EP1033736A1 - Actionneur magnétique à palette en particulier pour disjoncteur et disjoncteur equipé d'un tel actionneur - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a magnetic actuator, in particular for opening the contacts of a breaking device such as a circuit breaker and / or tripping said circuit breaker in the event of a fault electric, this actuator comprising a magnetic circuit formed by a yoke ferromagnetic, said cylinder head comprising a first and a second branch substantially parallel to each other connected by a transverse base piece, a pallet mobile mounted articulated by one of its ends on the free end of the first branch and cooperating at its other end with the free end of the second branch, a means of producing a magnetic field capable of moving the pallet in rotation between an open pallet rest position corresponding to the normal operation of the device and an active position corresponding to the appearance of an electrical fault in the device, in which the free end of the pallet is kept in the position of minimum reluctance with respect to the free end of the second branch.
- the cylinder head is shaped of U and includes two branches of the same length, while the pallet is formed by a rectangular section plate.
- the attraction force generated by the coil in the event of an electrical fault is minimum at the start of closing the pallet, and grows as the palette closes. As a result, the initial speed of the pallet is reduced, and consequently that the reaction time of the circuit breaker following a electrical fault is relatively high.
- the object of the present invention is to provide an actuator and a circuit breaker incorporating it, with a reduced reaction time in the event of a defect electric.
- the present invention relates to a magnetic actuator, this actuator being characterized in that the aforementioned pallet is shaped into an L and comprises a first arm articulated on the first branch of the breech and a second arm substantially perpendicular to the first arm, and cooperating with the second branch of the breech, the second branch and the second arm each comprising at their free end a part bevelled, the two bevelled parts being of complementary shape and able to be brought in a position in which said bevelled parts are opposite one with respect to the other and substantially parallel to each other, in the closed position of the pallet.
- the air gap between the bevelled parts and the beveled parts themselves are arranged relative to the axis of rotation, in such a way that the torque associated with the force of attraction of the pallet on the cylinder head is maximum in open position of the pallet and decreases when the pallet moves from the open position to the closed position.
- Figures 1,2 and 5 show an actuator A intended for use in an apparatus for electrical protection such as a circuit breaker.
- This circuit breaker (not shown) is intended to be placed in an electrical circuit comprising electrical devices, in order to protect said devices in case of overcurrent or short circuit.
- This actuator A is formed mainly by a ferromagnetic yoke 1 which consists of two lateral branches 2,3 connected by a base part 4.
- the magnetic circuit thus formed is closed by a pallet 5 capable of pivoting around an axis of rotation X between an open position (fig. 1) and a closed position (fig. 2).
- the pallet 5 has a first end 5a mounted articulated on the free end 2a of one 2, called the first, of the branches 2, 3 of the cylinder head 1, and a second end 5b able to be brought opposite with the free end 3a of the second branch 3 of the yoke 1 in order to close the magnetic circuit
- the pallet 5 is returned to the open position by a return spring, not shown.
- This open position corresponds to a normal operating state of the circuit breaker.
- This actuator A also includes a coil 6 crossed by the current which must be monitored, and capable of generating, when an electrical fault occurs in the circuit, a magnetic flux capable of generating a magnetic attraction force between the second end 5b of the pallet 5 and the free end 3a of the second branch 3.
- this attraction force F is greater than the return force of the aforementioned spring, the pallet 5 pivots in the direction of closing until that its free end 5b comes into contact with the free end 3a of the second branch 3, which causes tripping of the circuit breaker and / or the opening of the contacts of said circuit breaker.
- the pallet 5 is L-shaped and has a first arm 7 mounted articulated by one 7a of its ends, on the free end 2a of the first branch 2, and a second arm 8 extending substantially perpendicular to the first arm 7 and having a free end 8a (5b) intended to cooperate with the free end 3a of the second branch 3.
- these two ends 8a, 3a each have a bevelled part a , b and a non-bevelled part c, d.
- the non-bevelled parts c, d are respectively parallel, to the first arm 7, as regards the pallet 5, and parallel to the base part 4, as regards the second branch 3 of the cylinder head 1.
- FIG. 1 the pallet 5 is open, which corresponds to a normal state of the circuit breaker and of the circuit to be protected.
- a magnetic flux is generated by the coil 6. If the attraction force generated by this flux is sufficient to counteract the return force of the spring, an effort will be generated on the free end 5b of the pallet 5 tending to bring it closer to the cylinder head 1.
- the torque generated is very large when the air gap e is maximum, as illustrated in FIG. 3, from which it follows that the speed of movement at the start of opening is maximum.
- FIG. 3 illustrates three curves u, v, w representing the evolution as a function of the value of the air gap respectively, of the torque generated by the main air gap located between the free ends 5b, 3a of the pallet and of the second branch (curve u), of the torque generated by the secondary air gap at the level of the articulation axis X (curve v) and of the sum of these two couples (curve w).
