EP2820658B1 - Actionneur electromagnetique a bobinage externe - Google Patents
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- H01H50/44—Magnetic coils or windings
- H01H2050/446—Details of the insulating support of the coil, e.g. spool, bobbin, former
Definitions
- the present invention relates to an electromagnetic actuator of the differential relay type, and relates to the actuator itself and a method of mounting such an apparatus.
- the actuator of the invention is a high sensitivity device, used in particular in the field of differential protection, when it is considered independently of the mains voltage.
- the actuators or differential relays used in industry or the tertiary sector are of different types in order to be able to meet the standards in force (differential products of type A, AC, G, S, etc.). Now, they are geometrically identical, ie the parts constituting them are the same, with the exception of the coil, whose number of turns and the section of the wire are adapted to each type of relay mentioned above. . In practice, there are at least two different types of relay that serve different purposes.
- this coil which constitutes and in fact makes it possible to vary the impedance of the relay, which is therefore different from one type of relay to another if the coils are distinct in terms of the number of turns and the wire section, which can go from an order of value ranging from about 1 ⁇ for low impedance relays to a more conventional value of about 40 ⁇ chosen in most calibres and triggering sensitivities, and likely to go up to at high values of the type 2000 ⁇ .
- the operating principle which is well known, is the following: when, for example, a differential-order incident occurs in lines protected by the differential device, generating an induced current in the coil wire, the flux created on this occasion in the magnetic circuit by the coil combines with the flux generated by the permanent magnet.
- the combination of fluxes induced by the magnet on the one hand and by the current appeared in the coil on the other hand destroys the initial mechanical equilibrium and rotates the pallet, attracted in contact with the polar end surfaces of the armature. .
- the displacement of the pallet causes that of a mechanical member, for example a rod adapted to unlock the lock of a differential product placed near the electromagnetic actuator, so that said rod can act on a trigger.
- the coil is the only difference between the different types of relays, so it is a component to choose while mounting the relay.
- the assembly step of the reel intervenes in most cases quite early, that is to say that the selected reel for the product being assembled is assembled during the first phases from stocks of different reels available.
- the device and the method of the invention make possible the unified manufacture of the entire actuator with the exception of the coil, which is added to demand, just in time, at the end of product assembly.
- the electromagnetic actuator according to the invention which essentially comprises a magnetic circuit consisting of a fixed magnetic armature and a pallet movable against a spring and adapted to move a mechanical member of actuation, and an induction coil arranged around a branch of the armature, the assembly being inserted into a housing which exceeds the mechanical member, is characterized in that the housing comprises a through window located inside the magnetic circuit, wherein is wound the coil once the closed housing.
- This window delimited by internal faces of the housing, is located in the vicinity of at least one outer side of said housing, the coil then being wound around a branch of the housing enclosing a portion of the magnetic armature and separating the window of the housing. proximal outer side of the housing.
- the window is in practice entirely delimited by the housing, which is completely closed, having internal faces at the periphery of the window.
- this window may be U-shaped opening into an outer side of the housing, and barred near said side by a bar formed by the housing and surrounding a portion of the magnetic armature.
- the portion of the housing constituting the bar is less thick than the rest of the housing and set back from the adjacent outer side of said housing, and it is a very natural basis for winding a winding.
- the coil may however be wound on a support comprising a sleeve of cylindrical shape surrounding the bar and at least two end flanges.
- the coil support may consist of two parts that can be assembled in a direction parallel to the axis of the sleeve. They are fixed to each other after the bar has been placed between the two half-sleeves.
- the coil support may consist of a single piece of elastic flexible material provided with a radial slot made in the flanges and the sleeve.
- the slot is elastically widened for the passage of the bar, the elasticity of the material then resulting in closing the slot and to imprison the bar.
- the periphery of at least one flange may be toothed. Said support can then be rotated by an external drive gear.
- two adjacent flanges can equip for this purpose one of the ends of the sleeve.
- the wire which is self-fastening to the support by wedging between the two flanges that are located very close to each other.
