FR2801721A1

FR2801721A1 - DIRECT CURRENT ELECTROMAGNET FOR SWITCHING APPARATUS

Info

Publication number: FR2801721A1
Application number: FR9915174A
Authority: FR
Inventors: Pierre Boudet; Daniel Riffaud; Philippe Fosse; Stephane Delbaere
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-01
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: ES2300250T3; EP1103989A3; DE60038274D1; DE60038274T2; EP1103989A2; FR2801721B1; EP1103989B1

Abstract

La présente invention concerne un électro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur, comprenant une bobine d'induction coopérant avec un circuit magnétique constitué d'une partie fixe (11, 12) et d'une partie mobile (5) et caractérisé par le fait que l'une au moins des parties (11, 12, 5) du circuit magnétique est constituée par un empilage de tôles découpées et assemblées les unes aux autres et présentant une hauteur variable, par endroits faible, plus forte au niveau de moyens d'assemblage mécanique.The present invention relates to a direct current electromagnet for switching device, comprising an induction coil cooperating with a magnetic circuit consisting of a fixed part (11, 12) and a mobile part (5) and characterized by the fact that at least one of the parts (11, 12, 5) of the magnetic circuit is constituted by a stack of cut sheets cut and assembled to each other and having a variable height, in small places, stronger in terms of means d mechanical assembly.

Description

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La présente invention concerne un électro-aimant à courant continu pour appareil interrupteur tel que contacteur ou contacteur-disjoncteur, comprenant une bobine d'induction coopérant avec un circuit magnétique constitué d'une partie fixe et The present invention relates to a direct current electromagnet for a switching device such as a contactor or contactor-circuit breaker, comprising an induction coil cooperating with a magnetic circuit consisting of a fixed part and

d'une partie mobile.a moving part.

On utilise des électro-aimants à courant continu dans des appareils tels que contacteurs ou contacteurs-disjoncteurs. Le circuit magnétique mobile (appelé aussi armature mobile) se déplace en translation selon l'axe dans la bobine et porte à Direct current electromagnets are used in devices such as contactors or contactors. The mobile magnetic circuit (also called mobile armature) moves in translation along the axis in the coil and leads to

chaque extrémité des épanouissements polaires. each end of the polar expansions.

Au circuit magnétique fixe (appelé aussi culasse) est souvent associé au moins un aimant permanent qui permet de polariser le circuit magnétique et d'obtenir une basse consommation. Chacun des aimants permanents est monté entre une pièce polaire intérieure, relativement proche de la bobine, et une pièce polaire extérieure, The fixed magnetic circuit (also called yoke) is often associated with at least one permanent magnet which polarizes the magnetic circuit and achieves low consumption. Each of the permanent magnets is mounted between an inner pole piece, relatively close to the coil, and an outer pole piece,

plus éloignée latéralement de la bobine. laterally farther from the coil.

Le circuit magnétique mobile est généralement constitué, comme dans le document FR 2 586 324, par un noyau sur lequel sont emmanchées des plaques de polaires. Avec ce type de construction il est difficile de respecter les côtes et la geométrie. Le but de l'invention est de fournir un électro-aimant à courant continu dont le circuit magnétique est obtenu par un empilage de tôles découpées dont certaines ont une faible hauteur et sont assemblées les unes aux autres. Cette technologie permet de réaliser des pièces ayant une bonne précision géométrique et permet en particulier de réaliser un circuit magnétique mobile à épanouissements polaires réunis au noyau sans discontinuité de flux. Les pièces du circuit magnétique fixe peuvent avoir une forte The mobile magnetic circuit is generally constituted, as in document FR 2 586 324, by a core on which pole plates are fitted. With this type of construction it is difficult to respect the dimensions and the geometry. The object of the invention is to provide a direct current electromagnet, the magnetic circuit of which is obtained by stacking cut sheets, some of which have a small height and are assembled together. This technology makes it possible to produce parts having good geometric precision and in particular makes it possible to produce a mobile magnetic circuit with polar expansions joined to the core without flow discontinuity. The parts of the fixed magnetic circuit can have a strong

épaisseur (celle-ci étant formée de la somme des épaisseurs des tôles assemblées). thickness (this being formed by the sum of the thicknesses of the assembled sheets).