- the value of the air gap e is represented on the abscissa x on the curve and varies from 0 to 4 mm, while the value of the forces developed is represented on the ordinate y and varies from 0 to 200 mm.N.
- Figure 4 also illustrates three curves u, v, w representing the same data but for an actuator using a pallet of the conventional type as shown in Figure 2a.
- the force generated at the start when the pallet 5 is open, by the main air gap (curve u) is around 160 and is therefore very high compared to that (about 4 mm.N) generated when using a standard palette.
- the value of the air gap in the case of the invention is reduced, compared to that of the air gap of the prior art in which the air gap corresponded to the stroke of the pallet.
- the value of the force in an actuator according to the invention is greater than that generated in the prior art.
- the distance between the direction of the force F and the axis X is maximum in the open position of the pallet, since this direction is parallel to the branches 2,3 of the cylinder head 1.
- the torque value is maximum in this position.
- the torque F generated by the main air gap decreases to a value of approximately 70 mm.N.
- the arrow F illustrating the force rotates counterclockwise to a position illustrated in FIG.
- the force goes from a maximum value to a minimum value (fig.3), unlike the case of the actuator of the prior art (fig.4) for which it is the opposite occurs, despite an increase in the inertia of the pallet.
- this decrease effect can be increased so as to obtain an electromagnetic brake of the pallet, preventing said pallet from impacting its stop too violently at the end of the stroke.
- the magnetic circuit can be laminated. Thanks to the invention, an actuator has therefore been produced in which the force value is very high, and maximum, at the start of closure, from which an immediate reaction of the actuator results in the event of an electrical fault, d 'where improved reactivity of the circuit breaker.
- the invention is not limited to the embodiments described and illustrated which have been given only by way of example.
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Abstract
Description
- Les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques de face, illustrant un actionneur selon
l'invention, respectivement dans une position ouverte et dans une position fermée,
- La figure 2a est une vue similaire aux figures 1 et 2, mais illustrant l'art antérieur,
- les figures 3 et 4 sont deux représentations graphiques illustrant l'évolution des couples développés par les différents entrefers, respectivement dans le cas d'un actionneur selon l'invention, et dans le cas d'un actionneur selon l'art antérieur, et
- la figure 5 est une vue similaire à la figure 2, mais représentant la force exercée par l'entrefer principal, par rapport à l'axe de rotation de la palette.
Conformément à l'invention, la palette 5 est conformée en L et comporte un premier bras 7 monté articulé par l'une 7a de ses extrémités, sur l'extrémité libre 2a de la première branche 2, et un second bras 8 s'étendant sensiblement perpendiculairement au premier bras 7 et comportant une extrémité libre 8a (5b) destinée à coopérer avec l'extrémité libre 3a de la seconde branche 3. On voit également sur ces figures, que ces deux extrémités 8a,3a comportent chacune une partie biseautée a, b et une partie non biseautée c, d. Les parties non biseautées c, d sont respectivement parallèles, au premier bras 7, pour ce qui concerne la palette 5, et parallèle à la partie de base 4, pour ce qui concerne la seconde branche 3 de la culasse 1. Ces deux parties biseautées a, b forment un angle par rapport respectivement au second bras 8 et à la seconde branche 3 d'environ 45° et sont agencées de telle manière qu'en position fermée de la palette 5, elles se trouvent en regard l'une par rapport à l'autre en s'étendant parallèlement l'une par rapport à l'autre. On note également que la longueur du premier bras 7 étant inférieure à la longueur de la partie de base 4, la palette 5 et la culasse 1 se trouvent décalées parallèlement à la direction longitudinale de la partie de base 4.
En se reportant plus particulièrement à la figure 5, on voit que la position de l'entrefer e entre les deux extrémités 5b et 3a respectivement de la palette 5 et de la seconde branche 3, ainsi que l'agencement des parties biseautées a,b, ont été choisies de manière que, au voisinage de la position fermée de la palette 5, le couple exercé au niveau de l'entrefer e par la force F d'attraction, par rapport à l'axe de rotation, soit nul. On voit en effet sur cette figure que la flèche F représentant la force, passe par l'axe d'articulation X de la palette 5, d'où il résulte un couple nul.
On voit également sur les figures 1,2 et 5, que l'entrefer e entre les deux extrémités libres 5b,3a se trouve à l'intérieur de la bobine 6, et en particulier au milieu de sa longueur.
Sur la figure 1, la palette 5 est ouverte, ce qui correspond à un état normal du disjoncteur et du circuit à protéger. Lors de l'apparition d'un défaut électrique tel une surintensité dans le circuit, un flux magnétique est généré par la bobine 6. Si la force d'attraction engendrée par ce flux est suffisante pour contrecarrer la force de rappel du ressort, un effort sera généré sur l'extrémité libre 5b de la palette 5 tendant à la rapprocher de la culasse 1. Le couple généré est très important lorsque l'entrefer e est maximum, comme ceci est illustré sur la figure 3, d'où il résulte que la vitesse de déplacement en début d'ouverture est maximale.
