EP3161850A1 - Déclencheur magnétothermique - Google Patents

Déclencheur magnétothermique

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EP3161850A1 EP15748274.6A EP15748274A EP3161850A1 EP 3161850 A1 EP3161850 A1 EP 3161850A1 EP 15748274 A EP15748274 A EP 15748274A EP 3161850 A1 EP3161850 A1 EP 3161850A1
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Abstract

Déclencheur magnétothermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur, comportant : - un actionneur magnétique constitué d'un solénoïde (10) placé en série dans le circuit, entourant un noyau fixe et un noyau mobile et entraînant le noyau mobile entre deux positions matérialisant deux états respectivement inactif et actif de l'actionneur en cas de court-circuit; - un actionneur thermique comportant un bilame (21) déformable en matériau thermosensible apte à passer d'une forme initiale à une forme finale matérialisant deux états respectivement inactif et actif de l'actionneur sous l'effet de l'échauffement généré dans l'actionneur thermique en cas de surcharge; et comprenant également des moyens d'augmentation de l'impédance du circuit. Ce déclencheur est caractérisé en ce que lesdits moyens d'augmentation de l'impédance du circuit consistent en une armature (1) magnétique raccordée en série avec la voie de courant du déclencheur entre le solénoïde (10) et le bilame (21).

Description

Déclencheur magnétothermique
La présente invention a trait à un déclencheur magnétothermique en général, plus particulièrement destiné à un appareil électrique notamment du type disjoncteur, et conçu pour assurer la protection par ouverture d'au moins une ligne électrique en cas de défaut entraînant une élévation soit rapide du courant, par exemple suite à un court-circuit, soit lente en cas de surcharge dans le circuit.
L'invention concerne également les appareils électriques qui sont munis d'un tel déclencheur magnétothermique.
Un déclencheur magnétothermique comporte classiquement, comme cela est connu du document FR 2 943 455, un circuit magnétique à palette mobile pivotant par rapport à une armature fixe formant le reste du circuit magnétique, ladite armature étant à section en U et entourant un bilame thermique électriquement relié à une borne de l'appareil, des moyens de rappel maintenant la palette en position ouverte par rapport à l'armature en l'absence de courant de court-circuit. En cas de court- circuit, le courant est suffisant pour que la force magnétique induite dans le circuit magnétique provoque un déplacement de la palette mobile, à rencontre des moyens de rappel, permettant le déclenchement de la serrure de l'appareil, et donc l'ouverture des contacts principaux de l'appareil.
Cet agencement classique fonctionne bien lorsque les courants de court-circuit en jeu sont suffisamment importants, de l'ordre de quelques centaines ou milliers d'ampères, pour faire fonctionner le déclencheur magnétothermique .
Dans le cas d'un disjoncteur devant fonctionner à des courants de court-circuit faibles, de l'ordre de quelques dizaines ou centaines d'ampères, le déclencheur magnétique comporte classiquement un solénoïde dont il est possible de faire varier le nombre de spires pour augmenter/diminuer la longueur du solénoïde en fonction du courant de court-circuit qu'il doit supporter, et pour permettre de régler facilement le nombre d'ampères/tour en fonction du courant nominal.
Ce type de déclencheur magnétique est constitué d'un ensemble noyau fixe / noyau mobile en translation dans une armature magnétique actionné magnétiquement sous l'effet du solénoïde parcouru par le courant de court-circuit, ledit noyau mobile entraînant un moyen mécanique apte à actionner une barre de déclenchement pour déclencher la serrure mécanique du disjoncteur. Le déclencheur thermique reste classiquement un bilame.
Pour supporter les contraintes thermiques importantes lorsque les courants de court-circuit ultime ou de service sont élevés, de l'ordre de plusieurs milliers d'ampères, il est d'usage d'ajouter en série, dans la voie de courant, des résistances qui permettent d'augmenter l'impédance totale du disjoncteur et de limiter le courant le traversant en cas de court-circuit. Or, ces résistances sont consommatrices de volumes, et leur intégration dans les appareils actuels compacts est problématique.
