EP2200055A1 - Appareil électrique interrupteur à fonctionnement optimisé - Google Patents

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EP2200055A1
EP2200055A1 EP09179468A EP09179468A EP2200055A1 EP 2200055 A1 EP2200055 A1 EP 2200055A1 EP 09179468 A EP09179468 A EP 09179468A EP 09179468 A EP09179468 A EP 09179468A EP 2200055 A1 EP2200055 A1 EP 2200055A1
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EP
European Patent Office
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armature
control
movable
fixed yoke
control current
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Christian Bataille
Charles Blondel
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H47/02—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay
    • H01H47/04—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for modifying the operation of the relay for holding armature in attracted position, e.g. when initial energising circuit is interrupted; for maintaining armature in attracted position, e.g. with reduced energising current
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    • H01H2047/009—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current with self learning features, e.g. measuring the attracting current for a relay and memorising it
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    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures

Definitions

  • the present invention relates to a switch electrical apparatus and a control method implemented in the switch electrical apparatus.
  • the control method used in the electrical switch apparatus makes it possible in particular to monitor the state of wear of the contact pads and to optimize the operation of the apparatus.
  • a switch-type electrical switch device for example of three-pole type, comprises an electromagnetic actuator with a control coil, a fixed yoke and a movable armature.
  • the apparatus further comprises a movable member set in motion by the actuator and carrying for each pole at least one movable contact adapted to move relative to a fixed contact between an open state and a closed state by means of the actuator. In the closed state, each movable contact is crushed against the corresponding fixed contact by means of a pole spring.
  • the apparatus comprises control means for varying the control current injected into the control coil.
  • the measuring means of the control current passing through the control coil during the separation of the mobile armature with respect to the fixed yoke are implemented during a phase of maintaining the movable contact in its state. closed relative to the fixed contact.
  • the means for measuring the control current passing through the control coil during the separation of the moving armature with respect to the fixed yoke may be implemented during a phase of opening the movable contact with respect to the fixed contact.
  • the processing means comprise means for determining a wear level of the fixed and moving contacts from the control current measured during the separation of the moving armature relative to the fixed yoke.
  • the processing means comprise means for determining an optimum control current to be applied to the control coil for holding the movable armature in the closed position.
  • the processing means comprise means for determining a control current to be applied to the control coil and for bringing the mobile armature back to the closed position after inadvertent opening of the mobile armature.
  • the means for detecting the separation of the moving armature with respect to the fixed yoke comprise an electrical detection circuit composed of a power source, a switch switched during a change of position. the armature movable relative to the fixed yoke and means for detecting the state of the switch and sending a control signal when the switch is brought to the open state.
  • the switch is formed on the actuator, by contact or separation between the movable armature and the fixed yoke of the actuator.
  • the switch is remotely controlled by magnetic effect with the aid of a permanent magnet positioned on the actuator.
  • the movable armature is mounted on a spring with respect to the fixed yoke and in that the electric detection circuit (6) uses the spring as an electrical conductor.
  • the spring is mounted on a conductive plate connected to the electrical detection circuit.
  • the method comprises a step of controlling the level of control current injected into the control coil.
  • the step of measuring the control current passing through the control coil during the separation of the moving armature with respect to the fixed yoke is implemented during a phase of maintaining the moving contact in its closed state with respect to the fixed contact.
  • this step of measuring the control current passing through the control coil during the separation of the moving armature with respect to the fixed yoke can be implemented during a phase of opening the movable contact with respect to the fixed contact.
  • the step of processing the measured current comprises a step of determining a level of wear of the fixed and moving contacts from the control current measured during the separation of the moving armature relative to the fixed breech.
  • the step of processing the measured current comprises a step of determining an optimum control current to be applied to the control coil for maintaining the mobile armature in the closed position.
  • the processing step comprises a step of determining a control current to be applied to the control coil and making it possible to return the mobile armature in the closed position after inadvertent opening of the mobile armature.
  • a switch-type electrical switch device comprises, in known manner, an electromagnetic type actuator 1, one or more poles (for example three poles for a three-pole contactor) with, for each pole, a movable member set in motion by the actuator, one or more movable contacts 21 carried by the movable member and one or more fixed contacts 20.
  • the actuator 1 more particularly comprises a fixed yoke 10 and a movable armature 11 adapted to move relative to the fixed yoke 10 between two positions , an open position ( Figure 1A ) and a closed position ( figure 1C ).
  • the electromagnetic actuator also comprises a control coil 3 controlled by a control current in order to move the mobile armature 11 from its open position to its closed position and a return spring 4 positioned between its fixed yoke 10 and its mobile armature 11 to move the movable armature 11 from its closed position to its open position.
  • the movable member is for example a movable double break bridge carrying two movable contacts 21 movable between two states, an open state and a closed state, according to the position of the movable armature 11 of the actuator 1.
  • the electrical apparatus comprises a pole spring 5 for crushing the movable contacts 21 against the fixed contacts 20 when the movable armature 11 is in the closed position.