L'électro-aimant selon l'invention est caractérisé par le fait que l'une au moins des parties du circuit magnétique est constituée par un empilage de tôles découpées et assemblées les unes aux autres et présentant une hauteur variable, par endroits faible, The electromagnet according to the invention is characterized in that at least one of the parts of the magnetic circuit is constituted by a stack of sheets cut out and joined together and having a variable height, in small places,

plus forte au niveau de moyens d'assemblage mécanique. stronger in terms of mechanical assembly means.

Selon une caractéristique, les tôles découpées ont une hauteur variable According to one characteristic, the cut sheets have a variable height

comprise à certains endroits entre 2 et 5 mm. between 2 and 5 mm in some places.

Selon une autre caractéristique, la partie du circuit magnétique formée de tôles découpées et empilées est une armature mobile à noyau et épanouissements polaires, ceux-ci ayant une surface plus importante que la section du noyau, l'assemblage se composant de tôles découpées en forme de H et, pour réaliser les According to another characteristic, the part of the magnetic circuit formed of cut and stacked sheets is a movable armature with a core and pole shoes, these having a larger surface area than the section of the core, the assembly consisting of sheets cut in shape of H and, to achieve the

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épanouissements polaires, de tôles découpées en forme de I complétant les branches polar openings, of I-shaped cut sheets completing the branches

des tôles du noyau.of the core sheets.

Selon une autre caractéristique, la bobine d'induction est enroulée sur un support de bobine constitué de deux parties assemblées l'une à l'autre de manière à loger le circuit magnétique mobile. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'appareil interrupteur équipé d'un électroaimant selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective de l'électro-aimant selon l'invention - la figure 3 est une vue en perspective éclatée de l'électro-aimant; - la figure 4 est une vue de détail des parties fixes et des parties mobiles de l'électro-aimant, le support de bobine et la bobine n'étant pas représentés; - la figure 5 est une vue de détail de la construction d'une pièce polaire extérieure; According to another characteristic, the induction coil is wound on a coil support consisting of two parts assembled to each other so as to house the mobile magnetic circuit. The invention will now be described in more detail with reference to an embodiment given by way of example and represented by the appended drawings in which: - Figure 1 is a diagram of switch device equipped with an electromagnet according to the invention; - Figure 2 is a perspective view of the electromagnet according to the invention - Figure 3 is an exploded perspective view of the electromagnet; - Figure 4 is a detail view of the fixed parts and moving parts of the electromagnet, the coil holder and the coil not being shown; - Figure 5 is a detail view of the construction of an outer pole piece;

- la figure 6 est une vue de détail de la construction de l'armature mobile. - Figure 6 is a detail view of the construction of the movable frame.

En se référant à la figure 1, l'électro-aimant de commande, repéré E dans son ensemble, est monté dans un appareil interrupteur dans lequel sont agencés des pôles de coupure P sur des lignes de courant C1-C2 pouvant se raccorder par des bornes B1-B2 à des câbles électriques. Cet électroaimant de commande E est du type à courant continu et il est alimenté à partir de bornes A1 et A2. Il sert à actionner les pôles en réponse à l'excitation ou à la désexcitation de sa bobine. Il est commandé par un module de commande M et un organe de commande manuelle T. L'électroaimant E se compose d'une bobine 4 et d'un circuit magnétique qui Referring to FIG. 1, the control electromagnet, marked E as a whole, is mounted in a switching device in which cut-off poles P are arranged on current lines C1-C2 which can be connected by terminals B1-B2 to electrical cables. This control electromagnet E is of the direct current type and it is supplied from terminals A1 and A2. It is used to activate the poles in response to the excitation or de-excitation of its coil. It is controlled by a control module M and a manual control member T. The electromagnet E consists of a coil 4 and a magnetic circuit which

canalise le flux magnétique et est constitué d'une partie fixe et d'une partie mobile. channels the magnetic flux and consists of a fixed part and a mobile part.

Le circuit magnétique fixe ou culasse est constitué de deux pièces polaires intérieures 31 et 32 qui sont relativement proches de la bobine et de deux pièces The fixed magnetic circuit or yoke consists of two inner pole pieces 31 and 32 which are relatively close to the coil and two pieces

polaires extérieures 1 1 et 12 qui sont plus éloignées latéralement de la bobine. outer poles 1 1 and 12 which are further laterally from the coil.

