EP1279182A1 - Electroaimant rotatif - Google Patents
Electroaimant rotatifInfo
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- EP1279182A1 EP1279182A1 EP01929733A EP01929733A EP1279182A1 EP 1279182 A1 EP1279182 A1 EP 1279182A1 EP 01929733 A EP01929733 A EP 01929733A EP 01929733 A EP01929733 A EP 01929733A EP 1279182 A1 EP1279182 A1 EP 1279182A1
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- EP
- European Patent Office
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- movable
- control device
- contacts
- frame
- axis
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H51/00—Electromagnetic relays
- H01H51/22—Polarised relays
- H01H51/2263—Polarised relays comprising rotatable armature, rotating around central axis perpendicular to the main plane of the armature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
- H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
- H01H3/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
Definitions
- the present invention relates to an electromagnetic control device for opening and closing of contacts, comprising a frame movable in rotation between two stops.
- This device is particularly suitable for a low voltage power switch device such as a contactor or a contactor / circuit breaker,
- An electromagnetic control device comprising a frame movable in rotation between two positions materialized by two stops formed in a fixed frame, and comprising at least one permanent magnet and at least one coil on the fixed frame (see patent application No. FR9906592 ).
- the permanent magnet is used to hold the movable armature in a given position when the coil does not create any magnetic field.
- This device is bistable and, to switch the movable armature from one position to another, it is necessary to circulate a current in the coil either in one direction or in another, or else to use two opposite coils, so as to create a magnetic field, in one direction or another, greater than that generated by the permanent magnet. The consumption of such a device is then significant.
- the document DE3005921 shows a monostable electromagnetic control device in which at least one magnet is mounted on the movable frame and in which a coil is mounted on the fixed frame. But the fact of mounting the coil or coils in the fixed frame leads to a penalizing increase in the size of the entire device.
- the document US5029618 shows an electromagnetic control device applied to a mechanism for weaving looms.
- This device is either rotary and bistable, or linear and monostable thanks to an asymmetry of the air gap of the two magnets which it comprises.
- the power of such a device is not suitable for effectively opening and closing the power contacts of a switching device as desired in the invention.
- the purpose of the present invention is to provide the simplest possible electromagnetic control device for switch device, capable of responding to constraints of space and very severe consumption.
- the invention describes an electromagnetic control device for opening and closing contacts of a switching device comprising:
- a monostable movable frame which is movable in rotation about an axis of rotation in a fixed frame between two stops respectively delimiting a rest position and a working position and which mechanically cooperates with a contact actuation lever, the movable frame comprising a core of elongated shape along a longitudinal axis perpendicular to the axis of rotation and having two opposite ends of convex shape,
- At least one permanent magnet mounted in the fixed frame along a magnetization axis passing through the axis of rotation, and having a polar surface of substantially concave shape facing at least one end of the movable armature,
- control means capable of delivering a control current in the coil (s).
- the movable armature In the presence of a control current in the coil of a value zero or less than a triggering threshold, the movable armature switches to a first of the two aforementioned positions (respectively rest or work) thanks to the force of attraction of (of) the permanent magnet (s). In the presence of a control current of a value greater than a switch-on threshold greater than or equal to the triggering threshold, the movable armature switches to the second of the two aforementioned positions (respectively work or rest), thanks to the repelling force of permanent magnet (s).
- the fixed frame comprises two permanent magnets which are positioned symmetrically with respect to the axis of rotation of the movable armature and which each have a polar surface of substantially concave shape, cooperating with an opposite convex end of the armature mobile so as to minimize the forces necessary for the switching movements of the mobile armature.
- the longitudinal axis of the core of the movable armature is always offset on the same side with respect to the magnetization axis of the two permanent magnets.
- the coil (s) is (are) mounted on the movable frame by means of a carcass which surrounds the core and which has transverse flanges, at least one of which cooperates with an inner face of the fixed frame.
- the control means comprise an electronic circuit capable of receiving at the input a tripping order and an interlocking order and at outputting a control current in the coil (s) (24 , 25).
- the invention also relates to a switch device equipped with such an electromagnetic control device.
- - Figure 2 shows the same electromagnetic control device in the working position
- - Figure 3 shows schematically the shape of the different force curves exerted on the movable armature of the device
- the electromagnetic control device is intended for opening and closing the contacts of a switching device.