- one of the ends of the sleeve may protrude from a flange, the axial dimension of the coil being substantially equal to that of the bar.
- the two adjacent flanges of the previous solution are in practice replaced by a flange and an inner wall of the window, the fastener obeying the same principle as above because the end of the protruding sleeve is provided very short and the wall is so very close to the flask.
- the outer face of a flange may be provided with at least one hook, preferably two hooks located symmetrically with respect to the axis of the support, and around which one (s) a first winding on a few turns leads to the same result as before: a fixing of the wire without binding mechanical operation.
- At least one of the flanges may comprise, on its outer face, a metal pellet. This is then used for welding the end of a wire to be wound.
- the support is rotated by means of at least one flange, actuated by a toothed wheel if it is toothed, or by a friction wheel if it is not .
- the wire required for the coil is wound firstly to the template before being directly on the housing.
- the winding jig is in the form of a coil holder which does not remain on the branch but simply serves to transfer the wire on said branch. Without it, it would be necessary to pass the end of the wire in the window for each tower to perform, which is industrially misguided.
- the housing (1) is arch-shaped with an inverted U-shaped through window (2) and a bar (3) which encloses a portion of the magnetic armature (not visible).
- the housing (1) is completely closed, which means that the inner faces defining the U are closed walls of the housing (1) as well as the outer sides.
- the outer side upper (4) also has the single opening in the housing (1), an orifice (5) for the passage of a rod (6) of the actuator, the mechanical power allows for example to trigger the mechanical lock of a differential electrical device.
- the coil associated with the actuator of the invention is, in this configuration, wound around the bar (3), for example after having placed a coil support (7) as appearing very schematically in figure 2 .
- Such a coil carrier (7) consists of two parts (8, 8 '), formed in this case symmetrically in a possible configuration, assembled on either side of the bar (3).
- the fixing of a portion (8, 8 ') to the other (8', 8) can be carried out in practice without additional elements, by simple interlocking studs or pins protruding from one of the parts (8, 8 ') and forcing into holes in the other part (8', 8).
- the support (7) When the coil support (7) is installed, an end of the winding wire is fixed thereto, then the support (7) is rotated around the bar (3) so that the coil is created gradually, turns after turn obtained. for each complete revolution of the spool support (7). From a dimensional point of view, the length of the support (7), from one end flange (9) to the other (9 '), and the transverse dimensions of the channel delimited by the central sleeve (10) are provided such that the coil support (7) is free to rotate around the bar (3).
- the above example should not be considered exhaustive of the invention, which instead comprises a set of variants of shapes and configurations such as the doubling of one of the flanges (9, 9 ') for fixing one end of the winding wire, the production of a support (7) in one piece provided with a radial slot in a visible configuration in figure 2 if the dashed portions (11) were solid extensions of the support (7) according to the first version, unsymmetrical portions (8, 8 ') etc.
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Description
- La présente invention a trait à un actionneur électromagnétique du type relais différentiel, et concerne l'actionneur proprement dit ainsi qu'un procédé de montage d'un tel appareil. L'actionneur de l'invention est un dispositif à haute sensibilité, utilisé notamment dans le domaine de la protection différentielle, lorsque celle-ci est envisagée indépendamment de la tension secteur.
- Dans ce cadre, les actionneurs ou relais différentiels utilisés dans l'industrie ou le tertiaire sont de différents types pour pouvoir répondre aux normes en vigueur (produits différentiels de type A, AC, G, S etc). Or, ils sont géométriquement identiques, c'est à dire que les pièces les constituant sont les mêmes, à l'exception de la bobine, dont le nombre de spire et la section du fil sont adaptés à chaque type de relais mentionné ci-dessus. Il existe en pratique au moins deux types de relais différents obéissant à des usages distincts.
