EP4661050A1 - Déclencheur électromagnétique à haute sensibilité polarisé pour un appareillage électrique de protection et appareillage électrique de protection associé - Google Patents

Déclencheur électromagnétique à haute sensibilité polarisé pour un appareillage électrique de protection et appareillage électrique de protection associé

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Publication number
EP4661050A1
EP4661050A1 EP24315317.8A EP24315317A EP4661050A1 EP 4661050 A1 EP4661050 A1 EP 4661050A1 EP 24315317 A EP24315317 A EP 24315317A EP 4661050 A1 EP4661050 A1 EP 4661050A1
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EP
European Patent Office
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armature
arm
electromagnetic
magnet
electromagnetic trigger
Prior art date
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Pending
Application number
EP24315317.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Vincent BOITEUX
Bastien DOLISY
Stéphane RENAUDIN
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Hager Electro SAS
Original Assignee
Hager Electro SAS
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Publication date
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Application filed by Hager Electro SAS filed Critical Hager Electro SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01H51/06—Armature is movable between two limit positions of rest and is moved in one direction due to energisation of an electromagnet and after the electromagnet is de-energised is returned by energy stored during the movement in the first direction, e.g. by using a spring, by using a permanent magnet, by gravity

Definitions

  • the invention relates to the field of polarized high sensitivity electromagnetic trip units for electrical protection equipment and the field of electrical protection equipment fitted with such polarized high sensitivity electromagnetic trip units, in particular of the differential protection type.
  • the electromagnetic trip unit also commonly called a relay, is an essential component of the differential function. It connects the electronic circuit of the differential function, which, along with a measuring toroid, detects differential faults, to the mechanical part consisting of the mechanical lock and the electrical contacts that perform the breaking.
  • An electromagnetic trip unit generally consists of a magnetic circuit, most often in two parts: a fixed part and a moving part, a permanent magnet, a spring, and a coil that can be powered by an external electronic circuit.
  • the choice of the electromagnetic trip unit's magnetic structure must meet very stringent specifications, requiring compact dimensions to optimize its integration into electrical protection equipment, electrical characteristics enabling robust and compact differential functions, immunity to electromagnetic and climatic environments, and mechanical stability. To allow for cost-effective industrialization, the electromagnetic trip unit's structure must also optimize the use of high-quality magnetic materials and reduce the number of assembly steps.
  • the measuring toroid, the electronic circuit, and the high-sensitivity polarized electromagnetic trigger are usually sized to meet regulatory specifications related to personal protection and also volumetric constraints to allow integration into the platforms of Electrical protection devices are becoming increasingly compact.
  • the key to this compactness lies particularly in the size of the electromagnetic trip unit, its power, and its stability. Indeed, an electromagnetic trip unit that provides stable triggering at a low power level allows the use of a small measuring toroid.
  • a saturated shunt-type electromagnetic trip unit comprises a coil and an armature, preferably made of magnetic material.
  • the armature is a single piece with a first pole face and a second pole face, and is U-shaped.
  • a first arm has the first pole face, and a second arm has the second pole face.
  • the second arm is surrounded by the coil.
  • a magnet is attached to the armature, most often at a junction between the first and second arms.
  • a movable paddle is pivotally mounted relative to the single armature piece at a pivot joint around a pivot point located on the first pole face.
  • the electromagnetic trip unit also includes a return element coupled to the movable paddle.
  • This type of saturated shunt electromagnetic trigger offers the advantage of a very simple magnetic structure with a single armature. This results in simplified manufacturing and satisfactory robustness. However, it has the disadvantage of being rather bulky.
  • the document EP0829896A2 This describes a magnetic trip unit for a residual current circuit breaker, comprising a magnetic circuit powered by a permanent magnet with a U-shaped armature and a pivoting pivoting armature at a pivoting edge, and a spring element designed to actuate the pivoting armature in the opposite direction to a force generated by the permanent magnet.
  • the spring element is a torsion spring with its winding axis aligned with the pivoting edge.
  • the armature comprises two V-shaped armature plates, and the permanent magnet is formed like a prism. As a result, the volume of the magnet and the thickness of the electromagnetic trigger are greater compared to the solutions described previously.
  • This type of electromagnetic shunt air gap trigger has the disadvantage of offering a two-part armature which is complex to industrialize, particularly due to the management of the air gap between the two armature pieces.
  • the present invention aims to overcome at least one of these drawbacks and seeks to propose a new high-sensitivity electromagnetic trigger structure with a small volume compared to the prior art known which makes it possible to meet the compactness constraints.
  • the invention relates to an electromagnetic trigger according to claim 1.
  • the invention also relates to an electrical protection device according to claim 11.
  • This configuration maximizes the use of magnetic forces in the air gaps between the first/second polar faces 4, 5 and the moving paddle 9 by separating the pivot joint 10 from the first polar face 4.
  • This increases the distance between the first polar face 4 and the pivot point P, thereby increasing the torque proportionally to the lever arm.
  • the size of the magnetic circuit can be reduced, and consequently, the electromagnetic trigger can be more compact.
  • the pivot joint 10 is no longer subjected to a magnetic field because it is made of a harder, non-magnetic material that better withstands endurance tests. This results in greater robustness. Industrialization is also improved since the single armature piece 3 eliminates the need for assembly operations, particularly welding, unlike a prior art electromagnetic trigger with an armature made of two pieces separated by an air gap and joined by welding.
  • Adding a non-magnetic pivot joint 10 or offset hinge to the structure with a single armature 2 with a saturated shunt allows the magnetic and mechanical functions to be decoupled.