  • the invention described below will be able to operate with a simple rupture type mobile member.
  • Figures 1A to 1C show only one pole of the electrical switch device. It should be understood that the invention applies to all the poles of the apparatus.
  • the movable armature 11 is in its closing stroke by injecting a control current into the control coil 3 of the actuator 1.
  • the control current must be sufficient to counter the effort provided. by the return spring 4.
  • the movable contacts 21 are brought to the closed state by the actuator 1 but the pole spring 5 is not biased.
  • the movable armature 11 completes its closing stroke and is kept in its closed position relative to the fixed yoke 10 by injecting a sufficient control current into the control coil 3 of the actuator 1.
  • the return spring 4 is compressed to the maximum between the movable armature 11 and the fixed breech 10.
  • the movable contacts 21 are kept in the closed state and are crushed against the fixed contacts 20 by means of the pole spring 5 which is compressed by means of the actuator 1.
  • the pole springs 5 will be more or less compressed and the force provided by the actuator 1 will be more or less important. Indeed, the less the contacts 20, 21 are worn, the more pole springs 5 are compressed and therefore the force provided by the actuator 1 to compress these springs must be important. Therefore, it is possible to correlate the wear level of the contacts with the force provided by the actuator to compress the pole springs 5.
  • the figure 2 schematically shows the force profile provided by the actuator 1 during the total opening / closing stroke Ct performed by the movable armature 11 relative to the fixed yoke 11.
  • the portion A of the profile of the figure 2 shows the force provided by the actuator 1 to go against the pole springs 5 and thus to crush the movable contacts 21 against the fixed contacts 20.
  • the maximum force provided by the actuator 1 will be different and will be even weaker as the contacts are worn.
  • the force supplied by the actuator 1 becomes weaker since it then consists solely in going against the return spring 4. This effort decreases gradually until the full opening of the contacts.
  • control current which is injected into the control coil 3 when the mobile armature 11 separates from the fixed yoke 10 is therefore representative of the minimum force provided by the actuator 1 to maintain the armature mobile 11 in the closed position and fight against the pole springs 5.
  • the control current measured at this time can be treated to detect the wear of the contacts or to optimize the operation of the device.
  • control means 9 to vary the control current i (t) injected into the control coil 3
  • means 6 to detect the separation of the mobile armature 11 with respect to the breech fixed 10
  • measuring means 7 of the current injected into the coil 3 during the separation of the moving armature 11 relative to the fixed yoke 10 and the processing means 8 of the current i1 measured.
  • the control method can be implemented in the electrical apparatus during a normal opening phase of the contacts or during a phase of maintaining the contacts in the closed position. In the latter situation, it is necessary to open the actuator 1 sufficiently and then to close it immediately before opening the contacts. This operation may for example be performed several times in succession and at regular intervals to enter several current values.
  • the invention thanks to the means defined above, it is therefore a question of progressively lowering the control current i (t) injected into the coil 3 while the moving armature 11 is in the closed position and send a signal Sig to the measuring means 7 to measure the current corresponding to the moment when the moving armature 11 separates from the fixed yoke 10.
  • the force of the actuator 1 controlled by the current level i (t) injected into the coil must be decreased gradually and fast enough not to disturb the operation of the apparatus if the method is implemented during a contact opening phase.
  • the means 6 for detecting the separation of the moving armature 11 with respect to the fixed yoke 10 comprise an electric detection circuit composed of a power source S, a switch, detection means 60 of the opening of the switch and sending a control signal Sig to the measuring means 7 of the current when the switch is open.
  • the detection means 60 of the opening of the switch may comprise for example a resistor and a voltmeter (not shown) for monitoring the voltage across the resistor.
  • a resistor When the voltage across the resistor vanishes, it means that the detection circuit is open and thus the movable armature 11 separates from the fixed yoke 10.
  • the control signal Sig is sent to the means measuring current 7 in the control coil 3.
  • the measured current i1 at the time of receiving the control signal Sig is then processed by the processing means 8.
  • the electrical contact of the switch of the detection electric circuit 6 is formed by the movable armature 11 and the fixed yoke 10.
  • the movable armature 11 is therefore the moving part of the switch of the detection circuit 6 and makes, with the fixed yoke 10, an integral part of the detection circuit 6.
  • the detection circuit 6 is directly connected firstly to the mobile armature 11 and secondly to the fixed yoke 10. When the movable armature 11 is in the closed position, the electrical detection circuit is closed. .
  • an electrical conductor 112 is secured to the movable armature 11 and specific electrical contacts 110 are made at the connection points between the movable armature 11 and the fixed yoke 10 when the movable armature 11 is in the closed position.
  • the detection circuit 6 uses both the movable armature 11 as moving part of the switch but also the return spring 4 as an electrical conductor.
  • the spring 4 is connected to the power source S via a conductive part electrically insulated from the rest of the actuator 1 and for example formed by a copper plate 100 mounted on the fixed yoke of the actuator.