- it comprises a fixed, hollow metallic frame 10, inside which is a movable frame 20 between two stops formed on the fixed frame
- a first stop delimiting the rest position R, is constituted by two first internal faces 12, 12 ′ of the fixed frame 10, symmetrical with respect to the axis of rotation 21
- a second stop delimiting the working position T, is constituted by two flanges 14,14 'situated on two second internal faces 13,13' of the fixed frame 10, symmetrical with respect to the axis of rotation 21.
- the movable frame 20 consists of a metal core 29 of elongated shape along the longitudinal axis 22, having two opposite ends 23, 23 ′ of convex shape, mounted symmetrically around its axis of rotation 21.
- the movable frame 20 cooperates mechanically with a lever 30 for actuating the contacts of the switch device, for example by means of a lug 19 mounted on the movable frame 20, so that, in the rest position R, l movable armature 20 controls the separation between movable contacts 32 and fixed contacts 31 of the switch device. In the rest position R, this command is transmitted by the lug 19 which actuates the lever 30, itself pivotally driving a pusher 33 secured to a contact carrier 34 supporting the movable contacts 32 (see FIG. 1). When the movable armature 20 is in the working position T, the lug 19 is detached from the lever 30 (see FIG. 2). The application of the movable contacts 32 on the fixed contacts 31 of the switch device is then ensured by a contact pressure spring 35, which bears on the contact carrier 34 and on a fixed support 36 of the switch device.
- the movable frame 20 has a carcass 28 surrounding the metal core 29 and on which is disposed at least one coil.
- two coils 24,25, electrically mounted in series, are located on either side of the axis of rotation 21, along the longitudinal axis 22 of the movable frame 20.
- the carcass 28 of coils further has at its ends 26,26 'transverse flanges.
- At least one permanent magnet 15.15 ' is fixed in the fixed frame 10
- the fixed frame 10 has on its inner part two permanent magnets 15 (respectively 15 ') positioned symmetrically with respect to the axis of rotation 21 of the movable frame 20 and each having a pole surface 16 (respectively 16 ') of substantially concave shape positioned opposite the same convex end 23 (respectively 23') of the movable frame 20.
- the shape substantially concave polar surfaces 16,16 'and the convex shape of the ends 23,23' are particularly suitable so that these polar surfaces 16,16 'cooperate with these ends 23,23' so as to minimize the value of the air gap created between the magnets 15,15 'and the core 29 and so as also to minimize the variations of this air gap during the movements of the movable frame 20. This therefore makes it possible to reduce the forces necessary for the switching movements of the movable frame 20 .
- the two magnets 15,15 ' are magnetized along substantially the same magnetization axis 17.
- the direction of magnetization of the two magnets 15,15' is opposite one with respect to the other, that is to say that the pole of the pole surface 16 is the reverse of the pole of the pole surface 16 '.
- the magnetization axis 17 passes through the axis of rotation 21 of the movable armature 20 and is perpendicular to this axis of rotation 21.
- the device of the present invention is constructed in such a way that the longitudinal axis 22 of the core 29 of the movable armature 20 crosses the magnetization axis 17 of the permanent magnets substantially at the level of the axis of rotation 21.
- the longitudinal axis 22 is always offset on the same side with respect to the magnetization axis 17, whatever the position of the movable armature 20, both in the rest position R and in the working position T, with an angle greater than 0 ° and less than 60 °.
- the electromagnetic control device also includes control means 40 capable of delivering a control current 44 in the coils 24,25.
- control means 40 comprise an electronic circuit 41 which can receive an input command 42 and a trigger order 43 and which, depending on these inputs, outputs the control current 44 in the coils 24,25 mobile frame 20.
- the present electromagnetic control device When a tripping order 43 is received by the electronic circuit 41, the latter delivers in the coils 24.25 a control current 44 of a value zero or less than a tripping threshold D stored in the electronic circuit 41.
- This triggering threshold D is calculated so that the induced magnetic field B which results therefrom in the coils 24.25 is sufficiently lower than the magnetic field M permanent magnets so that the metal core 29 of the movable armature 20 is attracted by the permanent magnets 15, 15 ′ and switches to a first of the two positions, for example the rest position R.
- the latter delivers to the coils 24.25 a control current 44 of a value greater than an engagement threshold E stored in the electronic circuit 41.