  • adding the pivot joint 10 allows the pivot point to be offset, increasing the lever arm and thus, at the same torque, reducing the attractive forces between the moving contact 9 and the armature 2 at the pole faces 4 and 5. This allows the size of the magnetic circuit to be reduced, and therefore the overall volume of the relay.
  • the single reinforcement piece 3 includes an additional portion of reinforcement 14 which extends the first arm 6 at least in a second direction D2 called horizontal and being perpendicular to the first direction D1 and opposite the second arm 7, the additional portion of reinforcement 14 supporting the pivot joint 10 and being disposed under the pivot point P.
  • the addition of the additional portion of reinforcement 14 by the extension of the first arm 6 makes it possible to move the pivot joint 10 and the pivot point P away from the first polar face 4, without having to add an additional part separate from the first arm 6. This results in a simplification of industrialization.
  • the additional portion of the armature 14 is made of magnetic material and has a notch 15 into which the magnet 8 is inserted.
  • the additional armature section 14 allows the magnet 8 to be integrated into the single armature piece 3, which also allows the magnetic field of the magnet 8 to be diverted into the additional armature section 14.
  • the notch 15 has the advantage of being easy to manufacture, for example, by a cutting operation or similar process.
  • the single armature piece 3 has the advantage of eliminating the need for assembly operations, particularly welding.
  • the pivot point P is located above the magnet 8 and at a distance from the first polar face 4.
  • the magnet 8 and the notch 15 extend longitudinally along the second direction D2 and the inlet 15a of the notch 15 is opposite the first and second arms 6, 7.
  • this arrangement facilitates the insertion of the magnet 8 and consequently the manufacture of the electromagnetic trigger.
  • the notch 15 includes a longitudinal slot 16 extending longitudinally in the second direction D2 in which the magnet 8 is totally housed, the magnet 8 preferably having a parallelepiped shape, preferably rectangular, and the longitudinal slot 16 is extended by a through hole 17, preferably circular or triangular.
  • the electromagnetic trigger further comprises a first breech and a second breech 19 resting respectively on the first external face and the second external face 21 of the additional portion of armature 14, which cover at least the magnet 8 inserted in the notch 15.
  • this arrangement improves performance, particularly the stability of the electromagnetic trigger.
  • the difference in torque between the magnetic and the magnetic shunt in the configuration with the shunt can reach 20%, compared to 10% in the version without the shunt.
  • Adding magnetic shunts on either side of magnet 8 directs the magnetic flux of magnet 8 into the saturated shunt, thus optimizing the magnetic circuit seen by coil 1. This increases the difference between the torque at zero current and the torque at the moment the relay is triggered. This parameter is commonly referred to as the difference between the torque at zero current and the torque at the moment the relay is triggered.
  • the electromagnetic release includes at least one hinge support 22 mounted on the additional armature portion 14 and the hinge support 22 including a first coupling end 23 coupled to the first end 12 of the return element 11 and a second coupling end 24 coupled directly or indirectly to the movable pallet 9.
  • the additional reinforcement portion 14 also supports the hinge support 22 to which the return element 11 extending along the first direction D1 is coupled.
  • the return element 11 can be coupled to the reinforcement 2.
  • the electromagnetic trigger preferably has a thickness between 7 and 9 millimeters.
  • the return element 11 is arranged longitudinally along a first direction D1 called vertical substantially parallel to the first arm 6.
  • the return element 11 can have a tolerance angle between 0 degrees and 10 degrees with respect to the first direction D1 in this case also the return element 11 is considered to extend along the first direction D1 called vertical, this angle being considered small.
  • the return element 11 extends along the first direction D1, called vertical, substantially parallel to the first arm 6, which allows the mobile pallet 9 to be pressed against the first and second polar faces 4, 5 of the frame 2 in the closed position while creating an opening torque for the mobile pallet 9.
  • the return element 11 is preferably a tension spring.
  • the reinforcement 2 consists of a single piece of reinforcement 3.
  • the single reinforcement piece 3 is preferably formed from at least one plate.
  • the single armature piece 3 has a U-shape with the first arm 6 and the second arm 7 which are joined by a connecting segment 25.
  • the first arm 6 has the first polar face 4.
  • the second arm 7 is surrounded by the coil 1 and has the second polar face 5.
  • the first polar face 4 and the second polar face 5 are preferentially coplanar.
  • the magnet 8 is permanent and is made of a ferromagnetic material for example an AINiCo alloy, or ferrite.
  • Magnet 8 preferably has the shape of a rectangular parallelepiped or a truncated pyramid with a square or rectangular base (not shown) or cylindrical base (not shown) or prism (not shown).
  • the magnetization direction of magnet 8 can be: in the vertical direction, i.e. along the first direction D1, or in the vertical direction, i.e. in a direction perpendicular to the first and second directions D1, D2.
  • the mobile pallet 9 is mounted to pivot relative to the reinforcement 2 at the pivot joint 10 around a pivot point P.
  • the pivot joint 10 is fixed to the first arm 6 of the single reinforcement piece 3, preferably via the additional reinforcement portion 14, and is offset relative to the first arm 6.
  • the pivot joint 10 preferably includes a third face 26 relative to which the movable pallet 9 pivots.
  • the first polar face 4, second polar face 5, and third face 26 are preferably coplanar.
  • the pivot joint 10 is made of non-magnetic material, for example Inconel NiCr.
  • the pivot joint preferably has a parallelepiped shape.
  • the pivot joint 10 rests on an upper face 27 of the additional portion of reinforcement 14 and is aligned with the ends 28, 29 of the first and second arms 6, 7.
  • the movable paddle 9 is in contact with the first polar face 4, the second polar face 5 and the third face 26 so as to close the magnetic circuit comprising said armature 2 and the movable paddle 9.