  • the electrical insulation between the copper plate 100 and the fixed yoke 10 of the actuator 1 is for example made by the plastic casing 30 of the control coil 3.
  • the supply source S is thus connected firstly to the fixed yoke 10 of the actuator 1 and secondly to the copper plate 100.
  • the switch 61 inserted in the detection circuit 6 is offset relative to the actuator 1.
  • the switch 61 is for example controllable by magnetic effect.
  • a permanent magnet 101 is placed on the fixed yoke 10 vis-à-vis the switch 61 so as to keep it in the closed state by magnetic effect when the movable armature 11 is in the open position.
  • the movable armature 11 carries a protuberance 111 able to mask the permanent magnet 101 when the movable armature 11 is in the closed position, so as to annihilate the magnetic effect of the permanent magnet 101 on the switch 61 and to cause its opening, for example by mechanical effect.
  • the switch 61 is for example a magnetic micro-switch type MEMS (Micro-Electro Mechanical System). Other configurations using the magnetic effect can be envisaged.
  • the current i1 which is measured by the measuring means 7 may for example be compared by the processing means 8 at different predetermined thresholds recorded in the apparatus to deduce a level therefrom. contact wear or compared to the current measured during the previous operation to follow its evolution. It is also possible to convert the measured current i1 into a percentage of wear and to compare this percentage with different thresholds. Other modes of treatment can of course be considered.
  • the processing means 8 can also determine an optimal control current of maintenance. to apply to the actuator 1.
  • the holding current applied to the actuator 1 is chosen large enough that the movable armature 11 can remain in the closed position regardless of the number of optional additives added to the actuator 1. device, the intensity of the shocks or vibrations experienced by the device or the wear of the device. This current is therefore often chosen more important than necessary to take into account these different situations.
  • the current measured i1 during the separation of the moving armature 11 relative to the fixed yoke 10 can therefore be processed to readjust the holding current and determine an optimum holding current that is adapted to the environment and the configuration of the the device.
  • the current measured during the separation of the mobile armature 11 is for example increased by a determined percentage to ensure that it is sufficient for the maintenance of the armature 11 in the closed position in its environment and in its configuration. Determination of the optimal holding current may be performed at regular intervals to take into account possible additions of additives or environmental change. This functionality can be provided alone in the electrical apparatus or implemented in addition to the wear detection of the contacts. In particular, it makes it possible to optimize the energy consumption of the apparatus by injecting a control current just necessary for maintaining the mobile armature 11 in the closed position.
  • the invention may also be used to detect an uncontrolled opening of the movable armature 11 relative to the fixed yoke 10 and perform an action in response to this opening.
  • the action in response consists in increasing the control current in the coil 3 in order to bring the mobile armature 11 back to the closed position.
  • this functionality can be provided alone in the electrical apparatus or implemented in addition to the wear detection of the contacts and / or the determination of the optimal holding current.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un appareil électrique interrupteur comportant : - un organe mobile portant au moins un contact mobile (21) apte à se déplacer entre deux états, un état ouvert et un état fermé, par rapport à un contact fixe (20) pour commander un circuit électrique, - un actionneur électromagnétique (1) comportant une armature mobile (11) pouvant être mise en mouvement par rapport à une culasse fixe (10) à l'aide d'une bobine de commande (3) alimentée par un courant de commande (i(t)), - des moyens de détection de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10), - des moyens (7) de mesure du courant de commande traversant la bobine (3) de commande lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10), - des moyens de traitement (8) du courant de commande mesuré (i1) en vue de commander l'appareil pour optimiser sa consommation d'énergie ou d'effectuer un diagnostic de l'appareil.

Description

  • La présente invention se rapporte à un appareil électrique interrupteur et à un procédé de commande mis en oeuvre dans l'appareil électrique interrupteur. Le procédé de commande mis en oeuvre dans l'appareil électrique interrupteur permet notamment de surveiller l'état d'usure des pastilles de contact et d'optimiser le fonctionnement de l'appareil.
  • Pour rappel, un appareil électrique interrupteur de type contacteur, par exemple de type tripolaire, comporte un actionneur électromagnétique doté d'une bobine de commande, d'une culasse fixe et d'une armature mobile. Lorsqu'un courant suffisant est injecté dans la bobine de commande, l'armature mobile se déplace en direction de la culasse fixe en allant à l'encontre d'un ressort de rappel. L'appareil comporte en outre un organe mobile mis en mouvement par l'actionneur et portant pour chaque pôle au moins un contact mobile apte à se déplacer par rapport à un contact fixe entre un état ouvert et un état fermé grâce à l'actionneur. A l'état fermé, chaque contact mobile est écrasé contre le contact fixe correspondant à l'aide d'un ressort de pôle.