- This triggering threshold E is greater than the triggering threshold D and is calculated so that the induced magnetic field B which results therefrom in the coils is sufficiently greater than the magnetic field M of the permanent magnets 15.15 ′ for the movable armature 20 is pushed back by the magnets 15,15 'and switches to the second of the two positions, for example the working position T.
- the electromagnetic control device according to the invention never passes through an equilibrium position, since the longitudinal axis 22 of the core 29 is always offset on the same side with respect to the magnetization axis 17 of the permanent magnets, and given the low values of the air gap and variations in the air gap during the movements of the movable armature 20, this results in that the attraction / repulsion forces linked to the permanent magnets are almost linear throughout the travel of the movable armature 20 and therefore that the positions R and T are very stable positions. A high efficiency is then obtained allowing the device to be able to quickly plate and separate the movable contacts 32 and the fixed contacts 31 of a power switching device, even for large electrical currents.
- FIG. 3 shows diagrammatically what the shape of the different force curves exerted on the movable frame 20 of the device according to the present invention could be.
- the abscissa axis represents the travel of the movable armature between the working position T and the rest position R.
- the upper part 50 of the graph represents the forces during the movement of the movable armature 20 from position R towards position T.
- the lower part 60 of the graph represents the forces during the movement of the movable armature 20 from position T towards position R.
- the lever d actuation 30 is dissociated from the movable frame 20.
- the lever 30 is mechanically driven by the lug 19 of the movable frame 20 to separate the movable contacts 32 from the fixed contacts 31 of the switch device.
- the forces linked to the permanent magnets 15, 15 ′ are represented by curves 51 and 61.
- the forces linked to the contact pressure spring 35 are represented by curves 52 and 62, these forces being present only between position M and position R of the movable armature.
- the coils 24.25 are crossed by a current 44 of zero value or less than the triggering threshold D. Therefore the force of attraction of the permanent magnets 15.15 'generates a motor force on the movable armature represented by curve 61, this force causing the movable armature to pass from position T to position R.
- the force 61 must be greater than the return force represented on curve 62.
- This return force 62 corresponds to the compression of the contact pressure spring 35 opposing the force of attraction of the permanent magnets between the position M and the position R, that is to say when the actuating lever 30 drives the movable contacts 32 of the switch device.
- the coils 24.25 are traversed by a current 44 of value greater than the switching threshold E.
- the motor force linked to the permanent magnets 15.15 ' is then reversed and now drives the movable armature 20 from position R to position T, as indicated by curve 51.
- the force represented by curve 52, which is generated by the contact pressure spring 35 between position R and position M now becomes an effort motor which is added with the motor force 51 thus facilitating the passage from the position R towards the position T.
- this motor force 51 on the movable frame does not need to be significant since, between the position R and the position M, it is assisted by the force 52 due to the contact pressure spring 35 and, after the position M, as the actuating lever 30 no longer mechanically drives the movable contacts of the switch device, the motor force 51 must just drive and then maintain the movable armature stably in the position T, without encountering a restoring force. This has the effect of the low consumption of the electromagnetic control device, by lowering the switch-on threshold E of the current 44 in the coils 24,25.
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de commande électromagnétique d'un appareil interrupteur comprenant une armature mobile (20) en rotation dans un cadre fixe (10) entre deux positions repos et travail, au moins un aimant permanent (15,15') monté dans le cadre fixe, au moins une bobine (24,25) montée sur l'armature mobile et des moyens de contrôle (40) capables de délivrer un courant de commande (44) dans la bobine. L'armature mobile est monostable. En position repos, un levier (30) actionné par l'armature mobile entraîne la séparation entre les contacts fixes (31) et les contacts mobiles (32) de l'appareil. En position travail, le levier est dissocié de l'armature mobile et un ressort (35) applique les contacts mobiles sur les contacts fixes.
