FR2891397A1 - Dispositif de commutation comprenant un mecanisme d'actionnement ultra-rapide - Google Patents

Abstract

Dispositif de commutation comprend un contact fixe (1), un contact mobile (2) et un mécanisme d'actionnement (3) du contact mobile (2) par l'intermédiaire d'un organe propulseur (13) mobile agissant sur un organe de transmission (10). Le dispositif de commutation comprend des premiers moyens élastiques (11) exerçant une première force (F1) sur ledit organe de transmission (10) et des seconds moyens élastiques (12, 28) exerçant une seconde force (F2) sur ledit l'organe propulseur mobile (13). Les seconds moyens élastiques (12, 28) agissent sur ledit l'organe propulseur mobile (13) par l'intermédiaire d'un dispositif de compensation (20). Ledit dispositif de compensation (20) introduit une transformation entre le mouvement de l'organe propulseur (13) et celui du dispositif de compensation (20), un rapport de transformation (Rt) étant égale au rapport entre la longueur du déplacement de l'organe propulseur (13) et la longueur du déplacement du dispositif de compensation (20).

Description

DISPOSITIF DE COMMUTATION COMPRENANT UN MECANISME D'ACTIONNEMENT ULTRA-

RAPIDE

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention est relative à un dispositif de commutation comprenant un contact fixe et un contact mobile qui peut se déplacer par rapport audit contact fixe entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Le dispositif de commutation comprend un mécanisme d'actionnement du contact mobile par l'intermédiaire d'un organe propulseur mobile agissant sur un organe de transmission, des premiers moyens élastiques exerçant une première force sur ledit organe de transmission et tendant à maintenir les contact en position fermée et des seconds moyens élastiques exerçant une seconde force sur ledit l'organe propulseur mobile et tendant à maintenir l'organe propulseur au contact avec l'organe de transmission. Les forces sont de sens opposé, la première force étant supérieure à la seconde force et inférieure à une force de propulsion produite par l'organe propulseur mobile.

ETAT DE LA TECHNIQUE

2] L'utilisation de mécanisme d'actionnement ultra-rapide d'ouverture ou de fermeture des contacts d'un dispositif de commutation est décrit notamment dans les demandes de brevet FR-A-2815611, US2002/0044403 et [0003] De manière connue, comme représentée sur la figure 1, le dispositif de commutation comprend un contact fixe 1 coopérant avec un contact mobile 2. Les contacts sont connectés respectivement aux bornes électriques d'un circuit électrique externe à commuter. La commande d'ouverture et de fermeture des contacts, autrement dit le mouvement du contact mobile est actionné par un mécanisme d'actionnement 3.

4] Le but recherché par de tels dispositifs est l'ouverture et la fermeture ultra rapide des contacts.

5] Certaines solutions proposent des mécanismes d'actionnement ayant un propulseur à effet Thomson classique. Le mécanisme d'actionnement 3 est généralement composé d'un organe de transmission 10 et d'un organe propulseur 13. L'organe de transmission 10 est essentiellement composé d'un disque mobile 4 relié au contact mobile 2 par un arbre mobile 6. L'organe propulseur 13 est essentiellement constitué d'une bobine de propulsion 5 dite de propulsion. Généralement, le disque 4 est positionné contre la bobine 5. La bobine de propulsion 5 est fixe par rapport au bâti 7 du dispositif.

6] Pour ouvrir les contacts, la bobine de propulsion 5 est parcourue par o un courant électrique et génère un champ magnétique. Le champ magnétique produit une force de répulsion électromagnétique Fp qui repousse le disque mobile 4 suivant une direction parallèle à son axe de révolution 8. Le déplacement du disque 4 provoque de manière concomitante le déplacement du contact mobile 2 et donc l'ouverture des contacts du dispositif de commutation. Ce type de mécanisme est utilisé pour sa simplicité de mise en oeuvre ainsi que pour son faible coût de revient.

7] Présentée sur la figure 2, une autre solution encore plus efficace que la précédente consiste à placer une deuxième bobine 9 dans le disque mobile 4. On utilise alors conjointement les forces de répulsion créées par les deux bobines pour un déplacement ultra-rapide du contact mobile 2 via la seconde bobine mobile 9. Les deux bobines sont alors configurées de manière à créer des forces de répulsion électromagnétiques opposées. Chaque bobine génère un champ magnétique qui produit une force de répulsion électromagnétique qui tend à repousser l'autre bobine. Sous l'effet combiné des deux forces de répulsion, la bobine mobile 9 va se déplacer encore plus rapidement. L'avantage principal de ce genre de dispositif est que l'on peut créer des forces de répulsion plus intenses que dans le cas d'un propulseur à effet Thomson classique. Les courants n'ont pas à être induits dans un secondaire tel qu'un disque pour que la force de répulsion s'exprime. Ce type de dispositif peut être utilisé sur un disjoncteur électromécanique à ouverture ultra rapide permettant une limitation très forte des courants de court-circuit.

