EP1103989A2 - Electro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur - Google Patents

Electro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur Download PDF

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EP1103989A2
EP1103989A2 EP00403306A EP00403306A EP1103989A2 EP 1103989 A2 EP1103989 A2 EP 1103989A2 EP 00403306 A EP00403306 A EP 00403306A EP 00403306 A EP00403306 A EP 00403306A EP 1103989 A2 EP1103989 A2 EP 1103989A2
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electromagnet according
magnetic circuit
sheets
electromagnet
coil
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EP1103989A3 (fr
EP1103989B1 (fr
Inventor
Pierre Boudet
Stéphane Delbaere
Philippe Fosse
Daniel Riffaud
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1623—Armatures having T-form
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions

Definitions

  • the present invention relates to a direct current electromagnet for switch device such as contactor or contactor-circuit breaker, comprising a induction coil cooperating with a magnetic circuit consisting of a fixed part and a moving part.
  • Direct current electromagnets are used in devices such as contactors or contactors.
  • the mobile magnetic circuit also called movable armature
  • the fixed magnetic circuit (also called breech) is often associated with minus a permanent magnet which polarizes the magnetic circuit and obtains low consumption.
  • Each of the permanent magnets is mounted between a room inner pole, relatively close to the coil, and an outer pole piece, laterally farther from the coil.
  • the mobile magnetic circuit is generally constituted, as in the document FR 2 586 324, by a core on which are fitted plates of polar. With this type of construction it is difficult to respect the coasts and the geometry.
  • the object of the invention is to provide a direct current electromagnet whose magnetic circuit is obtained by stacking cut sheets, some of which have a low height and are assembled to each other.
  • This technology allows to produce parts with good geometric precision and in particular allows to realize a mobile magnetic circuit with polar expansions joined to the core without flow discontinuity.
  • the parts of the fixed magnetic circuit can have a strong thickness (this being formed by the sum of the thicknesses of the assembled sheets).
  • the electromagnet according to the invention is characterized in that at least one parts of the magnetic circuit consists of a stack of cut sheets and assembled to each other and having a variable height, in small places, stronger in terms of mechanical assembly means.
  • the cut sheets have a variable height between 2 and 5 mm in some places.
  • the part of the magnetic circuit formed of cut and stacked sheets is a movable frame with core and openings polar, these having a larger surface than the section of the core, the assembly consisting of H-shaped cut sheets and, to achieve the polar openings, of I-shaped cut sheets completing the branches of the core sheets.
  • the induction coil is wound on a spool holder consisting of two parts joined to each other so as to house the mobile magnetic circuit.
  • control electromagnet marked E in its together is mounted in a switchgear in which poles are arranged cutoff P on current lines C1-C2 which can be connected by terminals B1-B2 to electrical cables.
  • This control electromagnet E is of the direct current and it is supplied from terminals A1 and A2. It is used to activate the poles in response to excitation or de-excitation of its coil. It is controlled by a control module M and a manual control member T.
  • the electromagnet E consists of a coil 4 and a magnetic circuit which channels the magnetic flux and consists of a fixed part and a mobile part.
  • the fixed magnetic circuit or yoke consists of two pole pieces interior 31 and 32 which are relatively close to the coil and two parts outer poles 11 and 12 which are further laterally from the coil.
  • the mobile magnetic circuit 5 consists of a magnetic core 53 of general parallelepiped shape combining a first polar development 51 and a second pole position 52. This circuit 5 slides along the axis V-V 'in a bore of the support 8 of the coil.
  • the two polar flourishings 51 and 52 extend perpendicular to V-V 'and form planar polar faces 51a-51b on the one hand, 52a on the other hand. They have the shape of rectangular plates, the surface of openings being greater than the section of the core 53.
  • the movable frame 5 is subjected to a return spring 6 which tends to move to a rest position.
  • the two outer pole pieces 11 and 12 of the fixed magnetic circuit have each a U-shaped profile and are mounted in opposition and spaced one of the other so as to provide a space in which the coil 4 and its support 8, the inner pole pieces 31 and 32, the magnets 21-22 and the armature mobile 5.
  • Each outer pole piece 11 or 12 has a extending core parallel to the axis V-V 'and two wings extending perpendicular to this axis V-V'.
  • the inner pole pieces 31-32 are planar and extend parallel to the axis V-V '.