  • the movable paddle 9 is pivoted and is at a distance from the first polar face 5, and the second polar face 6.
  • the mobile pallet 9 for example, has the shape of a bar with a rectangular or square section, preferably straight.
  • the movable pallet 9 can be covered by a sheet 30 at its end resting on the third face 26.
  • the movable pallet 9 is coupled indirectly or directly to the return element 11 preferably at this end.
  • the return element 11 is preferably coupled indirectly by the first end 11 to the frame 2 via the hinge support 22.
  • the return element 11 is coupled directly by the second end 13 to the movable pallet 9 or the return element 11 is coupled indirectly by the second end 13 to the movable pallet 9 via the sheet 30.
  • the return element 11 is arranged longitudinally along the first direction D1 which is said to be vertical.
  • the additional portion of reinforcement 14 is part of the single reinforcement piece 3.
  • the additional portion of reinforcement 14 is of
  • the additional reinforcement portion 14 is preferably planar and formed in the plate of the single reinforcement piece 3.
  • the additional reinforcement portion 14 is preferably in the same plane as the first arm 6.
  • the additional reinforcement portion 14 forms an extension of the first arm 6 in this plane.
  • the additional reinforcement portion 14 extends on the side opposite the second arm 7 lengthwise along the second direction D2 perpendicular to the first direction D1 and extends vertically along the first direction D1.
  • the height h2 of the additional portion 14 is less than the height h1 of the first arm 6, so that the end 28 of the first arm 6, which carries the first polar face 4, protrudes beyond the upper face 27 of the additional portion 14.
  • the pivot joint 10 has a height substantially equal to that of the end 28 of the first arm 6, which carries the first polar face 4.
  • the additional armature portion 14 preferably incorporates the magnet 8 in the notch 15.
  • the additional armature portion 14 further comprises an end face 31 which is opposite the first and second arms 6, 7 and which includes the inlet 15a of the notch 15.
  • the notch 15 extends longitudinally in the second direction D2 and has a length l2 greater than or equal to the length l1 of the additional armature portion 14.
  • the notch 15 may extend into the first arm 6.
  • the height h3 of the notch 15 extends along the first direction D1 and corresponds to a portion of the height h2 of the additional armature portion 14.
  • the notch 15 is located approximately in the middle of the additional armature portion 14.
  • the notch 15 can be a longitudinal slot 16 substantially median and which has a shape complementary to that of the magnet 8.
  • the through hole 17 is preferably located on the additional portion of reinforcement 14 and on the first arm 6, and predominantly at the level of the additional portion of reinforcement 14.
  • the first and second breechblocks 19 are optional.
  • the first and second breechblocks 19 preferably cover the magnet 8 inserted in the notch 15 and preferably the through hole 17.
  • the first cylinder head is preferably in the form of a flat plate.
  • the second breechblock 19 is preferably in the form of a flat plate.
  • the armature 2, the first breechblock and second breechblock 19 and the movable pallet 9 are made of magnetic materials with high permeability, such as FeNi or iron.
  • the hinge support 22 is preferably fixed to the additional portion of the frame 14 at the end face 31
  • the hinge support 22 is preferably a plate with a U-shaped cutout forming the second coupling end 24 and a portion bent perpendicular to the plate or a hook forming the first coupling end 23.
  • THE figures 1 to 4 illustrate the electromagnetic trigger in the first embodiment according to the invention. It comprises the coil 1, the armature 2, made of magnetic material, in the form of the single armature piece 3, the movable paddle 9, the return element 11, and the pivot joint 10.
  • the single armature piece 3 has the first polar face 4 and the second polar face 5 and is U-shaped, with the first arm 6 and the second arm 7 joined by the connecting segment 25.
  • the second arm 6 is surrounded by said coil 1.
  • the first arm 6 and the second arm 7 extend longitudinally along a first direction D1.
  • the magnet 8 is integrated into the single armature piece 3.
  • the pivot joint 10, made of non-magnetic material, is fixed to the first arm 6 of the single armature piece 3 via the additional armature portion 14, which is part of the single armature piece 3 and offset from the first arm 6 so that the pivot point P is at a distance from the first and second polar faces 4 and 5.
  • the notch 15 is median and takes the form of the longitudinal slot 16, which terminates in the circular through hole 17 that overlaps the first arm 6.
  • the magnet 8, which is inserted into the longitudinal slot 16, has the shape of a parallelepiped bar. The direction the magnetization of magnet 8 is in the vertical direction, that is to say along the first direction D1.
  • the diagram illustrates the electromagnetic trigger in the second embodiment according to the invention.
  • the notch 15 is central and takes the form of the longitudinal slot 16, which terminates in the triangular through hole 17, with the apex of the triangle overlapping the first arm 6.
  • the magnet 8, which is inserted into the longitudinal slot 16, is parallelepiped-shaped.
  • the electromagnetic trigger is provided with the first and second breechblocks 19 in the form of flat plates that cover both the magnet 8 and the notch 15.
  • the magnetization direction of the magnet 8 is along the depth, that is, in a direction perpendicular to the first and second directions D1, D2.
  • the invention also relates to an electrical protection device comprising an electromagnetic trigger, characterized in that the electromagnetic trigger is according to the invention.
  • Differential electrical equipment can be, for example, of the type of differential circuit breaker called RCBO, differential switch called RCCB, differential block called AOB.