Description
Electroaimant rotatif
La présente invention concerne un dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts, comprenant une armature mobile en rotation entre deux butées. Ce dispositif est particulièrement adapté pour un appareil interrupteur de puissance en basse tension tel qu'un contacteur ou un contacteur/disjoncteur,
On connaît un dispositif de commande électromagnétique comprenant une armature mobile en rotation entre deux positions matérialisées par deux butées ménagées dans un cadre fixe, et comprenant au moins un aimant permanent et au moins une bobine sur le cadre fixe (voir demande de brevet n° FR9906592). L'aimant permanent sert à maintenir l'armature mobile dans une position donnée lorsque la bobine ne crée aucun champ magnétique. Ce dispositif est bistable et, pour commuter l'armature mobile d'une position vers une autre, il est nécessaire de faire circuler un courant dans la bobine soit dans un sens, soit dans un autre, ou alors d'utiliser deux bobines opposées, de façon à créer un champ magnétique, dans une direction ou dans une autre, supérieur à celui généré par l'aimant permanent. La consommation d'un tel dispositif est alors importante. Par ailleurs, le document DE3005921 montre un dispositif monostable de commande électromagnétique dans lequel au moins un aimant est monté sur l'armature mobile et dans lequel une bobine est montée sur le cadre fixe. Mais le fait de monter la ou les bobines dans le cadre fixe entraîne une augmentation pénalisante de la taille de l'ensemble du dispositif.
D'autre part, le document US5029618 montre un dispositif de commande électromagnétique appliqué à un mécanisme pour métiers à tisser. Ce dispositif est soit rotatif et bistable, soit linéaire et monostable grâce à une dissymétrie de l'entrefer des deux aimants qu'il comprend. Cependant, la puissance d'un tel dispositif n'est pas adaptée pour ouvrir et fermer efficacement des contacts de puissance d'un appareil interrupteur tel qu'il est souhaité dans l'invention.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif le plus simple possible de commande électromagnétique pour appareil interrupteur, capable de répondre à des contraintes d'encombrement et de consommation très sévères.
Pour cela, l'invention décrit un dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts d'un appareil interrupteur comprenant :
- une armature mobile monostable qui est mobile en rotation autour d'un axe de rotation dans un cadre fixe entre deux butées délimitant respectivement une position repos et une position travail et qui coopère mécaniquement avec un levier d'actionnement des contacts, l'armature mobile comportant un noyau de forme allongée selon un axe longitudinal perpendiculaire à l'axe de rotation et présentant deux extrémités opposées de forme convexe,
- au moins un aimant permanent monté dans le cadre fixe selon un axe d'aimantation passant par l'axe de rotation, et possédant une surface polaire de forme sensiblement concave en regard d'au moins une extrémité de l'armature mobile,
- au moins une bobine montée(s) sur l'armature mobile,
- des moyens de contrôle capables de délivrer un courant de commande dans la(les) bobine(s).
En présence d'un courant de commande dans la bobine d'une valeur nulle ou inférieure à un seuil de déclenchement, l'armature mobile commute vers une première des deux positions précitées (respectivement repos ou travail) grâce à la force d'attraction de(des) l'aimant(s) permanent(s). En présence d'un courant de commande d'une valeur supérieure à un seuil d'enclenchement plus grand ou égal au seuil de déclenchement, l'armature mobile commute vers la deuxième des deux positions précitées (respectivement travail ou repos), grâce à la force de répulsion de(des) Paimant(s) permanent(s).
Selon une caractéristique, le cadre fixe comprend deux aimants permanents qui sont positionnés symétriquement par rapport à l'axe de rotation de l'armature mobile et qui possèdent chacun une surface polaire de forme sensiblement concave, coopérant avec une extrémité opposée convexe de l'armature mobile de façon à minimiser les efforts nécessaires aux mouvements de commutation de l'armature mobile. L'axe longitudinal du noyau de l'armature mobile est toujours décalé du même côté par rapport à l'axe d'aimantation des deux aimants permanents.
La(les) bobine(s) est(sont) montée(s) sur l'armature mobile au moyen d'une carcasse qui entoure le noyau et qui présente des collerettes transversales dont au moins une coopère avec une face intérieure du cadre fixe.
Selon une autre caractéristique, les moyens de contrôle comportent d'un circuit électronique apte à recevoir en entrée un ordre de déclenchement et un ordre d'enclenchement et à délivrer en sortie un courant de commande dans la(les) bobine(s) (24,25). L'invention a également pour objet un appareil interrupteur équipé d'un tel dispositif de commande électromagnétique.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont ressortir de la description détaillée qui va suivre, illustrée par les dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts en position repos,
- la figure 2 représente le même dispositif de commande électromagnétique en position travail, - la figure 3 schématise l'allure des différentes courbes d'efforts s'exerçant sur l'armature mobile du dispositif,
- la figure 4 détaille les moyens de contrôle du dispositif.