- Ce type d'actionneur électromagnétique, connu par exemple des documents
EP 1 643 526 etDE 3 531 051 , comprend en fait classiquement : - une armature magnétique fixe, en général en forme de U, dont les extrémités des deux jambages constituent deux surfaces polaires coplanaires ;
- une palette en matériau magnétique apte à pivoter entre deux positions respectivement à distance, c'est à dire laissant subsister un entrefer avec l'armature et, en position armée du déclencheur, au contact desdites surfaces polaires, fermant ainsi le circuit magnétique constitué par ladite armature et ladite palette, le point de rotation de la palette se situant au voisinage immédiat de l'extrémité de l'un des jambages de l'armature ;
- un aimant permanent de polarisation du circuit magnétique, disposé entre les jambages de l'armature et créant une force magnétique permanente d'attraction de la palette vers les surfaces polaires, force magnétique qui s'exerce à l'encontre d'une force de rappel d'un ressort ;
- une bobine d'induction entourant le circuit magnétique, reliée par exemple à un circuit à contrôler, en vue de modifier l'équilibre initial entre la force magnétique et la force de rappel du ressort.
- C'est cette bobine qui constitue et permet en réalité de faire varier l'impédance du relais, qui est par conséquent différente d'un type de relais à l'autre si les bobines sont distinctes en termes de nombre de spires et de section du fil, pouvant passer d'un ordre de valeur allant d'environ 1Ω pour les relais à faible impédance à une valeur plus classique d'environ 40 Ω choisie dans la plupart des calibres et sensibilités de déclenchement, et susceptible d'aller jusqu'à des valeurs élevées du type 2000 Ω.
- Le principe de fonctionnement, bien connu, est le suivant : lorsque par exemple un incident d'ordre différentiel survient dans des lignes protégées par le dispositif différentiel, générant un courant induit dans le fil de la bobine, le flux créé à cette occasion dans le circuit magnétique par la bobine se combine au flux généré par l'aimant permanent. La combinaison des flux induits par l'aimant d'une part et par le courant apparu dans la bobine d'autre part détruit l'équilibre mécanique initial et fait pivoter la palette, attirée au contact des surfaces polaires d'extrémité de l'armature. Le déplacement de la palette entraine celui d'un organe mécanique, par exemple une tige apte à déverrouiller la serrure d'un produit différentiel placé à proximité de l'actionneur électromagnétique, de telle sorte que ladite tige puisse agir sur un déclencheur.
- La bobine étant l'unique différence entre les différents types de relais, elle constitue jusqu'ici un composant à choisir pendant le montage du relais. Dans les chaînes d'assemblage dans l'industrie, l'étape de montage de la bobine intervient dans la plupart des cas assez tôt, c'est à dire que la bobine sélectionnée pour le produit en cours d'assemblage est montée au cours des premières phases à partir de stocks des différentes bobines disponibles.
- Pour répondre au mieux aux demandes du marché, il faut alors obligatoirement produire les différents types de relais afin de les avoir toujours tous en stock. Cela n'est ni judicieux en termes de fabrication, ni de stockage, avec toutes les incidences financières négatives que ces opérations recèlent.
- Pour résoudre ce problème, et simplifier dans le même temps l'industrialisation desdits relais, le dispositif et le procédé de l'invention rendent possible la fabrication unifiée de la totalité de l'actionneur à l'exception de la bobine, qui est ajoutée à la demande, en flux tendu, en fin de montage du produit.
- En d'autre termes, l'actionneur électromagnétique selon l'invention, qui comporte essentiellement un circuit magnétique constitué d'une armature magnétique fixe et d'une palette mobile à l'encontre d'un ressort et apte à déplacer un organe mécanique d'actionnement, et une bobine d'induction disposée autour d'une branche de l'armature, l'ensemble étant inséré dans un boîtier dont dépasse l'organe mécanique, se caractérise en ce que le boîtier comporte une fenêtre traversante localisée à l'intérieur du circuit magnétique, dans laquelle est enroulée la bobine une fois le boîtier fermé.