Le circuit magnétique mobile 5 se compose d'un noyau magnétique 53 de The mobile magnetic circuit 5 consists of a magnetic core 53 of

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forme générale parallélépipédique réunissant un premier épanouissement polaire 51 et un second épanouissement polaire 52. Ce circuit 5 coulisse selon l'axe V-V' dans un alésage du support 8 de la bobine. Les deux épanouissements polaires 51 et 52 s'étendent perpendiculairement à V-V' et forment des faces polaires planes 51a-51b d'une part, 52a d'autre part. Ils ont la forme de plaques rectangulaires, la surface des general parallelepipedal shape bringing together a first polar expansion 51 and a second polar expansion 52. This circuit 5 slides along the axis V-V 'in a bore of the support 8 of the coil. The two pole shoes 51 and 52 extend perpendicular to V-V 'and form planar pole faces 51a-51b on the one hand, 52a on the other hand. They have the shape of rectangular plates, the surface of

épanouissements étant supérieure à la section du noyau 53. openings being greater than the section of the core 53.

L'armature mobile 5 est soumise à un ressort de rappel 6 qui tend à la The movable frame 5 is subjected to a return spring 6 which tends to

déplacer vers une position de repos. move to a rest position.

Les deux pièces polaires extérieures 11 et 12 du circuit magnétique fixe ont chacune une forme de profil en U et sont montées en opposition et espacées l'une de l'autre de manière à ménager un espace dans lequel se logent la bobine 4 et son support 8, les pièces polaires intérieures 31 et 32, les aimants 21-22 et l'armature The two outer pole pieces 11 and 12 of the fixed magnetic circuit each have a U-shaped profile and are mounted in opposition and spaced from each other so as to provide a space in which the coil 4 and its support are housed. 8, the inner pole pieces 31 and 32, the magnets 21-22 and the armature

mobile 5.mobile 5.

Chaque pièce polaire extérieure 11 ou 12 présente une âme s'étendant Each outer pole piece 11 or 12 has a extending core

parallèlement à l'axe V-V' et deux ailes s'étendant perpendiculairement à cet axe V-V'. parallel to the axis V-V 'and two wings extending perpendicular to this axis V-V'.

Les pièces polaires intérieures 31-32 sont planes et s'étendent parallèlement à l'axe V- The inner pole pieces 31-32 are planar and extend parallel to the axis V-

V'. L'électro-aimant E est polarisé et comporte deux aimants permanents 21 et 22 ayant chacun une forme parallélépipédique et insérés chacun entre une pièce polaire extérieure 11 ou 12 et une pièce polaire intérieure 31 ou 32 respectivement. La face tournée vers l'axe V-V' de chaque âme d'une pièce polaire extérieure 11 ou 12 est adjacente à une face polaire de l'aimant permanent 21 ou 22 respectivement. L'autre face polaire de chacun des aimants 21 ou 22, tournée vers l'axe V-V', est adjacente à V '. The electromagnet E is polarized and comprises two permanent magnets 21 and 22 each having a parallelepiped shape and each inserted between an outer pole piece 11 or 12 and an inner pole piece 31 or 32 respectively. The face facing the axis V-V 'of each core of an outer pole piece 11 or 12 is adjacent to a pole face of the permanent magnet 21 or 22 respectively. The other pole face of each of the magnets 21 or 22, facing the axis V-V ', is adjacent to

la pièce polaire intérieure 31 ou 32 respectivement. the inner pole piece 31 or 32 respectively.

L'épanouissement polaire 51 de l'armature 5 se loge dans deux entrefers s'étendant chacun entre la face d'extrémité de l'une des pièces polaires 31 ou 32 et l'aile repliée de la pièce polaire extérieure adjacente 11 ou 12. Il se déplace dans cet entrefer d'une première position située contre les pièces polaires 31-32, à une seconde position située contre la culasse 11-12. L'autre épanouissement 52 de l'armature 5 The pole shoe 51 of the frame 5 is housed in two air gaps each extending between the end face of one of the pole pieces 31 or 32 and the folded wing of the adjacent outer pole piece 11 or 12. It moves in this air gap from a first position located against the pole pieces 31-32, to a second position located against the cylinder head 11-12. The other development 52 of the frame 5

s'étend à l'extérieur des ailes repliées des pièces polaires extérieures 11 ou 12. extends outside the folded wings of the outer pole pieces 11 or 12.

Chacune des pièces polaires extérieures 11 ou 12 est réalisée à partir d'un empilage de tôles découpées 111 ou 121 en forme de U. Les tôles découpées sont réunies par des rivetages 112 ou 122 et par des cordons de soudure tels que 113 qui Each of the outer pole pieces 11 or 12 is produced from a stack of cut sheets 111 or 121 in the shape of a U. The cut sheets are joined by rivets 112 or 122 and by weld beads such as 113 which

s'étendent sur toute l'épaisseur de l'emplilage. extend over the entire thickness of the stack.