  • the electromagnet E is polarized and has two permanent magnets 21 and 22 each having a parallelepiped shape and each inserted between a pole piece outer 11 or 12 and an inner pole piece 31 or 32 respectively.
  • the face facing the axis V-V 'of each core of an outer pole piece 11 or 12 is adjacent to a pole face of the permanent magnet 21 or 22 respectively.
  • the other polar face of each of the magnets 21 or 22, facing the axis V-V ', is adjacent to the inner pole piece 31 or 32 respectively.
  • the pole shoe 51 of the frame 5 is housed in two air gaps each extending between the end face of one of the pole pieces 31 or 32 and the folded wing of the adjacent outer pole piece 11 or 12. It moves in this air gap from a first position located against the pole pieces 31-32, to a second position against the cylinder head 11-12.
  • the other development 52 of the frame 5 extends outside the folded wings of the outer pole pieces 11 or 12.
  • Each of the outer pole pieces 11 or 12 is produced from a stacking of cut sheets 111 or 121 in a U shape.
  • the cut sheets are joined by rivets 112 or 122 and by weld beads such as 113 which extend over the entire thickness of the stack.
  • the mobile magnetic circuit 5 is obtained by stacking sheets cut 531 in H shape and cut sheet 511, 521 in I shape, these last completing the branches of the core 531 sheets so as to achieve the polar openings 51, 52.
  • the polar openings 51 and 52 are therefore produced by the branches of H 531 sheets and by complementary sheets 511 or 521 in an I shape.
  • the sheets 531, 511 and 521 are joined to each other by riveting 532, 512, 522 and by weld beads 523 which extend over the entire thickness sheets.
  • the weld beads can be made by laser.
  • the cut sheets 111, 112, 531, 521, 512 have a variable height H which is in some places between 2 and 5 mm. Height H means the distance between the edges measured in the plane of the cut sheets. The height is higher at level of rivets 112, 122, 512, 522. Parts 11 and 12 have beads at the assembly rivets 112, 122, 512, 522.
  • the coil 4 is wound on a coil support 8 consisting of two parts 8a, 8b assembled to each other so as to form a central hub 83 in which houses the central core 53 of the mobile magnetic circuit 5. These two parts 8a and 8b are joined according to a joint plane passing through V-V '.
  • the hub 83 is connected to two cages 84 and 85 in which the pole shoes 51 and 52 move.
  • the movable frame 5 is provided with two guide pins 71 and 72 which cross the polar openings 51 and 52 and slide, in a passing plane by V-V ', in the guide slots 81 and 82 of the coil holder 8.
  • the movable frame 5 actuates, when it is moved in translation, a lever L mounted pivoting about an axis O and which then activates the poles P.
  • One of the pole shoes 52 is provided laterally with fingers 9a used to activate the pivoting lever L for operating the poles when the armature mobile 5 is requested.
  • This polar development is also provided at the front a finger 9b used to activate additives mounted on the switch device.
  • This lever control finger 9a and additive control finger 9b are formed on a clip 9 which is fixed to the front of the pole shoe 52.
  • the finger 9b of the additives passes through an opening in the housing and is moved in translation parallel to V-V '.
  • the movable armature 5 When the coil 4 is energized, the movable armature 5 is biased towards the working position and a closed or substantially closed magnetic field passing through the core 53, the flourishing 52, the outer pole pieces 11-12, flourishing 51 is created. This magnetic field does not pass through the magnets permanent 21-22.
  • the return spring moves the armature movable 5 to a rest position in which the opening 51 is in contact with pole pieces 31-32 so that the magnetic circuit closes through permanent magnets 21-22.

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Abstract

La présente invention concerne un électro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur, comprenant une bobine d'induction (4) coopérant avec un circuit magnétique constitué d'une partie fixe (11, 12) et d'une partie mobile (5) et caractérisé par le fait que l'une au moins des parties (11, 12, 5) du circuit magnétique est constituée par un empilage de tôles découpées (111, 112, 531, 521, 512) et assemblées les unes aux autres et présentant une hauteur variable, par endroits faible, plus forte au niveau de moyens d'assemblage mécanique (112, 512, 522). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un électro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur tel que contacteur ou contacteur-disjoncteur, comprenant une bobine d'induction coopérant avec un circuit magnétique constitué d'une partie fixe et d'une partie mobile.