- Cette fenêtre, délimitée par des faces internes du boîtier, est localisée au voisinage d'au moins un côté extérieur dudit boîtier, la bobine étant alors enroulée autour d'une branche du boîtier renfermant une portion de l'armature magnétique et séparant la fenêtre du côté extérieur proximal du boîtier.
- La fenêtre est en pratique entièrement délimitée par le boîtier, lequel est complètement fermé, présentant des faces internes à la périphérie de la fenêtre.
- Selon une configuration possible, cette fenêtre peut être en U débouchant dans un côté extérieur du boîtier, et barrée à proximité dudit côté par un barreau formé par le boîtier et entourant une portion de l'armature magnétique. Dans ce cas, la partie du boîtier constituant le barreau est moins épaisse que le reste du boîtier et située en retrait par rapport au côté extérieur adjacent dudit boîtier, et elle constitue une base très naturelle pour bobiner un enroulement.
- Selon une possibilité, la bobine peut cependant être enroulée sur un support comprenant un manchon d'allure cylindrique entourant le barreau et au moins deux flasques d'extrémité.
- Pour pouvoir disposer la bobine sur le barreau, le support de bobine peut être constitué de deux pièces assemblables dans une direction d'allure parallèle à l'axe du manchon. Elles sont fixées l'une à l'autre après que le barreau ait été placé entre les deux demi-manchons.
- Alternativement, le support de bobine peut être constitué d'une seule pièce en matériau flexible élastique munie d'une fente radiale pratiquée dans les flasques et le manchon. Dans ce cas, la fente est élastiquement élargie pour le passage du barreau, l'élasticité du matériau aboutissant ensuite à refermer la fente et à emprisonner le barreau.
- En vue d'imprimer une rotation au support de bobine pour le bobinage de la bobine, la périphérie d'au moins un flasque peut être dentée. Ledit support peut alors être entraîné en rotation par une roue dentée motrice extérieure.
- Préalablement à toute rotation, il importe cependant de fixer l'extrémité du fil à bobiner au support de bobine. Selon une possibilité, deux flasques adjacents peuvent équiper à cet effet l'une des extrémités du manchon. On enroule alors sur quelques tours le fil, qui s'autofixe au support par coincement entre les deux flasques qui sont situés très proches l'un de l'autre.
- Alternativement, l'une des extrémités du manchon peut dépasser d'un flasque, la dimension axiale de la bobine étant sensiblement égale à celle du barreau. Dans ce cas, les deux flasques adjacents de la solution précédente sont en pratique remplacés par un flasque et une paroi interne de la fenêtre, la fixation obéissant au même principe que précédemment car l'extrémité du manchon dépassant est prévue très courte et la paroi est donc très proche du flasque.
- Selon encore une alternative possible, la face extérieure d'un flasque peut être muni d'au moins un crochet, de préférence de deux crochets situés symétriquement par rapport à l'axe du support, et autour du(des)quel(s) un premier bobinage sur quelques tours aboutit au même résultat qu'auparavant : une fixation du fil sans opération mécanique contraignante.
- Enfin, toujours dans le même but, l'un au moins des flasques peut comporter, sur sa face extérieure, une pastille métallique. Celle-ci est alors utilisée pour le soudage de l'extrémité d'un fil à bobiner.
- L'invention concerne par ailleurs un procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique obéissant aux caractéristiques précédentes, qui comporte à titre essentiel les étapes suivantes :
- assemblage de l'armature, la palette, le ressort et l'organe mécanique à l'intérieur du boîtier ;
- fermeture du boîtier ;
- enroulement de la bobine à travers la fenêtre du boîtier.
- On a noté auparavant l'importance de reléguer en dernier lieu l'installation de la bobine, ce qui n'est possible que parce que le boîtier est prévu à cet effet, c'est-à-dire en pratique doté d'une fenêtre intérieure traversante.
- Dans le cas où l'actionneur de l'invention comporte un support de bobine, le procédé est plus précisément le suivant :
- après la fermeture du boîtier, un support de bobine est mis en place autour d'une branche du boîtier séparant la fenêtre et un côté extérieur du boîtier ;
- un fil conducteur est fixé audit support ; et
- ledit support est mis en rotation pour réaliser le bobinage.