Une autre solution de l'art antérieur consiste à combiner l'impédance du déclencheur magnétothermique avec celle d'autres pièces du disjoncteur contribuant à augmenter l'impédance, par exemple la chambre de coupure avec les contacts fixes et mobiles. L'impédance totale du disjoncteur permet alors de limiter le courant de court-circuit, mais ne permet pas un déclenchement magnétique à des courants de court-circuit faibles.
L'objectif de la présente invention est de concevoir un déclencheur magnétothermique, apte à assurer ses fonctions de déclenchement magnétique et thermique dans un appareil devant déclencher à des courants de court-circuit faibles, avec une impédance suffisante pour résister aux courants de court-circuit ultime ou de service, et miniaturisé pour pouvoir être intégré dans les appareils compacts de dernière génération.
Le déclencheur magnétothermique selon l'invention comporte, de façon classique :
- un actionneur magnétique constitué d'un solénoïde placé en série dans le circuit, entourant un noyau fixe et un noyau mobile et entraînant le noyau mobile entre deux positions matérialisant deux états respectivement inactif et actif de Γ actionneur en cas de court-circuit ;
- un actionneur thermique comportant un bilame déformable en matériau thermosensible apte à passer d'une forme initiale à une forme finale matérialisant deux états respectivement inactif et actif de Γ actionneur sous l'effet de réchauffement généré dans Γ actionneur thermique en cas de surcharge.
Ce déclencheur magnétothermique comprend également des moyens d'augmentation de l'impédance du circuit, qui consistent en une armature magnétique raccordée en série avec la voie de courant du déclencheur entre le solénoïde et le bilame.
L'idée principale de cette invention consiste à augmenter l'impédance du déclencheur au moyen d'une seule pièce, en jouant sur ses dimensions, son positionnement au sein du déclencheur, son agencement avec les autres pièces du déclencheur, et enfin sa matière.
L'armature est une pièce classiquement utilisée dans les déclencheurs magnétiques à palette mobile. Une telle armature est réutilisée dans le déclencheur magnétique de l'invention qui, en l'occurrence, ne fonctionne pas avec une palette mobile, mais avec un noyau mobile. L'armature est une pièce métallique qui peut prendre de nombreuses formes, et donc s'intégrer facilement dans un déclencheur, contrairement à des résistances supplémentaires qui sont en plus dans la voie de courant et qui requièrent un volume supplémentaire.
En l'espèce, ladite armature entoure le solénoïde en formant une boucle autour du solénoïde, et est raccordée en partie supérieure au solénoïde et en partie inférieure au bilame. La forme de l'armature est donc prévue pour épouser au mieux la forme extérieure du solénoïde, et ainsi encombrer au minimum l'espace disponible au sein de l'appareil.
Le fait que l'armature soit raccordée sur la voie de courant au niveau de ses deux extrémités, signifie que le courant la traverse entièrement. Or, plus le courant a de chemin à parcourir dans le circuit, plus le courant de court-circuit sera atténué par l'augmentation de l'impédance de ce circuit. L'architecture choisie de l'armature permet donc de maximiser la longueur de la voie de courant tout en minimisant l'encombrement total.
Il est aussi possible d'augmenter l'impédance du déclencheur en choisissant une matière très résistive pour l'armature. L'inox est utilisé pour obtenir une grande impédance, et l'acier est utilisé pour une faible impédance par exemple, mais l'utilisation d'autres matériaux est possible.