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Abstract

L'invention concerne un déclencheur électromagnétique comportant une bobine (1), une armature (2), comportant une unique pièce d'armature (3) comportant une première face polaire (4) et une deuxième face polaire (5) et présentant une forme de U, un aimant (8), une palette mobile (9) montée pivotante par rapport à l'unique pièce d'armature (3) au niveau d'une liaison pivot (10) autour d'un point de pivotement, un élément de rappel (11) comportant une première extrémité (12) couplée à l'armature (2) et une deuxième extrémité (13) couplée à la palette mobile (9), caractérisé en ce que la liaison pivot (10) en matériau amagnétique est fixée au premier bras (6) de l'unique pièce d'armature (3) et est déportée par rapport au premier bras (6) de sorte que le point de pivotement soit à distance des première et deuxième faces polaires (4, 5).

Description

  • L'invention concerne le domaine des déclencheurs électromagnétiques à haute sensibilité polarisés pour un appareillage électrique de protection et le domaine des appareillages électriques de protection munis de tels déclencheurs électromagnétiques à haute sensibilité polarisés, notamment de type protection différentielle.
  • Le déclencheur électromagnétique également appelé communément relais est un élément essentiel de la fonction différentielle. Il permet de faire le lien entre le circuit électronique de la fonction différentielle, lequel permettant avec un tore de mesure la détection de défauts différentiels, et la partie mécanique constituée de la serrure mécanique et des contacts électriques permettant la coupure. Un déclencheur électromagnétique est généralement constitué d'un circuit magnétique, le plus souvent en deux parties, une partie fixe et une partie mobile, d'un aimant permanent, d'un ressort et d'un bobinage pouvant être alimenté par un circuit électronique externe. Le choix de la structure magnétique du déclencheur électromagnétique doit répondre à un cahier des charges très sévère demandant des dimensions compactes pour optimiser son intégration dans un appareillage électrique de protection, des caractéristiques électriques permettant de réaliser des fonctions différentielles robustes et compactes, de l'immunité à l'environnement électromagnétique et climatique et de la stabilité mécanique. Pour permettre son industrialisation à des coûts compétitifs, la structure du déclencheur électromagnétique doit également optimiser l'utilisation des matériaux magnétiques nobles et réduire le nombre d'étapes du procédé d'assemblage.
  • Le tore de mesure, le circuit électronique et le déclencheur électromagnétique haute sensibilité polarisé sont habituellement dimensionnés pour satisfaire des spécifications normatives liées à la protection des personnes et également des contraintes volumiques pour pouvoir être intégrés dans les plateformes des appareillages électriques de protection qui sont de plus en plus compacts. La clé de cette compacité réside notamment dans le volume du déclencheur électromagnétique, sa puissance et sa stabilité. En effet, un déclencheur électromagnétique permettant un déclenchement stable à une faible valeur de puissance permettra l'utilisation d'un tore de mesure de petite taille.
  • L'on connaît des déclencheurs électromagnétiques de type shunt saturé pour un appareillage de protection de préférence différentiel. Un déclencheur électromagnétique de type shunt saturé comporte une bobine, une armature, de préférence en matériau magnétique, comportant une unique pièce d'armature comportant une première face polaire et une deuxième face polaire et présentant une forme de U avec un premier bras comportant la première face polaire et un deuxième bras comportant la deuxième face polaire, le deuxième bras étant entouré par ladite bobine. Un aimant est accolé à ladite armature, le plus souvent au niveau d'une jonction entre le premier bras et le deuxième bras. Une palette mobile est montée pivotante par rapport à l'unique pièce d'armature au niveau d'une liaison pivot autour d'un point de pivotement qui est situé au niveau de la première face polaire. Le déclencheur électromagnétique comprend en outre un élément de rappel couplé à la palette mobile.
  • Ce type de déclencheur électromagnétique de type shunt saturé présente l'avantage de fournir une structure magnétique très simple avec une unique armature. Il en résulte une simplification de fabrication et une robustesse satisfaisante. Il présente toutefois l'inconvénient d'être peu compact.
  • Le document EP0829896A2 décrit un déclencheur magnétique pour un disjoncteur différentiel, comprenant un circuit magnétique alimenté par un aimant permanent comprenant une armature en forme de U et une palette mobile pivotante au niveau d'un bord de basculement, et un élément de ressort prétendu pour la sollicitation de la palette mobile dans le sens contraire à une force générée par l'aimant permanent. Cette solution présente notamment la particularité que l'élément de ressort est un ressort de torsion avec un axe d'enroulement orienté dans le prolongement du bord de basculement. Cette solution présente l'avantage de réaliser une charnière très efficace, mais au détriment de la compacité. En effet, l'armature comprend deux tôles d'armature qui sont réalisées de façon coudée en forme de V et l'aimant permanent est formé comme un prisme. Il en résulte que, le volume d'aimant et l'épaisseur du déclencheur électromagnétiques sont plus élevés comparativement aux solutions décrites précédemment.
  • Ce type de déclencheur électromagnétique de type shunt entrefer présente le désavantage de proposer une armature en deux parties qui est complexe à industrialiser notamment du fait de la gestion de l'entrefer entre les deux pièces d'armatures.
  • La présente invention a pour but de pallier au moins l'un de ces inconvénients et vise à proposer une nouvelle structure de déclencheur électromagnétique à haute sensibilité présentant un volume faible comparativement à l'art antérieur connu qui permet de répondre aux contraintes de compacité.
  • A cet effet, l'invention concerne un déclencheur électromagnétique selon la revendication 1.
  • L'invention concerne également un appareillage électrique de protection selon la revendication 11.