  • Il est connu du brevet EP0694937B1 un procédé pour estimer la durée de vie résiduelle des contacts fixe et mobile d'un appareil de commutation de type contacteur. Ce procédé consiste à utiliser la corrélation entre la modification de la pression entre les contacts pendant l'opération d'ouverture et la durée de vie résiduelle de l'appareil de commutation. Pour cela le brevet consiste à mesurer le temps qui sépare le début de l'ouverture de l'armature mobile de l'actionneur du début de l'ouverture des contacts, c'est-à-dire le temps de déplacement à l'ouverture de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe, et de le convertir en durée de vie résiduelle des contacts. Le temps mesuré est dépendant de plusieurs paramètres, notamment de la course d'écrasement des contacts mobiles contre les contacts fixes réalisée à l'aide des ressorts de pôle et de la pression de contact exercée grâce au courant injecté dans la bobine. Cette démarche qui s'appuie sur la mesure de ce temps est donc dépendante de beaucoup de paramètres différents, ce qui peut altérer sa fiabilité et compliquer les modes de calcul de la durée de vie résiduelle de l'appareil.
  • Le but de l'invention est de proposer un appareil électrique interrupteur dans lequel il est possible de détecter l'usure des contacts de manière simple et fiable et dont le fonctionnement peut être optimisé pour réduire sa consommation d'énergie.
    Ce but est atteint par un appareil électrique interrupteur comportant :
    • un organe mobile portant au moins un contact mobile apte à se déplacer entre deux états, un état ouvert et un état fermé, par rapport à un contact fixe pour commander un circuit électrique,
    • un actionneur électromagnétique comportant une armature mobile solidaire en mouvement de l'organe mobile et commandée en mouvement entre deux positions, une position d'ouverture et une position de fermeture, par rapport à une culasse fixe à l'aide d'une bobine de commande alimentée par un courant de commande,
    • des moyens de détection de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe,
      ledit appareil comportant également :
    • des moyens de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe,
    • des moyens de traitement du courant de commande mesuré en vue de commander l'appareil pour optimiser sa consommation d'énergie ou d'effectuer un diagnostic de l'appareil.
  • Selon une première particularité, l'appareil comprend des moyens de commande pour faire varier le courant de commande injecté dans la bobine de commande.
  • Selon une autre particularité, les moyens de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe sont mis en oeuvre lors d'une phase de maintien du contact mobile dans son état fermé par rapport au contact fixe. En variante, les moyens de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe peuvent être mis en oeuvre lors d'une phase d'ouverture du contact mobile par rapport au contact fixe.
  • Selon une autre particularité, les moyens de traitement comportent des moyens de détermination d'un niveau d'usure des contacts fixes et mobiles à partir du courant de commande mesuré lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe.
  • Selon une autre particularité, les moyens de traitement comportent des moyens pour déterminer un courant de commande optimal à appliquer à la bobine de commande pour le maintien l'armature mobile en position de fermeture.
  • Selon une autre particularité, les moyens de traitement comportent des moyens pour déterminer un courant de commande à appliquer à la bobine de commande et permettant de ramener l'armature mobile en position de fermeture après une ouverture intempestive de l'armature mobile.
  • Selon une autre particularité, les moyens de détection de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe comportent un circuit électrique de détection composé d'une source d'alimentation, d'un interrupteur commuté lors d'un changement de position de l'armature mobile par rapport la culasse fixe et des moyens de détection de l'état de l'interrupteur et d'envoi d'un signal de commande lorsque l'interrupteur est amené à l'état ouvert.
  • Selon une autre particularité, l'interrupteur est réalisé sur l'actionneur, par contact ou séparation entre l'armature mobile et la culasse fixe de l'actionneur.
  • Selon une autre particularité, l'interrupteur est commandé à distance par effet magnétique à l'aide d'un aimant permanent positionné sur l'actionneur.
  • Selon une autre particularité, l'armature mobile est montée sur un ressort par rapport à la culasse fixe et en ce que le circuit électrique de détection (6) utilise le ressort comme conducteur électrique.
  • Selon une autre particularité, le ressort est monté sur une plaque conductrice connectée au circuit électrique de détection.
  • L'invention concerne également un procédé de commande mis en oeuvre dans un appareil électrique interrupteur, ledit appareil comportant :
    • un organe mobile portant au moins un contact mobile apte à se déplacer entre deux états, un état ouvert et un état fermé, par rapport à un contact fixe pour commander un circuit électrique,
    • un actionneur électromagnétique comportant une armature mobile solidaire en mouvement de l'organe mobile et commandée en mouvement entre deux positions, une position d'ouverture et une position de fermeture, par rapport à une culasse fixe à l'aide d'une bobine de commande alimentée par un courant de commande,
      ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de :
    • détection de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe,
    • mesure du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe,
    • traitement du courant de commande mesuré en vue de commander l'appareil ou d'effectuer un diagnostic de l'appareil.
  • Selon une particularité, le procédé comporte une étape de contrôle du niveau de courant de commande injecté dans la bobine de commande.