Au fur et à mesure que la palette 5 se ferme, et donc que la valeur de l'entrefer diminue, le couple F généré par l'entrefer principal diminue jusqu'à une valeur d'environ 70 mm.N. En effet, la flèche F illustrant l'effort tourne dans le sens anti-horaire jusqu'à une position illustrée sur la figure 2 Dans cette position, la direction de l'effort F passe sensiblement par l'axe de rotation X et le couple est donc d'une valeur très peu élevée.
La présence de l'entrefer e à l'intérieur de la bobine 6 et en particulier au milieu de sa longueur, contribue également à augmenter l'effort, car cela permet de canaliser le flux magnétique en limitant les flux de fuites magnétiques générés pour des courants élevés.
On notera que le circuit magnétique pourra être feuilleté.
On a donc réalisé grâce à l'invention un actionneur dans lequel la valeur de l'effort est très élevée, et maximale, en début de fermeture, d'où il résulte une réaction immédiate de l'actionneur en cas de défaut électrique, d'où une réactivité améliorée du disjoncteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
C'est ainsi que d'autres formes pour les parties biseautées pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention, pourvu qu'elles permettent d'obtenir les résultats décrits, à savoir le fait de réduire l'entrefer entre la palette et la culasse, par rapport à la course en rotation de la palette, et d'augmenter la vitesse de la palette (mise en mouvement de la palette) au départ.
L'actionneur pourrait être utilisé avantageusement dans d'autres appareils que des disjoncteurs, nécessitant qu'un effort important soit produit en début de fermeture.
Claims (8)
- Actionneur magnétique, notamment pour ouvrir les contacts d'un appareil de coupure tel un disjoncteur et/ou déclencher ledit disjoncteur en cas de défaut électrique, cet actionneur comprenant un circuit magnétique formé par une culasse ferromagnétique, ladite culasse comprenant une première et une seconde branche sensiblement parallèles entre elles reliées par une pièce de base transversale, une palette mobile montée articulée par l'une de ses extrémités sur l'extrémité libre de la première branche et coopérant par son autre extrémité avec l'extrémité libre de la seconde branche, un moyen de production d'un champs magnétique apte à déplacer la palette en rotation entre une position ouverte de repos de la palette correspondant au fonctionnement normal de l'appareil et une position active correspondant à l'apparition d'un défaut électrique dans l'appareil, dans laquelle l'extrémité libre de la palette est maintenue en position de réluctance minimale par rapport à l'extrémité libre de la seconde branche, la palette précitée (5) étant conformée en L et comprenant un premier bras (7) articulé sur la première branche (2) de la culasse (1) et un second bras (8) sensiblement perpendiculaire au premier bras (7), et coopérant avec la seconde branche (3) de la culasse (1), la seconde branche (3) et le second bras (8) comportant chacun à leur extrémité libre (8a,3a) une partie biseautée (a,b), les deux parties biseautées (a,b) étant de forme complémentaire et étant aptes à être amenées dans une position dans laquelle lesdites parties biseautées (a,b) sont en regard l'une par rapport à l'autre et sensiblement parallèles entre elles en position de fermeture de la palette (5), caractérisé en ce que la seconde branche (3) comporte en outre à son extrémité libre, une face d'extrémité non biseautée (d), en ce que la longueur du premier bras (7) est inférieure à la longueur de la pièce de base précitée (4) et en ce que l'entrefer (e) entre les parties biseautées (a,b) et les parties biseautées elles-mêmes sont agencées par rapport à l'axe de rotation X de telle façon que le couple associé à l'effort d'attraction F de la palette (5) sur la culasse (1) soit maximum en position ouverte de la palette (5) et diminue lorsque la palette (5) passe de la position ouverte à la position fermée.
- Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrefer (e) entre les parties biseautées (a,b) et les parties biseautées (a,b) elles-mêmes sont agencées par rapport à l'axe de rotation X de la palette (5) de telle manière que, au voisinage de la position de fermeture de la palette (5), la direction de la force d'attraction F passe par ledit axe de rotation X, cette position de la palette (5) correspondant à un couple nul.
- Actionneur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la palette précitée (5) peut encore être déplacée quelque peu en rotation dans le sens de sa fermeture au delà de la position précitée correspondant à un couple nul, le couple exercé pendant ce déplacement supplémentaire, étant alors inversé, réalisant de ce fait un freinage de la palette (5).
- Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de production du champs magnétique comprenant une bobine (6), l'entrefer dit principal (e), entre l'extrémité (3a) de la seconde branche (3) et l'extrémité libre (5b) de la palette (5), est situé à l'intérieur de la bobine (6).
- Actionneur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrefer dit principal (e) est situé à mi-longueur de la bobine (6).
- Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux extrémités libres (5b,3a) respectivement de la palette (5) et de la seconde branche (3), comportent chacune une face biseautée (a,b) et une face non biseautée (c,d).
- Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit magnétique est feuilleté.
- Disjoncteur comprenant un actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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