  • L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à plusieurs modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
    • [Fig. 1] la figure 1 représente une vue en perspective d'un déclencheur électromagnétique dans une première variante de réalisation selon l'invention,
    • [Fig. 2] la figure 2 représente une vue en perspective du déclencheur électromagnétique de la figure 1,
    • [Fig. 3] la figure 3 représente une vue de côté du déclencheur électromagnétique de la figure 1,
    • [Fig. 4] la figure 4 représente une vue de dessus du déclencheur électromagnétique de la figure 1,
    • [Fig. 5] la figure 5 représente une vue en perspective d'un déclencheur électromagnétique dans une deuxième variante de réalisation selon l'invention,
    • [Fig. 6] la figure 6 représente une vue en perspective du déclencheur électromagnétique de la figure 5 ne montrant pas les culasses,
    • [Fig. 7] la figure 7 représente une vue de côté du déclencheur électromagnétique de la figure 6,
    • [Fig. 8] la figure 8 représente une vue de dessus du déclencheur électromagnétique de la figure 6, et
    • [Fig. 9] la figure 9 représente une vue de dessus du déclencheur électromagnétique de la figure 6.
  • Un déclencheur électromagnétique pour un appareillage de protection de préférence différentiel comporte au moins :
    • une bobine 1,
    • une armature 2, de préférence en matériau magnétique, comportant une unique pièce d'armature 3 comportant une première face polaire 4 et une deuxième face polaire 5 et présentant une forme de U avec un premier bras 6 comportant la première face polaire 4 et un deuxième bras 7 comportant la deuxième face polaire 5, le deuxième bras 7 étant entouré par ladite bobine 1, le premier bras 6 et le deuxième bras 7 s'étendant longitudinalement selon une première direction D1,
    • un aimant 8 associé à ladite armature 2,
    • une palette mobile 9 montée pivotante par rapport à l'unique pièce d'armature 3 au niveau d'une liaison pivot 10 autour d'un point de pivotement P,
    • un élément de rappel 11 comportant une première extrémité 12 couplée à l'armature 2 et une deuxième extrémité 13 couplée à la palette mobile 9.
  • Conformément à l'invention, le déclencheur électromagnétique est caractérisé en ce que :
    • la liaison pivot 10 en matériau amagnétique est fixée au premier bras 6 de l'unique pièce d'armature 3 et est déportée par rapport au premier bras 6 de sorte que le point de pivotement P soit à distance des première et deuxième faces polaires 4, 5.
  • Cette configuration permet de maximiser l'utilisation des efforts magnétiques dans les entrefers entre les première/deuxième faces polaires 4, 5 et la palette mobile 9 en séparant la fonction de liaison pivot 10 de la première face polaire 4. Ainsi, la distance entre la première face polaire 4 et le point de pivotement P est augmentée, ce qui permet d'augmenter le couple proportionnellement au bras de levier. La taille du circuit magnétique peut être réduite et par conséquent le déclencheur électromagnétique peut être plus compact. De plus, la liaison pivot 10 n'est plus traversée par un champ magnétique car elle est réalisée dans un matériau amagnétique plus dur qui résiste mieux aux essais d'endurance. Il en résulte une meilleure robustesse. L'industrialisation est par ailleurs améliorée puisque l'unique pièce d'armature 3 présente l'avantage de permettre d'éviter des opérations d'assemblages et notamment de soudure, contrairement à un déclencheur électromagnétique de l'art antérieur comportant une armature en deux pièces séparées par un entrefer et assemblées par soudure. L'ajout d'une liaison pivot 10 ou charnière déportée amagnétique sur la structure avec une unique armature 2 avec shunt saturé permet de découpler la fonction magnétique et la fonction mécanique. Ainsi il est possible d'utiliser un matériau amagnétique avec une très forte dureté comme de l'inconel NiCr qui est 4 fois plus dur que le FeNi (matériau magnétique) et qui rendra le déclencheur électromagnétique plus robuste à l'usure. De plus, l'ajout de la liaison pivot 10 permet de décaler le point de pivot et augmenter le bras de levier et ainsi à iso couple de réduire les efforts d'attraction entre la palette mobile 9 et l'armature 2 au niveau des faces polaires 4, 5. Cela permet de réduire la taille du circuit magnétique et donc le volume total du relais. Cela réduit toutefois aussi le delta de couple (diminution du couple quand la bobine 1 est alimentée) et donc risque de diminuer la stabilité du déclencheur électromagnétique lors de choc et vibration (risque d'ouverture). Une solution pour compenser cet inconvénient est d'ajouter des culasses de part et d'autre de l'aimant 8 pour concentrer le flux magnétique généré par l'aimant 8 et saturer très localement le shunt, comme détaillé ci-après. L'avantage se voit sur le delta de couple / couple de la structure qui permettra de passer de 10-15% sans culasses à 20-25% avec culasses et ainsi augmenter le delta de couple qui compensera la baisse de stabilité induit par l'emploi d'un charnière déportée.
  • De préférence, l'unique pièce d'armature 3comporte une portion additionnelle d'armature 14 qui prolonge le premier bras 6 au moins dans une deuxième direction D2 dite horizontale et étant perpendiculaire à la première direction D1 et à l'opposé du deuxième bras 7, la portion additionnelle d'armature 14 supportant la liaison pivot 10 et étant disposée sous le point de pivotement P.
  • Avantageusement, l'ajout de la portion additionnelle d'armature 14 par le prolongement du premier bras 6 permet d'éloigner la liaison pivot 10 et le point de pivotement P de la première face polaire 4, sans avoir à rajouter de pièce supplémentaire et distincte du premier bras 6. Il en résulte une simplification de l'industrialisation.
  • De préférence, la portion additionnelle d'armature 14 est en matériau magnétique et comporte une encoche 15 dans laquelle est inséré l'aimant 8.