Selon une configuration possible, la partie supérieure de l'armature comporte une face supérieure de laquelle dépasse une languette de raccordement au solénoïde. La partie inférieure de l'armature comporte une patte de raccordement au bilame localisée sous, à distance de, et orientée perpendiculairement à une face inférieure de l'armature, et rattachée à une prolongation d'une face latérale de l'armature. Plus précisément, l'armature forme une boucle d'allure rectangulaire à quatre faces, ladite prolongation de l'une des faces latérales pour le rattachement de la patte étant localisée au niveau d'un premier angle de la boucle, et ladite languette dépasse de l'armature au niveau d'un second angle de la boucle opposé au premier angle. La languette et la patte sont ainsi disposées sur l'armature de manière à être éloignées au maximum l'une par rapport à l'autre, pour que le courant ait un maximum de chemin à parcourir dans l'armature. Le courant qui arrive par la languette se divise dans les deux branches de la boucle, et se rejoint au niveau de la patte.
De préférence, la patte de l'armature est dotée d'orifices de fixation au bilame, et forme un L avec ladite prolongation de la face latérale de l'armature. Cette forme permet d'orienter le bilame de manière à ce que son sens de déflexion soit perpendiculaire à la barre de déclenchement.
Selon l'invention, la voie de courant au sein du déclencheur chemine successivement par une borne d'entrée du déclencheur, le solénoïde, l'armature, le bilame, une tresse, et une borne de sortie du déclencheur. La tresse est soit reliée directement au bilame, soit via un support intermédiaire pouvant également être choisi dans une matière très résistive, pour augmenter l'impédance. L'utilisation d'une tresse flexible permet la déflexion du bilame pour actionner la barre de déclenchement.
Plus précisément, la borne d'entrée est reliée à une première extrémité du solénoïde, la seconde extrémité du solénoïde étant reliée à la languette de l'armature, la patte de l'armature étant raccordée au pied du bilame, la tresse reliant la tête du bilame à la borne de sortie.
L'invention concerne également un appareil électrique de protection de ligne, du type disjoncteur, comportant un déclencheur magnétothermique tel que décrit précédemment.
Le déclencheur magnétothermique selon l'invention, avec une armature en O, un solénoïde et un noyau, a un encombrement équivalent à un déclencheur magnétothermique classique pour des courants de court- circuit plus élevés, avec une culasse magnétique en U associée à une palette mobile. Cela signifie qu'un même disjoncteur peut contenir au choix, soit un déclencheur selon l'invention utilisé pour des courants de court-circuit faibles, soit un déclencheur classique utilisé pour des courants de court- circuit élevés.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe du déclencheur magnéto thermique selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective du déclencheur magnéto thermique selon l'invention ;
- la figure 3 illustre l'armature magnétique ;
- la figure 4 montre plus précisément l'agencement entre l'armature et le solénoïde en vue de coupe ;
- la figure 5 représente le chemin pris par le courant au sein du déclencheur magnétothermique ;
- les figures 6 et 7 montrent l'intégration du déclencheur magnétothermique au sein d'un appareil du type disjoncteur.
Le déclencheur magnétothermique tel qu'illustré aux figures 1 et 2 se compose d'un actionneur thermique comportant un bilame (21) réagissant à une élévation de température, ainsi qu'un actionneur magnétique comportant classiquement un solénoïde (10) entourant un noyau fixe (13) et un noyau mobile (14). Le noyau mobile (14) est guidé en translation dans une chemise en matière isolante (15), se situe contre le noyau fixe (13) en fonctionnement normal, et est entraîné à distance du noyau fixe (13) via un champ magnétique engendré par le solénoïde (10) lors de l'apparition d'un court-circuit.
A ce déclencheur magnétothermique classique est ajoutée une armature magnétique (1) qui vient envelopper au moins partiellement le solénoïde (10). Cette armature magnétique (1) est représentée plus précisément en figure 3. La partie principale de l'armature (1) forme une boucle d'allure rectangulaire à quatre faces (5, 4, 9, 8). Une languette (2) s'étend depuis la face supérieure (4) de l'armature (1) au niveau d'un angle (37), tandis qu'une patte (3) se développe sous la face inférieure (8) de l'armature (1). Cette patte (3) est rattachée à la boucle de l'armature (1) via une prolongation (6) d'une face latérale (5) de l'armature (1) se développant au niveau d'un autre angle (36), diamétralement opposé à l'angle (37) de la boucle. La patte (3) s'étend ainsi perpendiculairement à la fois à la prolongation (6) et à la face inférieure (8) de l'armature, et est espacée de la face inférieure (8). Elle comprend deux orifices (7) lui permettant d'être fixée à une partie du déclencheur, en l'occurrence le bilame (21).
