'assemblage d'un fond en forme de U et d'un couvercle sensiblement plat. Les languettes sont agencées sur toute la longueur du fond, mais pas sur le couvercle.
- Un objet de la présente invention consiste à proposer un assemblage de tore magnétique à bobine plus facile à réaliser et qui constitue un ensemble dans lequel le tore magnétique à bobine est positionné d'une façon plus précise.
- Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel assemblage de tore magnétique à bobine qui puisse être fabriqué d'une façon plus économique et plus automatisable, en particulier dans le cas d'une fabrication en grande série.
- Le tore selon l'invention est caractérisé en ce qu'une lèvre fixe annulaire forme avec les languettes un faible espace radial afin de limiter la flèche que peut prendre les languettes ,
- que les languettes sont plus courtes que ladite lèvre fixe ,
- que les languettes sont disposées radialement à l'intérieur de la surface cylindrique interne du tore magnétique à bobine,
- et que ledit boîtier comporte un premier demi-boîier et un second demi-boîtier de formes sensiblement identiques, de telle sorte que les premiers logements annulaires des deux demi-boîtiers se trouvent en regard l'un de l'autre pour former un seul logement annulaire qui enferme complètement le tore magnétique à bobine.
- Une pièce de blindage peut être insérée dans l'espace annulaire entre les languettes et la lèvre fixe.
- Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront mieux exposés lors de la description détaillée d'exemples de réalisation qui va suivre, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue de face d'un assemblage de tore magnétique à bobine selon l'invention, des parties étant ôtées pour monter l'intérieur ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon la figure I-I de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue identique de la figure 1 d'un autre mode de réalisation d'un assemblage de tore magnétique à bobine selon l'invention ; et
- la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3.
- Sur les figures 1 et 2, un boîtier 1 présente une forme générale externe sensiblement circulaire et comporte un trou central sensiblement cylindrique 2 définissant un axe longitudinal X. Le boîtier 1 est en fait constitué par deux demi-boîtiers 3, 4 qui sont joints l'un à l'autre au niveau d'une surface plane radiale 5 et qui sont symétriques par rapport à la surface plane 5. Les deux demi-boîtiers 3 et 4 présentent une forme identique ou similaire, et pour cette raison, on ne décrira par la suite qu'un seul de ces deux demi-boîtiers. Le demi-boîtier 3 comporte une surface plane radiale avant 5 et une surface plane radiale arrière 6. Le demi-boîtier 3 comporte en outre un logement 7 de forme générale annulaire qui a une section sensiblement carrée ou rectangulaire. Le logement 7 est concentrique avec le trou central 2 et débouche latéralement au niveau de la face avant 5 du demi-boîtier 3. Ce logement annulaire 7 est destiné à contenir un tore magnétique à bobine 8 dont la structure qui peut être d'un type connu sera décrite par la suite.
- L'assemblage de tore magnétique selon à bobine l'invention est en fait constitué essentiellement par le tore magnétique à bobine 8 qui est logé et enfermé dans le boîtier 1.
- Le tore magnétique à bobine 8 est constitué par un noyau magnétique 9 qui présente une forme générale annulaire dont la section transversale est sensiblement carrée ou rectangulaire. Le noyau magnétique 9 est enveloppé dans une coquille 10, et cette coquille est, de préférence constituée par deux demi-coquilles opposées qui viennent s'adapter de part et d'autre du noyau magnétique 9 de façon à l'entourer complètement. L'ensemble constitué par le noyau magnétique 9 et la coquille 10 qui l'entoure comprend en outre un bobinage (non représenté) qui est enroulé autour, ce bobinage se présentant généralement sous la forme d'un fil électrique mince isolé qui s'enroule autour de l'ensemble de façon à former une bobine dont la forme s'apparente à un tore. On réalise de cette façon une pièce d'un seul tenant que l'on peut appeler "tore magnétique à bobine". Il est à noter que la largeur du noyau est supérieure au logement constitué par les deux demi-coquilles, ce qui a pour effet, au moment du bobinage, de coincer ce noyau et d'empêcher ses déplacements éventuels (ces déplacements engendrant un parasitage très nuisible aux mesures, appelé microphonie). Le tore magnétique à bobine 8 est placé dans le boîtier 1. Plus exactement, le tore magnétique à bobine 8 vient se loger partiellement dans le logement annulaire 7 du premier demi-boîtier 3 et se loger partiellement, de l'autre côté, dans un logement annulaire en regard du second demi-boîtier 4. Si l'on applique l'un contre l'autre les deux demi-boîtiers 3 et 4, le tore magnétique à bobine est complètement entouré par le boîtier 1.
- Le boîtier 1 est réalisé de préférence en une matière synthétique. Le boîtier 1 asure la fonction de maintien et de protection du tore magnétique à bobine 8 et assure aussi éventuellement une fonction d'isolation électrique du tore magnétique à bobine. Par ailleurs, le boîtier est de préférence magnétique.
- Le logement annulaire 7 est limité par une surface cylindrique dirigée vers l'extérieur 11, une surface cylindrique dirigée vers l'intérieur 12 et une surface plane radiale 13 qui forme le fond du logement annulaire 7.