- En pratique, comme cela a été évoqué auparavant, le support est mis en rotation au moyen d'au moins un flasque, actionné par une roue dentée s'il est denté, ou par une roue à friction s'il ne l'est pas.
- Dans la variante selon laquelle il n'y a pas de support de bobine, qui est également possible, il est nécessaire de recourir à un gabarit de bobinage qui sert à bobiner le fil directement sur la branche, et le procédé comporte alors les étapes suivantes :
- après la fermeture du boîtier, un gabarit de bobinage est mis en place autour d'une branche du boîtier séparant la fenêtre et un côté extérieur du boîtier ;
- un fil conducteur est fixé audit gabarit ;
- ledit gabarit est mis en rotation pour bobiner la longueur de fil nécessaire à la bobine ; puis dans un second temps
- le fil est simultanément débobiné du gabarit et bobiné autour de la branche du boîtier séparant la fenêtre et le côté extérieur proximal du boîtier ; et
- le gabarit est retiré de la branche.
- Dans ce cas, le fil nécessaire à la bobine est donc bobiné dans un premier temps au gabarit avant de l'être directement sur le boîtier. En pratique, le gabarit de bobinage se présente sous la forme d'un support de bobine qui ne reste pas sur la branche mais sert simplement à transférer le fil sur ladite branche. Sans lui, il faudrait faire passer l'extrémité du fil dans la fenêtre pour chaque tour à effectuer, ce qui est industriellement peu judicieux.
- D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels :
- la
figure 1 représente en vue perspective un actionneur dont la bobine est montée selon les critères de l'invention ; et - la
figure 2 montre de manière schématique un exemple de support de bobine en deux parties. - En référence à la
figure 1 , le boîtier (1) est en forme d'arche avec une fenêtre traversante (2) en U inversé et un barreau (3) qui enclot une portion de l'armature magnétique (non visible). Le boîtier (1) est totalement fermé, ce qui signifie que les faces internes délimitant le U sont des parois fermées du boîtier (1) au même titre que les côtés extérieurs. Le côté extérieur supérieur (4) comporte d'ailleurs l'unique ouverture pratiquée dans le boîtier (1), un orifice (5) permettant le passage d'une tige (6) de l'actionneur, dont la puissance mécanique permet par exemple de faire déclencher la serrure mécanique d'un appareil électrique différentiel. - La bobine associée à l'actionneur de l'invention est, dans cette configuration, enroulée autour du barreau (3), par exemple après y avoir placé un support de bobine (7) tel qu'apparaissant très schématiquement en
figure 2 . - Un tel support de bobine (7) est constitué de deux parties (8, 8'), formées en l'espèce symétriquement selon une configuration possible, assemblables de part et d'autre du barreau (3). La fixation d'une partie (8, 8') à l'autre (8', 8) peut s'effectuer en pratique sans éléments additionnels, par simple emboîtement de plots ou picots dépassant de l'une des parties (8, 8') et s'ajustant à force dans des orifices de l'autre partie (8', 8).
- Lorsque le support de bobine (7) est installé, une extrémité du fil à bobiner y est fixée, puis le support (7) est mis en rotation autour du barreau (3) de sorte que la bobine se crée progressivement, spire après spire obtenue pour chaque tour complet du support de bobine (7). D'un point de vue dimensionnel, la longueur du support (7), d'un flasque d'extrémité (9) à l'autre (9'), et les dimensions transversales du canal délimité par le manchon central (10) sont prévus tels que le support de bobine (7) soit libre en rotation autour du barreau (3).
- Bien entendu, l'exemple ci-dessus ne doit pas être considéré comme exhaustif de l'invention, qui comporte au contraire un ensemble de variantes de formes et de configurations telles que le doublement de l'un des flasques (9, 9') pour réaliser la fixation d'une extrémité du fil à bobiner, la réalisation d'un support (7) en une pièce munie d'une fente radiale selon une configuration visible en
figure 2 si les parties en pointillées (11) étaient des prolongements solides du support (7) selon la première version, des parties (8, 8') non symétriques etc...