Le dispositif de commande électromagnétique est destiné à l'ouverture et à la fermeture des contacts d'un appareil interrupteur. Selon le mode de réalisation représenté en figure 1 , Il comprend un cadre fixe 10 métallique, creux, à l'intérieur duquel se situe une armature 20 mobile entre deux butées ménagées sur le cadre fixe
10, délimitant une position repos R et une position travail T, autour d'un axe de rotation
21 perpendiculaire à un axe longitudinal 22 de l'armature mobile 20. Une première butée, délimitant la position repos R, est constituée par deux premières faces intérieures 12,12' du cadre fixe 10, symétriques par rapport à l'axe de rotation 21. Une seconde butée, délimitant la position travail T, est constituée par deux rebords 14,14' situés sur deux secondes faces intérieures 13,13' du cadre fixe 10, symétriques par rapport à l'axe de rotation 21. L'armature mobile 20 est constituée d'un noyau métallique 29 de forme allongée selon l'axe longitudinal 22, présentant deux extrémités opposées 23,23' de forme convexe, montées de façon symétrique autour de son axe de rotation 21.
L'armature mobile 20 coopère mécaniquement avec un levier 30 d'actionnement des contacts de l'appareil interrupteur par exemple au moyen d'un ergot 19 monté sur l'armature mobile 20, de façon à ce que, en position repos R, l'armature mobile 20 commande la séparation entre des contacts mobiles 32 et des contacts fixes 31 de l'appareil interrupteur. En position repos R, cette commande est transmise par l'ergot 19 qui actionne le levier 30, lui-même entraînant par pivotement un poussoir 33 solidaire d'un porte-contacts 34 supportant les contacts mobiles 32 (voir figure 1). Lorsque l'armature mobile 20 est en position travail T, l'ergot 19 est désolidarisé du levier 30 (voir figure 2). L'application des contacts mobiles 32 sur les contacts fixes 31 de l'appareil interrupteur est alors assurée par un ressort 35 de pression des contacts, qui prend appui sur le porte-contacts 34 et sur un support fixe 36 de l'appareil interrupteur.
En référence à la figure 1, l'armature mobile 20 possède une carcasse 28 entourant le noyau métallique 29 et sur laquelle est disposée au moins une bobine. De façon préférée, deux bobines 24,25, montées électriquement en série, sont situées de part et d'autre de l'axe de rotation 21, le long de l'axe longitudinal 22 de l'armature mobile 20. La carcasse 28 des bobines présente en outre à ses extrémités des collerettes 26,26' transversales. La limitation des mouvements de l'armature mobile 20 est obtenue :
- par au moins une des collerettes 26,26' qui coopère avec une butée matérialisée par au moins une des deux premières faces intérieures 12,12' du cadre fixe 10, délimitant ainsi la position repos R,
- par le noyau 29 dont au moins une des deux faces latérales 27,27' coopère avec une butée matérialisée par au moins un des deux rebords
14,14' du cadre fixe 10, délimitant ainsi la position travail T.
Ce type d'assemblage permet de diminuer fortement l'encombrement total du dispositif en ne nécessitant pas d'emplacement pour les bobines 24,25 sur le cadre fixe 10. Au moins un aimant permanent 15,15' est fixé dans le cadre fixe 10. De façon avantageuse, le cadre fixe 10 comporte sur sa partie intérieure deux aimants permanents 15 (respectivement 15') positionnés symétriquement par rapport à l'axe de rotation 21 de l'armature mobile 20 et possédant chacun une surface polaire 16 (respectivement 16') de forme sensiblement concave positionnée en regard d'une même extrémité convexe 23 (respectivement 23') de l'armature mobile 20. La forme
sensiblement concave des surfaces polaires 16,16' et la forme convexe des extrémités 23,23' sont particulièrement adaptées pour que ces surfaces polaires 16,16' coopèrent avec ces extrémités 23,23' de façon à minimiser la valeur de l'entrefer créé entre les aimants 15,15' et le noyau 29 et de façon à minimiser aussi les variations de cet entrefer durant les mouvements de l'armature mobile 20. Ceci permet donc de réduire les efforts nécessaires aux mouvements de commutation de l'armature mobile 20.