  • Avantageusement, la portion additionnelle d'armature 14 permet en outre d'intégrer l'aimant 8 dans l'unique pièce d'armature 3 qui permet aussi la dérivation du champ magnétique de l'aimant 8 dans la portion additionnelle d'armature 14, ce qui améliore la compacité sans avoir à complexifier l'industrialisation. En effet, l'encoche 15 présente l'avantage d'être aisée à fabriquer par exemple par une opération de découpe ou similaire. L'unique pièce d'armature 3 présente l'avantage de permettre d'éviter des opérations d'assemblages et notamment de soudure. Enfin, dans cette disposition le point de pivotement P est disposé au-dessus de l'aimant 8 et à distance de la première face polaire 4.
  • Préférentiellement, l'aimant 8 et l'encoche 15 s'étendent longitudinalement selon la deuxième direction D2 et l'entrée 15a de l'encoche 15 est à l'opposé des premier et deuxième bras 6, 7.
  • Avantageusement, cette disposition facilite l'insertion de l'aimant 8 et par conséquent la fabrication du déclencheur électromagnétique.
  • De préférence, l'encoche 15 comprend une fente longitudinale 16 s'étendant longitudinalement dans la deuxième direction D2 dans laquelle est logé totalement l'aimant 8, l'aimant 8 présentant de préférence une forme de parallélépipède de préférence rectangle, et la fente longitudinale 16 est prolongée par un trou traversant 17 de préférence circulaire ou triangulaire.
  • De préférence, le déclencheur électromagnétique comprend en outre une première culasse et une deuxième culasse 19 reposant respectivement sur la première face externe et la deuxième face externe 21 de la portion additionnelle d'armature 14, lesquelles recouvrant au moins l'aimant 8 inséré dans l'encoche 15.
  • Avantageusement, cette disposition permet d'améliorer les performances et notamment la stabilité du déclencheur électromagnétique. Le delta couple sur le couple dans la configuration avec culasse peut ainsi atteindre 20% contre 10% dans la version démunie de culasse. L'ajout de culasses magnétiques de part et d'autre de l'aimant 8 permet d'orienter le flux magnétique de l'aimant 8 dans le shunt saturé et ainsi d'optimiser le circuit magnétique vu par la bobine 1. Cela a pour conséquence d'augmenter la différence entre le couple à courant nul et celui au moment du déclenchement du relais. Ce paramètre est communément appelé delta couple sur le couple.
  • De préférence, le déclencheur électromagnétique comprend au moins un support de charnière 22 monté sur la portion additionnelle d'armature 14 et le support de charnière 22 comprenant une première extrémité de couplage 23 couplée à la première extrémité 12 de l'élément de rappel 11 et une deuxième extrémité de couplage 24 couplée directement ou indirectement à la palette mobile 9.
  • Avantageusement, la portion additionnelle d'armature 14 permet en outre de supporter le support de charnière 22 auquel l'élément de rappel 11 s'étendant selon la première direction D1 est couplé. Ainsi l'élément de rappel 11 peut être couplé à l'armature 2.
  • Le déclencheur électromagnétique présente de préférence une épaisseur comprise entre 7 et 9 millimètres.
  • De préférence, l'élément de rappel 11 est disposé longitudinalement selon une première direction D1 dite verticale sensiblement parallèlement au premier bras 6. L'élément de rappel 11 peut avoir un angle de tolérance compris entre 0 degré et 10 degrés par rapport à la première direction D1 dans ce cas aussi l'élément de rappel 11 est considéré comme s'étendant selon la première direction D1 dite verticale, cet angle étant considéré faible.
  • Avantageusement, l'élément de rappel 11 s'étend selon la première direction D1 dite verticale sensiblement parallèle au premier bras 6, ce qui permet d'optimiser le plaquage de la palette mobile 9 sur les première et deuxième faces 4, 5 polaires de l'armature 2 en position fermée tout en créant un couple d'ouverture de la palette mobile 9.
  • L'élément de rappel 11 est de préférence un ressort de traction.
  • L'armature 2 consiste en une unique pièce d'armature 3.
  • L'unique pièce d'armature 3 est de préférence formée à partir d'au moins une plaque.
  • L'unique pièce d'armature 3 présente une forme de U avec le premier bras 6 et le deuxième bras 7 qui sont joints par un segment de jonction 25. Le premier bras 6 comporte la première face polaire 4. Le deuxième bras 7 est entouré par la bobine 1 et comporte la deuxième face polaire 5.
  • La première face polaire 4 et la deuxième face polaire 5 sont préférentiellement coplanaires.
  • De préférence, l'aimant 8 est permanent et est réalisé dans un matériau ferromagnétique par exemple un alliage AINiCo, ou de la ferrite.
  • L'aimant 8 présente de préférence une forme de parallélépipède rectangle ou de pyramide tronquée à base carrée ou rectangle (non représentée) ou cylindrique (non représentée) ou de prisme (non représentée).
  • La direction de magnétisation de l'aimant 8 peut être: dans le sens de la hauteur c'est-à-dire selon la première direction D1 ou dans le sens de la profondeur, c'est-à-dire dans une direction perpendiculaire aux première et deuxième directions D1, D2.
  • La palette mobile 9 est montée pivotante par rapport à l'armature 2 au niveau de la liaison pivot 10 autour d'un point de pivotement P. La liaison pivot 10 est fixée au premier bras 6 de l'unique pièce d'armature 3 de préférence par l'intermédiaire de la portion additionnelle d'armature 14 et est déportée par rapport au premier bras 6
  • La liaison pivot 10 comporte de préférence une troisième face 26 relativement à laquelle la palette mobile 9 pivote. La première face polaire 4, deuxième face polaire 5 et la troisième face 26 sont de préférence coplanaires.
  • La liaison pivot 10 est en matériau amagnétique, par exemple de l'inconel NiCr.