On utilise des électro-aimants à courant continu dans des appareils tels que contacteurs ou contacteurs-disjoncteurs. Le circuit magnétique mobile (appelé aussi armature mobile) se déplace en translation selon l'axe dans la bobine et porte à chaque extrémité des épanouissements polaires.
Au circuit magnétique fixe (appelé aussi culasse) est souvent associé au moins un aimant permanent qui permet de polariser le circuit magnétique et d'obtenir une basse consommation. Chacun des aimants permanents est monté entre une pièce polaire intérieure, relativement proche de la bobine, et une pièce polaire extérieure, plus éloignée latéralement de la bobine.
Le circuit magnétique mobile est généralement constitué, comme dans le document FR 2 586 324, par un noyau sur lequel sont emmanchées des plaques de polaires. Avec ce type de construction il est difficile de respecter les côtes et la géométrie.
Le but de l'invention est de fournir un électro-aimant à courant continu dont le circuit magnétique est obtenu par un empilage de tôles découpées dont certaines ont une faible hauteur et sont assemblées les unes aux autres. Cette technologie permet de réaliser des pièces ayant une bonne précision géométrique et permet en particulier de réaliser un circuit magnétique mobile à épanouissements polaires réunis au noyau sans discontinuité de flux. Les pièces du circuit magnétique fixe peuvent avoir une forte épaisseur (celle-ci étant formée de la somme des épaisseurs des tôles assemblées).
L'électro-aimant selon l'invention est caractérisé par le fait que l'une au moins des parties du circuit magnétique est constituée par un empilage de tôles découpées et assemblées les unes aux autres et présentant une hauteur variable, par endroits faible, plus forte au niveau de moyens d'assemblage mécanique.
Selon une caractéristique, les tôles découpées ont une hauteur variable comprise à certains endroits entre 2 et 5 mm.
Selon une autre caractéristique, la partie du circuit magnétique formée de tôles découpées et empilées est une armature mobile à noyau et épanouissements polaires, ceux-ci ayant une surface plus importante que la section du noyau, l'assemblage se composant de tôles découpées en forme de H et, pour réaliser les épanouissements polaires, de tôles découpées en forme de I complétant les branches des tôles du noyau.
Selon une autre caractéristique, la bobine d'induction est enroulée sur un support de bobine constitué de deux parties assemblées l'une à l'autre de manière à loger le circuit magnétique mobile.
L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 est un schéma d'appareil interrupteur équipé d'un électroaimant selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue en perspective de l'électro-aimant selon l'invention ;
  • la figure 3 est une vue en perspective éclatée de l'électro-aimant ;
  • la figure 4 est une vue de détail des parties fixes et des parties mobiles de l'électro-aimant, le support de bobine et la bobine n'étant pas représentés ;
  • la figure 5 est une vue de détail de la construction d'une pièce polaire extérieure ;
  • la figure 6 est une vue de détail de la construction de l'armature mobile.
En se référant à la figure 1, l'électro-aimant de commande, repéré E dans son ensemble, est monté dans un appareil interrupteur dans lequel sont agencés des pôles de coupure P sur des lignes de courant C1-C2 pouvant se raccorder par des bornes B1-B2 à des câbles électriques. Cet électro-aimant de commande E est du type à courant continu et il est alimenté à partir de bornes A1 et A2. Il sert à actionner les pôles en réponse à l'excitation ou à la désexcitation de sa bobine. Il est commandé par un module de commande M et un organe de commande manuelle T.
L'électro-aimant E se compose d'une bobine 4 et d'un circuit magnétique qui canalise le flux magnétique et est constitué d'une partie fixe et d'une partie mobile.
Le circuit magnétique fixe ou culasse est constitué de deux pièces polaires intérieures 31 et 32 qui sont relativement proches de la bobine et de deux pièces polaires extérieures 11 et 12 qui sont plus éloignées latéralement de la bobine.
Le circuit magnétique mobile 5 se compose d'un noyau magnétique 53 de forme générale parallélépipédique réunissant un premier épanouissement polaire 51 et un second épanouissement polaire 52. Ce circuit 5 coulisse selon l'axe V-V' dans un alésage du support 8 de la bobine. Les deux épanouissements polaires 51 et 52 s'étendent perpendiculairement à V-V' et forment des faces polaires planes 51a-51b d'une part, 52a d'autre part. Ils ont la forme de plaques rectangulaires, la surface des épanouissements étant supérieure à la section du noyau 53.