  • Selon une autre particularité, l'étape de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe est mise en oeuvre lors d'une phase de maintien du contact mobile dans son état fermé par rapport au contact fixe. En variante, cette étape de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe peut être mise en oeuvre lors d'une phase d'ouverture du contact mobile par rapport au contact fixe.
  • Selon une autre particularité, l'étape de traitement du courant mesuré comporte une étape de détermination d'un niveau d'usure des contacts fixes et mobiles à partir du courant de commande mesuré lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe.
  • Selon une autre particularité, l'étape de traitement du courant mesuré comporte une étape de détermination d'un courant de commande optimal à appliquer à la bobine de commande pour le maintien de l'armature mobile en position de fermeture.
  • Selon une autre particularité, l'étape de traitement comportent une étape de détermination d'un courant de commande à appliquer à la bobine de commande et permettant de ramener l'armature mobile en position de fermeture après une ouverture intempestive de l'armature mobile.
  • D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1A, 1B et 1C illustrent schématiquement le principe de fonctionnement d'un appareil électrique interrupteur de type contacteur,
    • la figure 2 montre schématiquement le profil d'effort suivi par l'actionneur d'un appareil électrique interrupteur de type contacteur,
    • la figure 3 illustre le principe de fonctionnement de l'invention,
    • les figures 4A, 4B et 4C montrent trois modes de réalisation distincts permettant de déterminer le moment de séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe.
  • En référence aux figures 1A à 1C, un appareil électrique interrupteur de type contacteur comporte de manière connue un actionneur 1 de type électromagnétique, un ou plusieurs pôles (par exemple trois pôles pour un contacteur tripolaire) avec, pour chaque pôle, un organe mobile mis en mouvement par l'actionneur, un ou plusieurs contacts mobiles 21 portés par l'organe mobile et un ou plusieurs contacts fixes 20. L'actionneur 1 comporte plus particulièrement une culasse fixe 10 et une armature mobile 11 apte à se déplacer par rapport à la culasse fixe 10 entre deux positions, une position d'ouverture (figure 1A) et une position de fermeture (figure 1C). L'actionneur électromagnétique comporte également une bobine de commande 3 commandée par un courant de commande afin de déplacer l'armature mobile 11 de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture et un ressort de rappel 4 positionné entre sa culasse fixe 10 et son armature mobile 11 pour déplacer l'armature mobile 11 de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture. Sur les figures 1A à 1C, l'organe mobile est par exemple un pont mobile à rupture double portant deux contacts mobiles 21 déplaçables entre deux états, un état ouvert et un état fermé, selon la position de l'armature mobile 11 de l'actionneur 1. Pour chaque pôle, l'appareil électrique comporte un ressort de pôle 5 permettant d'écraser les contacts mobiles 21 contre les contacts fixes 20 lorsque l'armature mobile 11 est en position de fermeture. L'invention décrite ci-dessous pourra fonctionner avec un organe mobile de type à rupture simple.
  • Pour des raisons de simplification, les figures 1A à 1C ne montrent qu'un seul pôle de l'appareil électrique interrupteur. Il faut comprendre que l'invention s'applique pour l'ensemble des pôles de l'appareil.
  • Sur la figure 1A, sous l'effet de l'effort exercé par le ressort de rappel 4, l'armature mobile 11 est en position d'ouverture. Sur chaque pôle, les contacts mobiles 21 sont alors à l'état ouvert.
  • Sur la figure 1 B, l'armature mobile 11 est dans sa course de fermeture par injection d'un courant de commande dans la bobine de commande 3 de l'actionneur 1. Le courant de commande doit être suffisant pour aller à l'encontre de l'effort fourni par le ressort de rappel 4. Sur cette figure, les contacts mobiles 21 sont amenés à l'état fermé grâce à l'actionneur 1 mais le ressort de pôle 5 n'est pas sollicité.
  • Sur la figure 1C, l'armature mobile 11 termine sa course de fermeture et est maintenue dans sa position de fermeture par rapport à la culasse fixe 10 en injectant un courant de commande suffisant dans la bobine de commande 3 de l'actionneur 1. Le ressort de rappel 4 est donc comprimé au maximum entre l'armature mobile 11 et la culasse fixe 10. Sur cette figure 1C, les contacts mobiles 21 sont maintenus à l'état fermé et sont écrasés contre les contacts fixes 20 à l'aide du ressort de pôle 5 qui est comprimé grâce à l'actionneur 1.
  • Selon le niveau d'usure des contacts fixes et mobiles, les ressorts de pôle 5 seront plus ou moins comprimés et l'effort fourni par l'actionneur 1 sera plus ou moins important. En effet, moins les contacts 20, 21 sont usés, plus les ressorts de pôle 5 sont comprimés et donc plus l'effort fourni par l'actionneur 1 pour comprimer ces ressorts doit être important. Par conséquent, il est possible de corréler le niveau d'usure des contacts avec l'effort fourni par l'actionneur pour comprimer les ressorts de pôle 5.