Claims (15)
- Actionneur électromagnétique comportant un circuit magnétique constitué :- d'une armature magnétique fixe présentant au moins une surface polaire ;- d'une palette mobile à l'encontre d'un ressort et apte à déplacer un organe mécanique d'actionnement (6) ;- et d'un aimant permanent de polarisation du circuit magnétique créant une force magnétique permanente d'attraction de la palette vers la surface polaire de l'armature ;et une bobine d'induction disposée autour d'une branche de l'armature, l'ensemble étant inséré dans un boîtier (1) dont dépasse l'organe mécanique (6), caractérisé en ce que le boîtier (1) comporte une fenêtre traversante (2) localisée à l'intérieur du circuit magnétique, dans laquelle est enroulée la bobine une fois le boîtier (1) fermé.
- Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite fenêtre (2), délimitée par des faces internes du boîtier (1), est localisée au voisinage d'au moins un côté extérieur dudit boîtier (1), la bobine étant enroulée autour d'une branche (3) du boîtier (1) renfermant une portion de l'armature magnétique et séparant la fenêtre (2) du côté extérieur proximal du boîtier (1).
- Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fenêtre (2) est en U débouchant dans un côté extérieur du boîtier (1), et barrée à proximité dudit côté par un barreau (3) formé par le boîtier (1) et entourant une portion de l'armature magnétique.
- Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bobine est enroulée sur un support (7) comprenant un manchon (10) d'allure cylindrique entourant le barreau (3) et au moins deux flasques d'extrémité (9, 9').
- Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support de bobine (7) est constitué de deux pièces (8, 8') assemblables dans une direction d'allure parallèle à l'axe du manchon (10).
- Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support de bobine (7) est constitué d'une seule pièce en matériau flexible élastique munie d'une fente radiale pratiquée dans les flasques (9, 9') et le manchon (10).
- Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la périphérie d'au moins un flasque (9, 9') est dentée.
- Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que deux flasques adjacents équipent l'une des extrémités du manchon (10).
- Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'une des extrémités du manchon (10) dépasse d'un flasque (9, 9'), la dimension axiale de la bobine étant sensiblement égale à celle du barreau (3).
- Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la face extérieure d'un flasque (9, 9') est muni d'au moins un crochet.
- Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'un au moins des flasques (9, 9') comporte, sur sa face extérieure, une pastille métallique.
- Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon les revendications précédentes caractérisé par les étapes suivantes :- Assemblage de l'armature, la palette, le ressort et l'organe mécanique (6) à l'intérieur du boîtier ;- Fermeture du boîtier (1) ;- Enroulement de la bobine à travers la fenêtre du boîtier (1).
- Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que :- après la fermeture du boîtier (1), un support de bobine (7) est mis en place autour d'une branche (3) du boîtier (1) séparant la fenêtre (2) et un côté extérieur du boîtier (1) ;- un fil conducteur est fixé audit support (7) ; et- ledit support (7) est mis en rotation pour réaliser le bobinage.
- Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (7) est mis en rotation au moyen d'au moins un flasque (9, 9'), actionné par une roue dentée s'il est denté, ou par une roue à friction.
- Procédé de fabrication d'un actionneur électromagnétique selon la revendication 12, caractérisé en ce que :- après la fermeture du boîtier (1), un gabarit de bobinage est mis en place autour d'une branche (3) du boîtier (1) séparant la fenêtre (2) et un côté extérieur du boîtier (1) ;- un fil conducteur est fixé audit gabarit ;- ledit gabarit est mis en rotation pour bobiner la longueur de fil nécessaire à la bobine ; puis dans un second temps- le fil est simultanément débobiné du gabarit et bobiné autour de la branche (3) du boîtier (1) séparant la fenêtre (2) et le côté extérieur proximal du boîtier (1) ; et- le gabarit est retiré de la branche (3).
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