L'armature mobile 5 est soumise à un ressort de rappel 6 qui tend à la déplacer vers une position de repos.
Les deux pièces polaires extérieures 11 et 12 du circuit magnétique fixe ont chacune une forme de profil en U et sont montées en opposition et espacées l'une de l'autre de manière à ménager un espace dans lequel se logent la bobine 4 et son support 8, les pièces polaires intérieures 31 et 32, les aimants 21-22 et l'armature mobile 5.
Chaque pièce polaire extérieure 11 ou 12 présente une âme s'étendant parallèlement à l'axe V-V' et deux ailes s'étendant perpendiculairement à cet axe V-V'. Les pièces polaires intérieures 31-32 sont planes et s'étendent parallèlement à l'axe V-V'.
L'électro-aimant E est polarisé et comporte deux aimants permanents 21 et 22 ayant chacun une forme parallélépipédique et insérés chacun entre une pièce polaire extérieure 11 ou 12 et une pièce polaire intérieure 31 ou 32 respectivement. La face tournée vers l'axe V-V' de chaque âme d'une pièce polaire extérieure 11 ou 12 est adjacente à une face polaire de l'aimant permanent 21 ou 22 respectivement. L'autre face polaire de chacun des aimants 21 ou 22, tournée vers l'axe V-V', est adjacente à la pièce polaire intérieure 31 ou 32 respectivement.
L'épanouissement polaire 51 de l'armature 5 se loge dans deux entrefers s'étendant chacun entre la face d'extrémité de l'une des pièces polaires 31 ou 32 et l'aile repliée de la pièce polaire extérieure adjacente 11 ou 12. Il se déplace dans cet entrefer d'une première position située contre les pièces polaires 31-32, à une seconde position située contre la culasse 11-12. L'autre épanouissement 52 de l'armature 5 s'étend à l'extérieur des ailes repliées des pièces polaires extérieures 11 ou 12.
Chacune des pièces polaires extérieures 11 ou 12 est réalisée à partir d'un empilage de tôles découpées 111 ou 121 en forme de U. Les tôles découpées sont réunies par des rivetages 112 ou 122 et par des cordons de soudure tels que 113 qui s'étendent sur toute l'épaisseur de l'emplilage.
Le circuit magnétique mobile 5 est obtenu par un empilage de tôles découpées 531 en forme de H et de tôles découpées 511, 521 en forme de I, ces dernières complétant les branches des tôles 531 du noyau de manière à réaliser les épanouissements polaires 51, 52. Les épanouissements polaires 51 et 52 sont donc réalisés par les branches des tôles en H 531 et par les tôles complémentaires 511 ou 521 en forme de I.
Les tôles 531, 511 et 521 sont réunies les unes aux autres par des rivetages 532, 512, 522 et par des cordons de soudure 523 qui s'étendent sur toute l'épaisseur des tôles.
Les cordons de soudure peuvent être réalisés au laser.
Les tôles découpées 111, 112, 531, 521, 512 ont une hauteur variable H qui est comprise à certains endroits entre 2 et 5 mm. On entend par hauteur H la distance entre les bords mesurée dans le plan des tôles découpées. La hauteur est plus forte au niveau des rivetages 112, 122, 512, 522. Les pièces 11 et 12 présentent des bourrelets au niveau des rivets d'assemblage 112, 122, 512, 522.
La bobine 4 est enroulée sur un support de bobine 8 constitué de deux parties 8a, 8b assemblées l'une à l'autre de manière à former un moyeu central 83 dans lequel se loge le noyau central 53 du circuit magnétique mobile 5. Ces deux parties 8a et 8b sont réunies selon un plan de joint passant par V-V'. Le moyeu 83 est raccordé à deux cages 84 et 85 dans lesquelles se déplacent les épanouissements polaires 51 et 52.
L'armature mobile 5 est munie de deux axes de guidage 71 et 72 qui traversent les épanouissements polaires 51 et 52 et coulissent, dans un plan passant par V-V', dans les lumières de guidage 81 et 82 du support de bobine 8.
L'armature mobile 5 actionne, lorsqu'elle est déplacée en translation, un levier L monté pivotant autour d'un axe O et qui actionne alors les pôles P.