Comme indiqué aux figures 1 et 2, les deux aimants 15,15' sont aimantés selon sensiblement un même axe d'aimantation 17. Le sens de l'aimantation des deux aimants 15,15' est opposé l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire que le pôle de la surface polaire 16 est l'inverse du pôle de la surface polaire 16'. L'axe d'aimantation 17 passe par l'axe de rotation 21 de l'armature mobile 20 et est perpendiculaire à cet axe de rotation 21. L'avantage d'avoir les faces polaires des aimants qui coopèrent avec les extrémités de l'armature mobile permet de donner le maximum d'amplitude à la force d'attraction/répulsion des aimants sur l'armature mobile. Le dispositif de la présente invention est construit de telle façon que l'axe longitudinal 22 du noyau 29 de l'armature mobile 20 croise l'axe d'aimantation 17 des aimants permanents sensiblement au niveau de l'axe de rotation 21. De plus l'axe longitudinal 22 est toujours décalé du même côté par rapport à l'axe d'aimantation 17, quelle que soit la position de l'armature mobile 20, aussi bien en position repos R qu'en position travail T, avec un angle supérieur à 0° et inférieur à 60°.
En référence à la figure 4, le dispositif de commande électromagnétique comprend également des moyens de contrôle 40 capables de délivrer un courant de commande 44 dans les bobines 24,25. Ces moyens de contrôle 40 comportent un circuit électronique 41 qui peut recevoir en entrée un ordre d'enclenchement 42 et un ordre de déclenchement 43 et qui, en fonction de ces entrées, délivre en sortie le courant de commande 44 dans les bobines 24,25 de l'armature mobile 20.
Le fonctionnement du présent dispositif de commande électromagnétique va maintenant être décrit. Lorsqu'un ordre de déclenchement 43 est reçu par le circuit électronique 41, celui-ci délivre dans les bobines 24,25 un courant de commande 44 d'une valeur nulle ou inférieure à un seuil de déclenchement D mémorisé dans le circuit électronique 41. Ce seuil de déclenchement D est calculé pour que le champ magnétique induit B qui en résulte dans les bobines 24,25 soit suffisamment inférieur au champ magnétique M
des aimants permanents pour que le noyau métallique 29 de l'armature mobile 20 soit attiré par les aimants permanents 15,15' et commute vers une première des deux positions, par exemple la position repos R. Comme l'axe longitudinal 22 du noyau 29 est toujours décalé du même côté par rapport à l'axe d'aimantation 17 des aimants permanents, cela signifie que, même quand l'armature mobile a atteint la position R, les aimants permanents 15,15' continuent d'exercer dans le même sens une force d'attraction 61 sur l'armature mobile 20, permettant ainsi de maintenir fermement celle- ci dans la position repos R.
Lorsqu'un ordre d'enclenchement 42 est reçu par le circuit électronique 41, celui-ci délivre dans les bobines 24,25 un courant de commande 44 d'une valeur supérieure à un seuil d'enclenchement E mémorisé dans le circuit électronique 41. Ce seuil d'enclenchement E est supérieur au seuil de déclenchement D et est calculé pour que le champ magnétique induit B qui en résulte dans les bobines soit suffisamment supérieur au champ magnétique M des aimants permanents 15,15' pour que l'armature mobile 20 soit repoussée par les aimants 15,15' et commute vers la deuxième des deux positions, par exemple la position travail T. Quand l'armature mobile 20 est en position T, les deux faces latérales 27,27' du noyau 29 de l'armature mobile sont en contact avec les deux rebords 14,14' du cadre fixe 10 métallique, ce qui limite le mouvement et permet également au flux électromagnétique engendré par les bobines de se reboucler entre le noyau métallique 29 et le cadre fixe 10 de façon à assurer ainsi un maintien efficace en position T.
La commutation de la position travail T vers la position repos R ne consomme pas de courant puisqu'elle n'est due qu'à la force d'attraction des aimants permanents 15,15' sur l'armature mobile 20. Réciproquement, comme il n'existe pas de ressort de rappel pour maintenir l'armature mobile 20 dans cette position R, alors une faible valeur du courant de commande 44 dans les bobines 24,25 suffit pour basculer de la position R à la position T, entraînant ainsi globalement une très faible consommation de l'ensemble du dispositif. De même, la force nécessaire pour plaquer les contacts mobiles 32 sur les contacts fixes 31 ne consomme pas non plus de courant puisqu'elle est assurée par le ressort 35.