  • La liaison pivot présente de préférence une forme parallélépipédique.
  • La liaison pivot 10 repose sur une face supérieure 27 de la portion additionnelle d'armature 14 et alignée avec les extrémités 28, 29 des premier et deuxième bras 6, 7.
  • Préférentiellement, dans la position non déclenchée du déclencheur électromagnétique, la palette mobile 9 est au contact de la première face polaire 4, de la deuxième face polaire 5 et de la troisième face 26 de sorte à fermer le circuit magnétique comportant ladite armature 2 et la palette mobile 9. Dans la position dite déclenchée ou ouverte illustrée dans les figures, la palette mobile 9 est pivotée et est à distance de la première face polaire 5, et de la deuxième face polaire 6 .
  • La palette mobile 9 présente par exemple la forme d'une barre de section rectangulaire ou carrée de préférence droite.
  • Comme l'illustrent les figures, la palette mobile 9 peut être recouverte par une tôle 30 au niveau de son extrémité en appui sur la troisième face 26. La palette mobile 9 est couplée indirectement ou directement à l'élément de rappel 11 de préférence au niveau de cette extrémité.
  • Comme l'illustrent les figures, l'élément de rappel 11 est couplé de préférence indirectement par la première extrémité 11 à l'armature 2 par l'intermédiaire du support de charnière 22. L'élément de rappel 11 est couplé directement par la deuxième extrémité 13 à la palette mobile 9 ou l'élément de rappel 11 est couplé indirectement par la deuxième extrémité 13 à la palette mobile 9 par l'intermédiaire de la tôle 30. l'élément de rappel 11 est disposé longitudinalement selon la première direction D1 qui est dite verticale.
  • Comme l'illustrent les figures, la portion additionnelle d'armature 14 fait partie de l'unique pièce d'armature 3. La portion additionnelle d'armature 14 est de préférence plane et est formée dans la plaque de l'unique pièce d'armature 3. La portion additionnelle d'armature 14 est de préférence dans le même plan que le premier bras 6. La portion additionnelle d'armature 14 forme un prolongement du premier bras 6 dans ce plan. La portion additionnelle d'armature 14 s'étend du côté opposé au deuxième bras 7 dans le sens de la longueur selon la deuxième direction D2 perpendiculairement à la première direction D1 et s'étend dans le sens de la hauteur selon la première direction D1. La hauteur h2 de la portion additionnelle 14 est inférieure à la hauteur h1 du premier bras 6 de sorte que l'extrémité 28 du premier bras 6 qui porte la première face polaire 4 dépasse de la face supérieure 27 de la portion additionnelle 14. La liaison pivot 10 présente une hauteur sensiblement également à celle de l'extrémité 28 du premier bras 6 qui porte la première face polaire 4.
  • Comme l'illustrent les figures, la portion additionnelle d'armature 14 intègre de préférence l'aimant 8 dans l'encoche 15. La portion additionnelle d'armature 14 comporte en outre une face extrêmale 31 qui est à l'opposé des premier et deuxième bras 6, 7 et qui comporte l'entrée 15a de l'encoche 15. L'encoche 15 s'étend longitudinalement dans la deuxième direction D2 et présente une longueur l2 supérieure ou égale à la longueur l1 de la portion additionnelle d'armature 14. L'encoche 15 peut s'étendre dans le première bras 6. La hauteur h3 de l'encoche 15 s'étend selon la première direction D1 et correspond à une portion de la hauteur h2 de la portion additionnelle d'armature 14. L'encoche 15 est disposée sensiblement au milieu de la portion additionnelle d'armature 14
  • Comme l'illustrent les figures, l'encoche 15 peut être une fente longitudinale 16 sensiblement médiane et qui présente une forme complémentaire à celle de l'aimant 8.
  • Comme l'illustrent les figures, le trou traversant 17 est de préférence situé sur la portion additionnelle d'armature 14 et sur le premier bras 6, et majoritairement au niveau de la portion additionnelle d'armature 14.
  • La première culasse et deuxième culasse 19 sont optionnelles. La première culasse et la deuxième culasse 19 recouvrent de préférence l'aimant 8 inséré dans l'encoche 15 et de préférence le trou traversant 17.
  • La première culasse se présente de préférence sous la forme d'une plaque plane.
  • La deuxième culasse 19 se présente de préférence sous la forme d'une plaque plane.
  • De préférence, l'armature 2, La première culasse et deuxième culasse 19 et la palette mobile 9 sont réalisées dans des matériaux magnétiques à haute perméabilité, comme par exemple du FeNi ou du fer.
  • Le support de charnière 22 est de préférence fixé à la portion additionnelle d'armature 14 au niveau de la face extrémale 31
  • Le support de charnière 22 est de préférence une plaque avec une découpe en forme de U formant la deuxième extrémité de couplage 24 et une portion pliée perpendiculaire à la plaque ou un crochet formant la première extrémité de couplage 23.
  • Les figures 1 à 4 illustrent le déclencheur électromagnétique dans la première variante de réalisation selon l'invention. Il comprend la bobine 1, l'armature 2, en matériau magnétique, sous la forme de l'unique pièce d'armature 3, la palette mobile 9, l'élément de rappel 11 et la liaison pivot 10. L'unique pièce d'armature 3 comporte la première face polaire 4 et la deuxième face polaire 5 et présente une forme de U avec le premier bras 6 et le deuxième bras 7 qui sont joints par le segment de jonction 25. Le deuxième bras 6 est entouré par ladite bobine 1. Le premier bras 6 et le deuxième bras 7 s'étendent longitudinalement selon une première direction D1. L'aimant 8 est intégré dans l'unique pièce d'armature 3. La liaison pivot 10 en matériau amagnétique est fixée au premier bras 6 de l'unique pièce d'armature 3 par l'intermédiaire de la portion additionnelle d'armature 14 qui fait partie de l'unique pièce d'armature 3 et est déportée par rapport au premier bras 6 de sorte que le point de pivotement P, soit à distance des première et deuxième faces polaires 4, 5. Dans cette première variante de réalisation, l'encoche 15 est médiane et se présente sous la forme de la fente longitudinale 16 qui se termine par le trou traversant 17 de forme circulaire qui empiète sur le premier bras 6. L'aimant 8 qui est inséré dans la fente longitudinale 16 présente une forme de barreau parallélépipédique. La direction de magnétisation de l'aimant 8 est dans le sens de la hauteur c'est-à-dire selon la première direction D1.