  • La figure 2 montre schématiquement le profil d'effort fourni par l'actionneur 1 lors de la course totale d'ouverture/fermeture Ct effectuée par l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 11. En considérant la course d'ouverture, la portion A du profil de la figure 2 montre l'effort fourni par l'actionneur 1 pour aller à l'encontre des ressorts de pôle 5 et donc pour écraser les contacts mobiles 21 contre les contacts fixes 20. Selon le niveau d'usure des contacts, l'effort maximal fourni par l'actionneur 1 sera différent et sera d'autant plus faible que les contacts sont usés. A l'ouverture, à partir du point X correspondant au moment où les contacts s'ouvrent, l'effort fourni par l'actionneur 1 devient plus faible car il consiste alors uniquement à aller à l'encontre du ressort de rappel 4. Cet effort diminue progressivement jusqu'à l'ouverture complète des contacts.
  • Selon l'invention, le courant de commande qui est injecté dans la bobine de commande 3 lorsque l'armature mobile 11 se sépare de la culasse fixe 10 est donc représentatif de l'effort minimal fourni par l'actionneur 1 pour maintenir l'armature mobile 11 en position fermée et lutter contre les ressorts de pôle 5. Le courant de commande mesuré à ce moment précis peut donc être traité pour détecter l'usure des contacts ou pour optimiser le fonctionnement de l'appareil.
  • Selon l'invention, en référence à la figure 3 il s'agit donc d'utiliser des moyens de commande 9 pour faire varier le courant de commande i(t) injecté dans la bobine de commande 3, des moyens 6 pour détecter la séparation de l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 10, des moyens de mesure 7 du courant injecté dans la bobine 3 lors de la séparation de l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 10 et des moyens de traitement 8 du courant i1 mesuré.
  • Le procédé de commande peut être mis en oeuvre dans l'appareil électrique pendant une phase d'ouverture normale des contacts ou lors d'une phase de maintien des contacts en position fermée. Dans cette dernière situation, il s'agit d'ouvrir l'actionneur 1 suffisamment puis de le refermer immédiatement avant l'ouverture des contacts. Cette opération pourra par exemple être effectuée plusieurs fois successivement et à intervalles réguliers pour saisir plusieurs valeurs de courant.
  • Selon l'invention, grâce aux moyens définis ci-dessus, il s'agit donc de faire baisser progressivement le courant de commande i(t) injecté dans la bobine 3 alors que l'armature mobile 11 est en position de fermeture et d'envoyer un signal Sig aux moyens de mesure 7 pour mesurer le courant correspondant au moment où l'armature mobile 11 se sépare de la culasse fixe 10. L'effort de l'actionneur 1 contrôlé par le niveau de courant i(t) injecté dans la bobine doit être diminué de façon graduelle et de manière suffisamment rapide pour ne pas perturber le fonctionnement de l'appareil si le procédé est mis en oeuvre lors d'une phase d'ouverture de contacts.
  • Selon l'invention, les moyens 6 pour détecter la séparation de l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 10 comportent un circuit électrique de détection composée d'une source d'alimentation S, d'un interrupteur, de moyens de détection 60 de l'ouverture de l'interrupteur et d'envoi d'un signal Sig de commande vers les moyens de mesure 7 du courant lorsque l'interrupteur est ouvert.
  • Les moyens de détection 60 de l'ouverture de l'interrupteur peuvent comporter par exemple une résistance et un voltmètre (non représentés) permettant de surveiller la tension aux bornes de la résistance. Lorsque la tension aux bornes de la résistance s'annule, cela signifie que le circuit de détection est ouvert et donc que l'armature mobile 11 se sépare de la culasse fixe 10. A cet instant, le signal de commande Sig est envoyé aux moyens de mesure 7 du courant dans la bobine de commande 3. Le courant mesuré i1 au moment de la réception du signal de commande Sig est ensuite traité par les moyens de traitement 8.
  • Dans les configurations représentées en figures 3, 4A et 4B, le contact électrique de l'interrupteur du circuit électrique de détection 6 est formé par l'armature mobile 11 et la culasse fixe 10. L'armature mobile 11 est donc la partie mobile de l'interrupteur du circuit de détection 6 et fait, avec la culasse fixe 10, partie intégrante du circuit de détection 6. Lorsque l'armature mobile 11 est en position de fermeture, l'interrupteur est fermé et lorsque l'armature 11 est en position d'ouverture, l'interrupteur est ouvert.
  • Sur la configuration de la figure 3, le circuit de détection 6 est connecté directement d'une part à l'armature mobile 11 et d'autre part à la culasse fixe 10. Lorsque l'armature mobile 11 est en position de fermeture, le circuit électrique de détection est donc fermé.
  • Sur la configuration de la figure 4A, un conducteur électrique 112 est rendu solidaire de l'armature mobile 11 et des contacts électriques 110 spécifiques sont réalisés aux points de connexion entre l'armature mobile 11 et la culasse fixe 10 lorsque l'armature mobile 11 est en position de fermeture.