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Le circuit magnétique mobile 5 est obtenu par un empilage de tôles découpées 531 en forme de H et de tôles découpées 511, 521 en forme de 1, ces dernières complétant les branches des tôles 531 du noyau de manière à réaliser les épanouissements polaires 51, 52. Les épanouissements polaires 51 et 52 sont donc réalisés par les branches des tôles en H 531 et par les tôles complémentaires 511 ou 521 en forme de I. Les tôles 531, 511 et 521 sont réunies les unes aux autres par des rivetages 532, 512, 522 et par des cordons de soudure 523 qui s'étendent sur toute l'épaisseur The movable magnetic circuit 5 is obtained by a stack of cut sheets 531 in the shape of an H and of cut sheets 511, 521 in the shape of 1, the latter completing the branches of the sheets 531 of the core so as to produce the polar expansions 51, 52 The pole shoes 51 and 52 are therefore produced by the branches of the H-shaped sheets 531 and by the complementary sheets 511 or 521 in the form of an I. The sheets 531, 511 and 521 are joined together by rivets 532, 512 , 522 and by weld beads 523 which extend over the entire thickness

des tôles.sheets.

Les cordons de soudure peuvent être réalisés au laser. The weld beads can be made by laser.

Les tôles découpées 111, 112, 531, 521, 512 ont une hauteur variable H qui est comprise à certains endroits entre 2 et 5 mm. On entend par hauteur H la distance entre les bords mesurée dans le plan des tôles découpées. La hauteur est plus forte au niveau des rivetages 112, 122, 512, 522. Les pièces 11 et 12 présentent des bourrelets The cut sheets 111, 112, 531, 521, 512 have a variable height H which is in certain places between 2 and 5 mm. By height H is meant the distance between the edges measured in the plane of the cut sheets. The height is greater at the level of the rivets 112, 122, 512, 522. The parts 11 and 12 have beads

au niveau des rivets d'assemblage 112, 122, 512, 522. at the assembly rivets 112, 122, 512, 522.

La bobine 4 est enroulée sur un support de bobine 8 constitué de deux parties 8a, 8b assemblées l'une à l'autre de manière à former un moyeu central 83 dans lequel se loge le noyau central 53 du circuit magnétique mobile 5. Ces deux parties 8a et 8b sont réunies selon un plan de joint passant par V-V'. Le moyeu 83 est raccordé à deux The coil 4 is wound on a coil support 8 consisting of two parts 8a, 8b assembled together so as to form a central hub 83 in which is housed the central core 53 of the mobile magnetic circuit 5. These two parts 8a and 8b are joined according to a joint plane passing through V-V '. The hub 83 is connected to two

cages 84 et 85 dans lesquelles se déplacent les épanouissements polaires 51 et 52. cages 84 and 85 in which the pole shoes 51 and 52 move.

L'armature mobile 5 est munie de deux axes de guidage 71 et 72 qui traversent les épanouissements polaires 51 et 52 et coulissent, dans un plan passant The movable frame 5 is provided with two guide pins 71 and 72 which pass through the pole shoes 51 and 52 and slide, in a passing plane

par V-V', dans les lumières de guidage 81 et 82 du support de bobine 8. by V-V ', in the guide slots 81 and 82 of the coil holder 8.

L'armature mobile 5 actionne, lorsqu'elle est déplacée en translation, un levier L monté pivotant autour d'un axe O et qui actionne alors les pôles P. L'un des épanouissements polaires 52 est pourvu latéralement de doigts 9a servant à actionner le levier pivotant L de manceuvre de pôles lorsque l'armature mobile 5 est sollicitée. Cet épanouissement polaire est par ailleurs pourvu à l'avant d'un doigt 9b servant à actionner des additifs se montant sur l'appareil interrupteur. Ce doigt 9a de commande du levier et ce doigt de commande 9b des additifs sont ménagés sur une agrafe 9 qui se fixe à l'avant de l'épanouissement polaire 52. Le doigt 9b des additifs passe par une ouverture du boîtier et est déplacé en translation The movable frame 5 actuates, when it is moved in translation, a lever L mounted pivoting about an axis O and which then actuates the poles P. One of the pole shoes 52 is provided laterally with fingers 9a used to actuate the pivoting lever L for pole actuation when the movable armature 5 is stressed. This polar expansion is also provided at the front with a finger 9b used to actuate additives mounted on the switch device. This lever control finger 9a and this additive control finger 9b are formed on a clip 9 which is fixed to the front of the pole shoe 52. The finger 9b of the additives passes through an opening in the housing and is moved in translation

parallèlement à V-V'.parallel to V-V '.