En figure 4, cette armature magnétique (1) est illustrée avec la présence du solénoïde (10). Ce dernier a une forme préférentiellement rectangulaire afin de minimiser sa dimension en profondeur pour laisser une place suffisante pour le bilame (21) localisé juste derrière.
Concrètement, l'armature (1) est une pièce qui a été rajoutée de manière à augmenter la longueur de la voie de courant. Cette voie de courant est illustrée en figure 5 notamment. Les flèches en gras illustrent le cheminement du courant dans le déclencheur magnéto thermique. En effet, le courant entre dans le déclencheur via la borne d'entrée (19) dont l'une des branches (20) est soudée à une première extrémité (11) du solénoïde (10). Le courant entre alors dans le solénoïde (10), le parcourt entièrement jusqu'à sa deuxième extrémité (12) qui est, quant à elle, soudée à la languette (2) de l'armature (1). Le courant entre alors dans l'armature (1) via la languette (2) puis se répartit dans la boucle de l'armature (1) de façon homogène jusqu'à arriver dans la prolongation (6) de la face latérale (5) puis enfin dans la patte (3). Le fait que la patte (3) soit espacée de la boucle de l'armature (1) permet encore d'augmenter le chemin de la voie de courant puisque le courant doit encore circuler dans la prolongation (6) avant d'atteindre la patte (3).
Cette patte (3) est fixée au pied (22) du bilame (21) par deux rivets (24). Le courant passe ainsi de la patte (3) de l'armature (1) vers le bilame (21) puis longe tout le bilame (21), depuis son pied (22), jusqu'à sa tête (23) sur laquelle est fixé un support (25) auquel sont soudées des tresses (26, 27). A l'une de ces tresses (26, 27) est soudée une borne de sortie (28) du déclencheur magnéto thermique. Le courant qui arrive ainsi en tête (23) du bilame (21) passe via la tresse (26) dans la borne de sortie (28).
Cette configuration spécifique du déclencheur magnétothermique permet d'augmenter considérablement le chemin devant être parcouru par le courant. Cette augmentation est permise par l'ajout de l'armature (1) magnétique, ainsi que par l'agencement spécifique du bilame (21) au sein du déclencheur. En effet, le courant passe du pied (22) du bilame (21) jusqu'à la tête (23) du bilame (21), ce qui rajoute de la longueur.
Le déclencheur magnétothermique selon l'invention permet ainsi d'augmenter considérablement l'impédance au sein de l'appareil dans lequel il peut être mis en place. En l'occurrence, il peut s'agir par exemple d'un disjoncteur, comme cela est illustré en figures 6 et 7. En effet, l'armature magnétique (1) ne prend que très peu de place de par sa forme spécifique et son positionnement au sein du déclencheur magnétothermique. Il vient encadrer le solénoïde et comble de manière intelligente l'espace libre d'office entre le solénoïde et les autres composants du déclencheur.
De manière concrète, en cas de court-circuit dans la ligne, l'actionneur magnétique va entraîner le noyau mobile (14) en translation. Ce dernier vient alors actionner un renvoi (16) (voir figures 1 et 2) mobile en rotation sur un axe (17) d'un palier (18) fixé sur la face supérieure (4) de l'armature (1). Ce renvoi (16) entraîne en rotation une barre de déclenchement (29), notamment visible en figure 6, qui actionne une serrure permettant l'ouverture du disjoncteur en cas de court-circuit.