  • Sur la configuration de la figure 4B, le circuit de détection 6 utilise à la fois l'armature mobile 11 comme partie mobile de l'interrupteur mais également le ressort de rappel 4 comme conducteur électrique. Pour cela, le ressort 4 est connecté à la source d'alimentation S par l'intermédiaire d'une pièce conductrice isolée électriquement du reste de l'actionneur 1 et par exemple formée par une plaque de cuivre 100 montée sur la culasse fixe de l'actionneur. L'isolation électrique entre la plaque de cuivre 100 et la culasse fixe 10 de l'actionneur 1 est par exemple réalisée par la carcasse 30 en plastique de la bobine de commande 3. Sur la figure 4B, la source d'alimentation S est donc connectée d'une part à la culasse fixe 10 de l'actionneur 1 et d'autre part à la plaque de cuivre 100. Lorsque l'armature mobile 11 est en position de fermeture, le circuit électrique de détection est fermé et le courant passe par la plaque de cuivre 100, le ressort de rappel 4, l'armature mobile 11, et la culasse fixe 10.
  • Sur la configuration de la figure 4C, l'interrupteur 61 inséré dans le circuit de détection 6 est déporté par rapport à l'actionneur 1. L'interrupteur 61 est par exemple pilotable par effet magnétique. Un aimant permanent 101 est placé sur la culasse fixe 10 en vis-à-vis de l'interrupteur 61 de manière à le maintenir à l'état fermé par effet magnétique lorsque l'armature mobile 11 est en position d'ouverture. L'armature mobile 11 porte une protubérance 111 susceptible de venir masquer l'aimant permanent 101 lorsque l'armature mobile 11 est en position de fermeture, de manière à annihiler l'effet magnétique de l'aimant permanent 101 sur l'interrupteur 61 et à provoquer son ouverture, par exemple par effet mécanique. L'interrupteur 61 est par exemple un micro-interrupteur magnétique de type MEMS (Micro-Electro Mechanical System). D'autres configurations utilisant l'effet magnétique peuvent être envisagées.
  • Pour déterminer le niveau d'usure des contacts, le courant i1 qui est mesuré par les moyens de mesure 7 pourra par exemple être comparé par les moyens de traitement 8 à différents seuils prédéterminés enregistrés dans l'appareil pour en déduire un niveau d'usure des contacts ou comparé au courant mesuré lors de l'opération précédente afin de suivre son évolution. Il est également possible de convertir le courant mesuré i1 en pourcentage d'usure et de comparer ce pourcentage avec différents seuils. D'autres modes de traitement peuvent bien entendu être envisagés.
  • Selon l'invention, grâce à la mesure du courant par les moyens de mesure 7 lors de la séparation de l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 10, les moyens de traitement 8 peuvent également déterminer un courant de commande optimal de maintien à appliquer à l'actionneur 1. Habituellement, le courant de maintien appliqué à l'actionneur 1 est choisi suffisamment important pour que l'armature mobile 11 puisse rester en position de fermeture quel que soit le nombre d'additifs optionnels ajouté sur l'appareil, l'intensité des chocs ou vibrations subis par l'appareil ou l'usure de l'appareil. Ce courant est donc très souvent choisi plus important que nécessaire pour pouvoir tenir compte de ces différentes situations. Le courant mesuré i1 lors de la séparation de l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 10 peut donc être traité pour réajuster le courant de maintien et déterminer un courant de maintien optimal qui soit adapté à l'environnement et à la configuration de l'appareil. Le courant mesuré lors de la séparation de l'armature mobile 11 est par exemple augmenté d'un pourcentage déterminé permettant de s'assurer qu'il est suffisant pour le maintien de l'armature mobile 11 en position de fermeture dans son environnement et dans sa configuration. La détermination du courant de maintien optimal pourra être effectuée à intervalles réguliers pour tenir compte d'éventuels ajouts d'additifs ou de changement d'environnement. Cette fonctionnalité peut être prévue seule dans l'appareil électrique ou mise en oeuvre en complément de la détection d'usure des contacts. Elle permet notamment d'optimiser la consommation d'énergie de l'appareil en injectant un courant de commande juste nécessaire pour le maintien de l'armature mobile 11 en position de fermeture.
  • L'invention pourra également être employée pour détecter une ouverture non contrôlée de l'armature mobile 11 par rapport à la culasse fixe 10 et réaliser une action en réponse à cette ouverture. L'action en réponse consiste à augmenter le courant de commande dans la bobine 3 afin de ramener l'armature mobile 11 en position fermée. De même cette fonctionnalité peut être prévue seule dans l'appareil électrique ou mise en oeuvre en complément de la détection d'usure des contacts et/ou de la détermination du courant de maintien optimal.
  • Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims (19)

  1. Appareil électrique interrupteur comportant :
    - un organe mobile portant au moins un contact mobile (21) apte à se déplacer entre deux états, un état ouvert et un état fermé, par rapport à un contact fixe (20) pour commander un circuit électrique,
    - un actionneur électromagnétique (1) comportant une armature mobile (11) solidaire en mouvement de l'organe mobile et commandée en mouvement entre deux positions, une position d'ouverture et une position de fermeture, par rapport à une culasse fixe (10) à l'aide d'une bobine de commande (3) alimentée par un courant de commande (i(t)),
    - des moyens de détection de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10),
    ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte :
    - des moyens (7) de mesure du courant de commande traversant la bobine (3) de commande lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10),
    - des moyens de traitement (8) du courant de commande mesuré (i1) en vue de commander l'appareil pour optimiser sa consommation d'énergie ou d'effectuer un diagnostic de l'appareil.
  2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (9) pour faire varier le courant de commande (i(t)) injecté dans la bobine de commande (3).
  3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure (7) du courant de commande (i(t)) traversant la bobine de commande (3) lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10) sont mis en oeuvre lors d'une phase de maintien du contact mobile (21) dans son état fermé par rapport au contact fixe (10).
  4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure (7) du courant de commande traversant la bobine de commande lors de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe sont mis en oeuvre lors d'une phase d'ouverture du contact mobile (21) par rapport au contact fixe (20).
  5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de traitement (8) comportent des moyens de détermination d'un niveau d'usure des contacts fixes et mobiles à partir du courant de commande mesuré (i1) lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10).
  6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement (8) comportent des moyens pour déterminer un courant de commande optimal à appliquer à la bobine de commande (3) pour le maintien l'armature mobile (11) en position de fermeture.
  7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de traitement (8) comportent des moyens pour déterminer un courant de commande à appliquer à la bobine de commande et permettant de ramener l'armature mobile (11) en position de fermeture après une ouverture intempestive de l'armature mobile (11).
  8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de détection de la séparation de l'armature mobile par rapport à la culasse fixe comportent un circuit électrique de détection (6) composé d'une source d'alimentation (S), d'un interrupteur commuté lors d'un changement de position de l'armature mobile (11) par rapport la culasse fixe (10) et des moyens de détection (60) de l'état de l'interrupteur et d'envoi d'un signal de commande (Sig) lorsque l'interrupteur est amené à l'état ouvert.
  9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'interrupteur est réalisé sur l'actionneur (1), par contact ou séparation entre l'armature mobile (11) et la culasse fixe (10) de l'actionneur (1).
  10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'interrupteur est commandé à distance par effet magnétique à l'aide d'un aimant permanent (101) positionné sur l'actionneur (1).
  11. Appareil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'armature mobile (11) est montée sur un ressort (4) par rapport à la culasse fixe (10) et en ce que le circuit électrique de détection (6) utilise le ressort (4) comme conducteur électrique.
  12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le ressort est monté sur une plaque conductrice connectée au circuit électrique de détection.
  13. Procédé de commande mis en oeuvre dans un appareil électrique interrupteur, ledit appareil comportant :
    - un organe mobile portant au moins un contact mobile (21) apte à se déplacer entre deux états, un état ouvert et un état fermé, par rapport à un contact fixe (20) pour commander un circuit électrique,
    - un actionneur électromagnétique (1) comportant une armature mobile (11) solidaire en mouvement de l'organe mobile et commandée en mouvement entre deux positions, une position d'ouverture et une position de fermeture, par rapport à une culasse fixe (10) à l'aide d'une bobine de commande (3) alimentée par un courant de commande (i(t)),
    ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de :
    - détection de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10),
    - mesure du courant de commande (i(t)) traversant la bobine de commande (3) lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10),
    - traitement du courant de commande mesuré (i1) en vue de commander l'appareil ou d'effectuer un diagnostic de l'appareil.
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de contrôle du niveau de courant de commande injecté dans la bobine de commande (3).
  15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'étape de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande (3) lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10) est mise en oeuvre lors d'une phase de maintien du contact mobile (21) dans son état fermé par rapport au contact fixe (20).
  16. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'étape de mesure du courant de commande traversant la bobine de commande (3) lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10) est mise en oeuvre lors d'une phase d'ouverture du contact mobile (21) par rapport au contact fixe (20).
  17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que l'étape de traitement du courant mesuré comporte une étape de détermination d'un niveau d'usure des contacts fixes (20) et mobiles (21) à partir du courant de commande mesuré (i1) lors de la séparation de l'armature mobile (11) par rapport à la culasse fixe (10).
  18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que l'étape de traitement du courant mesuré (i1) comporte une étape de détermination d'un courant de commande optimal à appliquer à la bobine de commande (3) pour le maintien de l'armature mobile (11) en position de fermeture.
  19. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que l'étape de traitement comportent une étape de détermination d'un courant de commande à appliquer à la bobine de commande et permettant de ramener l'armature mobile (11) en position de fermeture après une ouverture intempestive de l'armature mobile (11).
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