Ainsi, étant donné que le dispositif de commande électromagnétique selon l'invention ne passe jamais par une position d'équilibre, puisque l'axe longitudinal 22 du noyau 29 est toujours décalé du même côté par rapport à l'axe d'aimantation 17 des aimants permanents, et étant donné les faibles valeurs de l'entrefer et des variations de l'entrefer durant les mouvements de l'armature mobile 20, cela entraîne
que les efforts d'attraction/répulsion liés aux aimants permanents sont quasiment linéaires durant toute la course de l'armature mobile 20 et donc que les positions R et T sont des positions très stables. On obtient alors une grande efficacité permettant au dispositif de pouvoir plaquer et séparer rapidement les contacts mobiles 32 et les contacts fixes 31 d'un appareil interrupteur de puissance, même pour des intensités électriques importantes.
La figure 3 schématise ce que pourrait être l'allure des différentes courbes d'efforts s'exerçant sur l'armature mobile 20 du dispositif selon la présente invention. Sur ce graphique, l'axe des abscisses représente la course de l'armature mobile entre la position travail T et la position repos R. La partie supérieure 50 du graphique représente les efforts lors du mouvement de l'armature mobile 20 de la position R vers la position T. La partie inférieure 60 du graphique représente les efforts lors du mouvement de l'armature mobile 20 de la position T vers la position R. Entre la position T et une position médiane M située entre T et R, le levier d'actionnement 30 est dissocié de l'armature mobile 20. Entre la position M et la position R, le levier 30 est mécaniquement entraîné par l'ergot 19 de l'armature mobile 20 pour séparer les contacts mobiles 32 des contacts fixes 31 de l'appareil interrupteur. Les efforts liés aux aimants permanents 15,15' sont représentés par les courbes 51 et 61. Les efforts liés au ressort 35 de pression de contacts sont représentés par les courbes 52 et 62, ces efforts n'étant présents que entre la position M et la position R de l'armature mobile.
Dans la partie inférieure 60, les bobines 24,25 sont traversées par un courant 44 de valeur nulle ou inférieure au seuil de déclenchement D. Donc la force d'attraction des aimants permanents 15,15' génère un effort moteur sur l'armature mobile représenté par la courbe 61, cet effort faisant passer l'armature mobile de la position T vers la position R. L'effort 61 doit être supérieur à l'effort de rappel représenté sur la courbe 62. Cet effort de rappel 62 correspond à la compression du ressort 35 de pression de contacts s'opposant à la force d'attraction des aimants permanents entre la position M et la position R, c'est-à-dire quand le levier d'actionnement 30 entraîne les contacts mobiles 32 de l'appareil interrupteur.
Dans la partie supérieure 50, les bobines 24,25 sont traversées par un courant 44 de valeur supérieure au seuil d'enclenchement E. L'effort moteur lié aux aimants permanents 15,15' est alors inversé et entraîne désormais l'armature mobile
20 de la position R vers la position T, comme l'indique la courbe 51. L'effort représenté par la courbe 52, qui est généré par le ressort 35 de pression de contacts entre la position R et la position M devient désormais un effort moteur qui s'additionne avec l'effort moteur 51 facilitant ainsi le passage de la position R vers la position T. On remarque que cet effort moteur 51 sur l'armature mobile n'a pas besoin d'être important puisque, entre la position R et la position M, il est assisté par l'effort 52 dû au ressort 35 de pression de contacts et, après la position M, comme le levier d'actionnement 30 n'entraîne plus mécaniquement les contacts mobiles de l'appareil interrupteur, l'effort moteur 51 doit juste entraîner puis maintenir l'armature mobile de façon stable dans la position T, sans rencontrer de force de rappel. Ceci a pour effet la faible consommation du dispositif de commande électromagnétique, en abaissant le seuil d'enclenchement E du courant 44 dans les bobines 24,25.
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
1. Dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts d'un appareil interrupteur comprenant :
- une armature mobile (20) monostable qui est mobile en rotation autour d'un axe de rotation (21) dans un cadre fixe (10) entre deux butées délimitant respectivement une position repos (R) et une position travail (T) et qui coopère mécaniquement avec un levier (30) d'actionnement des contacts, l'armature mobile comportant un noyau (29) de forme allongée selon un axe longitudinal (22) perpendiculaire à l'axe de rotation (21) et présentant deux extrémités opposées (23,23') de forme convexe,
- au moins un aimant permanent (15,15') monté dans le cadre fixe (10) selon un axe d'aimantation (17) passant par l'axe de rotation (21), et possédant une surface polaire de forme sensiblement concave (16,16') en regard d'une extrémité (23,23') de l'armature mobile (20), - au moins une bobine (24,25) montée(s) sur l'armature mobile (20),
- des moyens de contrôle (40) capables de délivrer un courant de commande (44) dans la(les) bobine(s) (24,25).