L'un des épanouissements polaires 52 est pourvu latéralement de doigts 9a servant à actionner le levier pivotant L de manoeuvre de pôles lorsque l'armature mobile 5 est sollicitée. Cet épanouissement polaire est par ailleurs pourvu à l'avant d'un doigt 9b servant à actionner des additifs se montant sur l'appareil interrupteur. Ce doigt 9a de commande du levier et ce doigt de commande 9b des additifs sont ménagés sur une agrafe 9 qui se fixe à l'avant de l'épanouissement polaire 52. Le doigt 9b des additifs passe par une ouverture du boítier et est déplacé en translation parallèlement à V-V'.
Le fonctionnement de l'électro-aimant va maintenant être décrit.
Lorsque la bobine 4 est excitée, l'armature mobile 5 est sollicitée vers la position de travail et un champ magnétique fermé ou sensiblement fermé passant par le noyau 53, l'épanouissement 52, les pièces polaires extérieures 11-12, l'épanouissement 51 est créé. Ce champ magnétique ne passe pas par les aimants permanents 21-22.
Lorsque la bobine 4 est désexcitée, le ressort de rappel déplace l'armature mobile 5 vers une position de repos dans laquelle l'épanouissement 51 est en contact avec les pièces polaires 31-32 de sorte que le circuit magnétique se referme à travers les aimants permanents 21-22.
Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims (12)

  1. Electro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur, comprenant une bobine d'induction (4) coopérant avec un circuit magnétique constitué d'une partie fixe (11, 12) et d'une partie mobile (5), caractérisé par le fait que l'une au moins des parties (11, 12, 5) du circuit magnétique est constituée par un empilage de tôles découpées (111, 112, 531, 521, 512) et assemblées les unes aux autres et présentant une hauteur variable, par endroits faible, plus forte au niveau de moyens d'assemblage mécanique (112, 512, 522).
  2. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tôles (111, 531, 511, 521) ont une hauteur variable comprise à certains endroits entre 2 et 5 mm.
  3. Electro-aimant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé que la partie du circuit magnétique formée de tôles découpées et empilées est une armature mobile à noyau (53) et épanouissements polaires (51, 52), ceux-ci ayant une surface plus importante que la section du noyau, l'assemblage se composant de tôles découpées (531) en forme de H et de tôles découpées (511, 521) en forme de I complétant, pour réaliser les épanouissements polaires (51, 52), les branches des tôles (531) du noyau.
  4. Electro-aimant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le circuit magnétique comporte des pièces polaires fixes (11 et 12) réalisées à partir d'un empilage de tôles découpées (111, 112) en forme de U.
  5. Electro-aimant selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que l'une au moins des pièces du circuit magnétique présente des bourrelets ou des hauteurs augmentées au niveau des moyens d'assemblage (112, 122, 532, 512, 522).
  6. Electro-aimant selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la bobine (4) est enroulée sur un support de bobine (8) constitué de deux parties (8a, 8b) assemblées l'une à l'autre de manière à loger le circuit magnétique mobile (5).
  7. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les tôles découpées constituant l'armature magnétique (5) et les pièces polaires extérieures (11, 12) sont réunies les unes aux autres par des rivets et par des cordons de soudure.
  8. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que l'armature mobile (5) est munie dans les épanouissements polaires (51 et 52) d'axes de guidage (71 et 72) qui coulissent dans les lumières de guidage (81 et 82) du support de bobine (8).
  9. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'armature mobile (5) actionne un levier (L) monté pivotant et actionnant les pôles (P).
  10. Electro-aimant selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'un des épanouissements polaires (52) est pourvu latéralement d'au moins un doigt (9a) servant à actionner le levier pivotant (L) de manoeuvre de pôles lorsque l'armature mobile (5) est sollicitée.
  11. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé par le fait que l'un des épanouissements polaires (52) est pourvu à l'avant d'un doigt (9b) servant à actionner des additifs se montant sur l'appareil interrupteur.
  12. Electro-aimant selon les revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que le doigt (9a) de commande du levier et le doigt de commande (9b) des additifs sont ménagés sur une agrafe (9) qui se fixe à l'avant de l'épanouissement polaire (52).
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EP1103989A3 EP1103989A3 (fr) 2002-05-08
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DE (1) DE60038274T2 (fr)
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