  • Les figures 5 à 9 illustrent le déclencheur électromagnétique dans la deuxième variante de réalisation selon l'invention. Dans cette deuxième variante de réalisation, l'encoche 15 est médiane et se présente sous la forme de la fente longitudinale 16 qui se termine par le trou traversant 17 de forme triangulaire avec le sommet du triangle qui empiète sur le premier bras 6. L'aimant 8 qui est inséré dans la fente longitudinale 16 présente une forme de barreau parallélépipédique. En outre, le déclencheur électromagnétique est pourvu de la première culasse et deuxième culasse 19 sous la forme de plaques planes qui recouvrent à la fois l'aimant 8 et l'encoche 15. La direction de magnétisation de l'aimant 8 est dans le sens de la profondeur, c'est-à-dire dans une direction perpendiculaire aux première et deuxième directions D1, D2.
  • L'invention concerne également un appareillage électrique de protection comportant un déclencheur électromagnétique, caractérisé en ce que le déclencheur électromagnétique est selon l'invention.
  • L'appareillage électrique différentiel peut être par exemple du type disjoncteur différentiel dit RCBO, interrupteur différentiel dit RCCB, bloc différentiel dit AOB.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (11)

  1. Déclencheur électromagnétique pour un appareillage de protection de préférence différentiel comportant au moins :
    - une bobine (1),
    - une armature (2), de préférence en matériau magnétique, comportant une unique pièce d'armature (3) comportant une première face polaire (4) et une deuxième face polaire (5) et présentant une forme de U avec un premier bras (6) comportant la première face polaire (4) et un deuxième bras (7) comportant la deuxième face polaire (5), le deuxième bras (7) étant entouré par ladite bobine (1), le premier bras (6) et le deuxième bras (7) s'étendant longitudinalement selon une première direction (D1),
    - un aimant (8) associé à ladite armature (2),
    - une palette mobile (9) montée pivotante par rapport à l'unique pièce d'armature (3) au niveau d'une liaison pivot (10) autour d'un point de pivotement (P),
    - un élément de rappel (11) comportant une première extrémité (12) couplée à l'armature (2) et une deuxième extrémité (13) couplée à la palette mobile (9), le déclencheur électromagnétique est caractérisé en ce que :
    - la liaison pivot (10) en matériau amagnétique est fixée au premier bras (6) de l'unique pièce d'armature (3) et est déportée par rapport au premier bras (6) de sorte que le point de pivotement (P) soit à distance des première et deuxième faces polaires (4, 5).
  2. Déclencheur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unique pièce d'armature (3)comporte une portion additionnelle d'armature (14) qui prolonge le premier bras (6) au moins dans une deuxième direction (D2) dite horizontale et étant perpendiculaire à la première direction (D1) et à l'opposé du deuxième bras (7), la portion additionnelle d'armature (14) supportant la liaison pivot (10) et étant disposée sous le point de pivotement (P).
  3. Déclencheur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion additionnelle d'armature (14) est en matériau magnétique et comporte une encoche (15) dans laquelle est inséré l'aimant (8).
  4. Déclencheur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que l'aimant (8) et l'encoche (15) s'étendent longitudinalement selon la deuxième direction (D2) et en ce que l'entrée (15a) de l'encoche (15) est à l'opposé des premier et deuxième bras (6, 7).
  5. Déclencheur électromagnétique selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'encoche (15) comprend une fente longitudinale (16) s'étendant longitudinalement dans la deuxième direction (D2) dans laquelle est logé totalement l'aimant (8), l'aimant (8) présentant de préférence une forme de parallélépipède de préférence rectangle, et en ce que la fente longitudinale (16) est prolongée par un trou traversant (17) de préférence circulaire ou triangulaire.
  6. Déclencheur électromagnétique selon les revendications 3 et 4 ou selon la revendication 5, caractérisé en qu'il comprend en outre une première culasse et une deuxième culasse (19) reposant respectivement sur la première face externe et la deuxième face externe (21) de la portion additionnelle d'armature (14), lesquelles recouvrant au moins l'aimant (8) inséré dans l'encoche (15).
  7. Déclencheur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un support de charnière (22) monté sur la portion additionnelle d'armature (14) et le support de charnière (22) comprenant une première extrémité de couplage (23) couplée à la première extrémité (12) de l'élément de rappel (11) et une deuxième extrémité de couplage (24) couplée directement ou indirectement à la palette mobile (9).
  8. Déclencheur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le déclencheur électromagnétique présente une épaisseur comprise entre 7 et 9 millimètres.
  9. Déclencheur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément de rappel (11) est disposé longitudinalement selon une première direction (D1) dite verticale sensiblement parallèlement au premier bras (6).
  10. Déclencheur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément de rappel (11) est un ressort de traction.
  11. Appareillage électrique de protection comportant un déclencheur électromagnétique, caractérisé en ce que le déclencheur électromagnétique est selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
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