De la même manière, le bilame (21) actionne la même barre de déclenchement en cas de surcharge via la vis de calibration (30) également visible en figure 6. Dans ce cas, la tête du bilame (23) aura tendance à se fléchir jusqu'à venir en appui contre la vis (30).
La figure 7 illustre ainsi un disjoncteur muni du déclencheur magnétothermique selon l'invention. Dans le cas présenté sur cette figure, les contacts fixe (32) et mobile (33) sont fermés dans la chambre de coupure (31). Le courant chemine via les contacts (32, 33) et le pont (35) jusqu'à une liaison (34) fixée à la borne d'entrée (19) du déclencheur magnétothermique .
Les configurations montrées aux figures citées ne sont que des exemples possibles, nullement limitatifs, de l'invention qui englobe au contraire les variantes de formes et de conceptions à la portée de l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Déclencheur magnétothermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur, comportant :
- un actionneur magnétique constitué d'un solénoïde (10) placé en série dans le circuit, entourant un noyau fixe (13) et un noyau mobile (14) et entraînant le noyau mobile (14) entre deux positions matérialisant deux états respectivement inactif et actif de Γ actionneur en cas de court- circuit ;
- un actionneur thermique comportant un bilame (21) déformable en matériau thermosensible apte à passer d'une forme initiale à une forme finale matérialisant deux états respectivement inactif et actif de Γ actionneur sous l'effet de réchauffement généré dans Γ actionneur thermique en cas de surcharge ;
et comprenant également des moyens d'augmentation de l'impédance du circuit,
caractérisé en ce que lesdits moyens d'augmentation de l'impédance du circuit consistent en une armature (1) magnétique raccordée en série avec la voie de courant du déclencheur entre le solénoïde (10) et le bilame (21).
2. Déclencheur magnétothermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite armature (1) entoure le solénoïde (10) en formant une boucle autour du solénoïde (10), et est raccordée en partie supérieure au solénoïde (10) et en partie inférieure au bilame (21).
3. Déclencheur magnétothermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie supérieure de l'armature (1) comporte une face supérieure (4) de laquelle dépasse une languette (2) de raccordement au solénoïde (10).
4. Déclencheur magnétothermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la partie inférieure de l'armature (1) comporte une patte (3) de raccordement au bilame (21) localisée sous, à distance de, et orientée perpendiculairement à une face inférieure (8) de l'armature (1), et rattachée à une prolongation (6) d'une face latérale (5) de l'armature (1).
5. Déclencheur magnéto thermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'armature (1) forme une boucle d'allure rectangulaire à quatre faces (5, 4, 9, 8), ladite prolongation (6) de l'une des faces latérales pour le rattachement de la patte (3) étant localisée au niveau d'un premier angle (36) de la boucle, et ladite languette (2) dépasse de l'armature (1) au niveau d'un second angle (37) de la boucle opposé au premier angle (36).
6. Déclencheur magnéto thermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la patte (3) de l'armature (1) est dotée d'orifices (7) de fixation au bilame (21), et forme un L avec ladite prolongation (6) de la face latérale (5) de l'armature (1).
7. Déclencheur magnéto thermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la voie de courant au sein du déclencheur chemine successivement par une borne d'entrée (19) du déclencheur, le solénoïde (10), l'armature (1), le bilame (21), une tresse (26) et une borne de sortie (28) du déclencheur.
8. Déclencheur magnéto thermique pour appareil électrique de coupure du type disjoncteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la borne d'entrée (19) est reliée à une première extrémité (11) du solénoïde (10), la seconde extrémité (12) du solénoïde (10) étant reliée à la languette (2) de l'armature (1), la patte (3) de l'armature (1) étant raccordée au pied (22) du bilame (21), la tresse (26) reliant la tête (23) du bilame (21) à la borne de sortie (28).
9. Appareil électrique de protection de ligne, du type disjoncteur, comportant un déclencheur magnétothermique selon l'une des revendications précédentes.
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