- Un ensemble de languettes élastiques 14 est disposé dans le logement annulaire 7 de telle sorte qu'elles s'étendent longitudinalement et qu'elles sont reliées au demi-boîtier 3 ou 4 au niveau de la surface plane radiale 13, c'est-à-dire sur le fond du logement annulaire 7. Ces languettes élastiques 14 sont régulièrement espacées les unes des autres et sont disposées en cercle, concentriquement au logement annulaire 7, de façon à former un espace annulaire faible entre elles et l'une des surfaces cylindriques 11 ou 12 du logement annulaire 7. Dans le présent mode de réalisation des figures 1 et 2, les languettes 14 sont ainsi disposées à proximité de la surface cylindrique dirigée vers l'extérieur 11.
- Le tore magnétique à bobine 8 est logé en partie dans le logement annulaire 7 du demi-boîtier 3 de façon à entourer la série de languettes 14. Le diamètre interne du tore magnétique à bobine 8 est légèrement inférieur au diamètre externe de la série de languettes 14, de telle sorte que les languettes fléchissent vers l'axe X lorsque le tore magnétique à bobine vient se loger dans le demi-boîtier 3. Le fléchissement des languettes 14 est relativement faible, par exemple de l'ordre de 0,1 à 1 mm, de telle sorte que les languettes fléchissent élastiquement.
- Les languettes 14 peuvent être de formes diverses mais elles sont de préférence limitées radialement par des portions de surfaces cylindriques respectivement dirigées vers l'intérieur et vers l'extérieur. Elles constituent donc ensemble une zone annulaire de faible épaisseur, correspondant à l'épaisseur des plaquettes, et discontinue, du fait de l'espace entre des languettes adjacentes. La partie du demi-boîtier 3 qui est limitée par la surface cylindrique 11 et par le trou axial 2 forme une lèvre fixe 15. On peut donc dire que les languettes 14 peuvent fléchir jusqu'à venir en appui contre la lèvre fixe 15. Les languettes 14 ont de préférence une longueur axiale légèrement inférieure à celle de la lèvre 15 fixe. La longueur de la lèvre 15 fixe est de préférence égale à la profondeur du logement annulaire 7, c'est-à-dire que la lèvre fixe s'étend axialement jusqu'à la surface radiale avant 5. Les languettes 14 ont de préférence un chanfrein 16 au niveau de leur extrémité libre, du côté de leur surface venant en contact avec le tore magnétique à bobine 8. Le chanfrein 16 facilite l'insertion du tore magnétique à bobine 8. On constate sur le dessin que le tore magnétique à bobine, logé dans le boîtier 1, reste espacé de la surface dirigée vers l'intérieur 12 du logement annulaire 7, c'est-à-dire que le diamètre externe du logement annulaire 7 est supérieur au diamètre externe maximum du tore magnétique à bobine 8. Ceci assure dans tous les cas une bonne insertion du tore 8 dans le logement 7, cet espace n'étant pas gênant puisque le positionnement du tore 8 est assuré uniquement par les languettes 14.
- Une fois que l'on a monté le tore magnétique à bobine 8 dans un des demi-boîtiers (3) on applique l'autre demi-boîtier (4) contre le premier de telle sorte que le reste du tore 8 vienne se loger dans le logement annulaire de l'autre demi-boîtier (4), le tore magnétique à bobine 8 se trouvant alors enfermé dans le boîtier 1. Les demi-boîtiers 3 et 4 sont alors fixés l'un à l'autre de façon démontable ou indémontable, par exemple par vis, rivets ou soudure ultra-sons.
- Les figures 3 et 4 illustrent une variante de l'assemblage de tore magnétique à bobine selon l'invention. Les languettes 20 sont disposées à proximité de la surface dirigée vers l'intérieur 12 du logement annulaire 7. Ainsi, le tore magnétique à bobine (non représenté) est placé dans le logement 7 de sorte que c'est sa surface externe qui vient s'appliquer contre les languettes 20 en les faisant fléchir vers l'extérieur. La surface 12 définit alors la partie du demi-boîtier qui constitue la lèvre fixe contre laquelle les languettes 20 peuvent venir s'appuyer afin d'en limiter la flexion.
- En outre, il est prévu un autre logement annulaire concentrique 21 qui est destiné à contenir un blindage (non représenté). Cet autre logement 21 peut être interne ou externe par rapport au tore magnétique.
- Pour les deux modes de réalisation qui ont été décrits, les demi-boîtiers 3 et 4 peuvent être réalisés en une seule pièce plastique moulée. Les formes spécifiques des logements et des languettes présentent l'avantage d'être particulièrement bien adaptées pour un moulage facile.
- Il est à noter que l'espace compris entre les languettes 14 et la lèvre fixe 15 peut être utilisé pour y insérer un feuillard souple enroulé, de manière à réaliser un blindage. Ce dernier homogénéise au besoin le champ électrique créé. Malgré ce blindage éventuel, il subsiste toujours un jeu suffisant pour permettre la flexion des languettes 14 vers l'axe X.
- On peut envisager de nombreuses variantes restant dans le cadre de la présente invention. Par exemple, la lèvre fixe ou les languettes peuvent être réalisées sur une seule demi-coquille.
Claims (2)
caractérisé en ce qu'une lèvre fixe (15) annulaire forme avec les languettes (14) un faible espace radial afin de limiter la flèche que peut prendre les languettes (14),
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