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Le fonctionnement de l'électro-aimant va maintenant être décrit. The operation of the electromagnet will now be described.

Lorsque la bobine 4 est excitée, l'armature mobile 5 est sollicitée vers la position de travail et un champ magnétique fermé ou sensiblement fermé passant par le noyau 53, I'épanouissement 52, les pièces polaires extérieures 11-12, l'épanouissement 51 est créé. Ce champ magnétique ne passe pas par les aimants When the coil 4 is energized, the movable armature 5 is biased towards the working position and a closed or substantially closed magnetic field passing through the core 53, the bloom 52, the outer pole pieces 11-12, the bloom 51 is created. This magnetic field does not pass through the magnets

permanents 21-22.permanent 21-22.

Lorsque la bobine 4 est désexcitée, le ressort de rappel déplace l'armature mobile 5 vers une position de repos dans laquelle l'épanouissement 51 est en contact avec les pièces polaires 31-32 de sorte que le circuit magnétique se referme à travers When the coil 4 is de-energized, the return spring moves the movable armature 5 to a rest position in which the opening 51 is in contact with the pole pieces 31-32 so that the magnetic circuit closes through

les aimants permanents 21-22.permanent magnets 21-22.

Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de It is understood that it is possible, without departing from the scope of the invention, to imagine variants and refinements of detail and even to envisage the use of

moyens équivalents.equivalent means.

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Claims

1. Direct current electromagnet for switching device, comprising an induction coil (4) cooperating with a magnetic circuit consisting of a fixed part (11, 12) and a mobile part (5), characterized by fact that at least one of the parts (11, 12, 5) of the magnetic circuit is constituted by a stack of cut sheets (111, 112, 531, 521, 512) and assembled together and having a variable height, weak in places, stronger in terms of assembly means

mechanical (112, 512, 522).

2. Electromagnet according to claim 1, characterized in that the sheets (111,531, 511,521) have a variable height comprised in certain places between 2

and 5 mm.

3. Electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the part of the magnetic circuit formed from cut and stacked sheets is a movable armature with a core (53) and pole shoes (51, 52), these having a more surface important than the section of the core, the assembly consisting of cut sheets (531) in the shape of H and cut sheets (511, 521) in the shape of I completing, for

realize the polar expansions (51, 52), the branches of the sheets (531) of the core.

4. Electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetic circuit comprises fixed pole pieces (11 and 12) produced from a stack of cut sheets (111, 112) in the shape of a U.

5. Electromagnet according to claim 1 or 4, characterized in that at least one of the parts of the magnetic circuit has beads or heights

increased at the assembly means (112, 122, 532, 512, 522).

6. Electromagnet according to claim 3, characterized in that the coil (4) is wound on a coil support (8) consisting of two parts (8a, 8b)

assembled to each other so as to house the mobile magnetic circuit (5).

7. Electromagnet according to any one of the preceding claims,

characterized in that the cut sheets constituting the magnetic armature (5) and the outer pole pieces (11, 12) are joined to each other by rivets

and by weld beads.

8. Electromagnet according to any one of claims 3 to 7,

characterized in that the movable armature (5) is provided in the pole shoes (51 and 52) with guide pins (71 and 72) which slide in the openings of

guide (81 and 82) of the spool holder (8).

9. Electromagnet according to any one of the preceding claims,

characterized in that the movable frame (5) actuates a lever (L) pivotally mounted and

actuating the poles (P).

10. Electromagnet according to claim 9, characterized in that one of the pole shoes (52) is provided laterally with at least one finger (9a) used to actuate the pivoting lever (L) for pole maneuver when the frame

mobile (5) is stressed.

11. Electromagnet according to any one of claims 3 to 10,

characterized in that one of the pole shoes (52) is provided at the front

a finger (9b) for actuating additives mounted on the switching device.

12. Electromagnet according to claims 10 and 1 1, characterized in that

the lever control finger (9a) and the additives control finger (9b) are

formed on a clip (9) which attaches to the front of the pole shoe (52).