2. Dispositif de commande selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'en présence d'un courant de commande (44) d'une valeur nulle ou inférieure à un seuil de déclenchement (D), l'armature mobile (20) commute vers une première des deux positions précitées - respectivement repos (R) ou travail (T) - grâce à la force d'attraction de(des) l'aimant(s) permanent(s) (15,15'), et qu'en présence d'un courant de commande (44) d'une valeur supérieure à un seuil d'enclenchement (E) plus grand ou égal au seuil de déclenchement (D), l'armature mobile (20) commute vers la deuxième des deux positions précitées - respectivement travail
(T) ou repos (R) - grâce à la force de répulsion de(des) l'aimant(s) permanent(s) (15,15').
3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le cadre fixe (10) comprend deux aimants permanents (15,15') aimantés selon sensiblement un même axe d'aimantation (17), positionnés symétriquement par rapport à l'axe de rotation (21) de l'armature mobile (20) et possédant chacun une surface polaire (16,16') de forme sensiblement concave, coopérant avec une extrémité opposée (23,23') convexe de l'armature mobile (20) de façon à minimiser la valeur de l'entrefer créé entre les aimants (15,15') et l'armature mobile (20) et de façon à minimiser les variations de cet entrefer durant les mouvements de l'armature mobile (20).
4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, quelle que soit la position de l'armature mobile (20), l'axe longitudinal (22) du noyau (29) de l'armature mobile (20) est toujours décalé du même côté par rapport à l'axe d'aimantation (17) des deux aimants permanents (15,15').
5. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la(les) bobine(s) (24,25) est(sont) montée(s) sur l'armature mobile (20) au moyen d'une carcasse (28) qui entoure le noyau (29) et qui présente des collerettes (26,26') transversales dont au moins une coopère avec une face intérieure (12,12') du cadre fixe (10).
6. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé par le fait que, en position travail (T), deux faces latérales (27,27') du noyau (29) de l'armature mobile (20) sont en contact avec deux rebords (14,14') du cadre fixe
(10) métallique, pour permettre au flux électromagnétique engendré par la (les) bobine(s) (24,25) de se reboucler entre le noyau métallique (29) et le cadre fixe (10).
7. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif comporte deux bobines (24,25) qui sont disposées sur l'armature mobile (20) de part et d'autre de l'axe de rotation (21 ) de l'armature mobile (20) et qui sont montées électriquement en série.
8. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de contrôle (40) comportent d'un circuit électronique (41 ) apte à recevoir en entrée un ordre de déclenchement (43) et un ordre d'enclenchement (42) et à délivrer en sortie un courant de commande (44) dans la(les) bobine(s) (24,25).
9. Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, lorsqu'un ordre d'enclenchement (42) est reçu par le circuit électronique (41), celui-ci délivre en sortie un courant de commande (44) d'une valeur supérieure au seuil d'enclenchement (E), suffisant pour permettre la commutation de l'armature mobile (20) en position travail (T).
10. Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, lorsqu'un ordre de déclenchement (43) est reçu par le circuit électronique (41), celui-ci délivre en sortie un courant de commande (44) d'une valeur nulle ou inférieure au seuil de déclenchement (D), suffisant pour permettre la commutation de l'armature mobile (20) en position repos (R).
11. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, lorsque l'armature mobile (20) est en position repos (R), le levier (30) d'actionnement des contacts entraîne mécaniquement la séparation entre des contacts mobiles (32) et des contacts fixes (31) de l'appareil interrupteur.
12. Dispositif de commande selon la revendication 11, caractérisé par le fait que, lorsque l'armature mobile (20) est en position travail (T), le levier (30) d'actionnement des contacts est dissocié mécaniquement des contacts mobiles (32) de l'appareil interrupteur, et un ressort (35) de pression de contacts applique les contacts mobiles (32) sur les contacts fixes (31) de l'appareil interrupteur.
13. Appareil interrupteur caractérisé par le fait qu'il est équipé d'un dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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