8] En outre, le dispositif à double bobine peut être utilisé sous forme asymétrique ou avec des bobines de formes diverses. Il peut être aussi complexifié au niveau de sa commande électronique. Une électronique plus sophistiquée donne accès à des fonctionnalités plus évoluées qui permettent de mieux contrôler le dispositif. On peut notamment gérer la course de déplacement de la bobine mobile qui peut être ralentie ou accélérée dans un sens comme dans l'autre. On peut aussi envisager des maintiens en position basse, des maintiens en position haute grâce à une force de rappel électromagnétique supplémentaire.

9] L'efficacité des systèmes d'ouverture ultra-rapide dépend de la taille de l'espace présent entre l'organe propulseur 13 et l'organe de transmission 10 lorsque les contacts sont fermés. Par la suite, cet espace est appelé entrefer. Le but recherché consiste à maintenir en contact le disque mobile de l'organe de transmission 10 et la bobine fixe de l'organe propulseur 13. Autrement dit, le but est de réduire au maximum la taille de l'entrefer.

0] Compte tenu de la fabrication de tels dispositifs et compte tenu de l'usure des contacts observée au cours du fonctionnement, des jeux sont présents et les courses de déplacement des contacts ne sont pas constantes au cours du temps. La présence de ces jeux peut se répercuter notamment au niveau de la longueur de l'entrefer entre la bobine fixe et le disque mobile.

1] Lorsque les dispositifs précédemment décrits sont dédiés à des applications basse-tension, les courses de déplacement des contacts mobiles sont relativement réduites par rapport au jeu global existant. Une variation de la longueur de l'entrefer entre différentes manipulations influence le bon fonctionnement du dispositif. En effet, compte tenu de la taille des bobines et de leur capacité à produire des forces de propulsion, la présence d'un entrefer trop important avant une ouverture, risque de provoquer une ouverture insuffisante ou trop lente entre les contacts. Enfin, le temps d'ouverture des contacts varie d'une ouverture à l'autre.

2] En outre, le fonctionnement des dispositifs comportant des mécanismes d'actionnement ultra-rapide d'ouverture ou de fermeture des contacts, peut se dégrader au cours du temps. En effet, compte tenu de la relative complexité des mécanismes de commande, des jeux peuvent apparaître entre les différentes pièces en mouvement. Ces jeux peuvent avoir un effet néfaste sur le fonctionnement du dispositif.

3] Certaines solutions telles que décrites par exemple dans le document US4620122, permettent de compenser une usure des contacts et/ou des jeux résiduels. De manière générale, comme représenté sur la figure 3, l'organe propulseur 13 est alors mobile par rapport à l'organe de transmission 10 comportant le contact mobile 2. Des moyens élastiques 12 exercent une seconde force de déplacement F2 sur l'organe propulseur 13 afin de le maintenir en contact avec l'organe de transmission 10. Le contact mobile 2 de l'organe de transmission est maintenu en position fermée grâce à l'action de moyens élastiques 11. Ces moyens élastiques 11 exercent ainsi une première force F1 s'opposant à la seconde force F2. La première force F1 est largement supérieure à la seconde force F1.

4] Au moment de l'ouverture des contacts, l'organe propulseur produit une force de propulsion FP largement supérieure aux forces F1 et F2. Chacun des corps 10 et 13 de masse respective M1 et M2 subit une accélération égale au produit de l'inverse de sa masse par la force de propulsion y1=FP/M1 et y2=FP/M2.

5] Pour une ouverture rapide du contact mobile 2, l'accélération y1 du contact mobile 2 via le disque mobile 4 de l'organe de transmission 10 doit être largement supérieure à celle y2 de l'organe propulseur 13. Ainsi, la masse M2 de l'organe propulseur 13 doit être très supérieure à celle M1 de l'organe de transmission 10.

6] De part cette différence de masse, à efforts de répulsion identiques, l'organe de transmission 10 subit une accélération beaucoup plus importante que celle de l'organe propulseur 13. En effet, les accélérations respectives de l'organe propulseur 13 et de l'organe de transmission 10 sont proportionnelles aux masses en mouvement. Par ailleurs, les vitesses de l'organe propulseur 13 et de l'organe de transmission 10 ainsi que leurs déplacements respectifs sont aussi proportionnels à chacune des masse M1 et M2. A titre d'exemple, pour un déplacement du contact mobile 2 de 10 millimètres et un déplacement de l'organe propulseur de 1 millimètre, le rapport de masse M2/M1 doit être alors supérieur à 10.

7] L'obligation d'associer à l'organe propulseur 13 une masse M2 importante peut s'avérer difficile dans des dispositifs de taille réduite. En effet, lorsque l'on dispose de peu de place à l'intérieur des dispositifs de coupure, il est très contraignant de positionner la masse M2 à l'intérieur de tels dispositifs. Ceci est d'autant plus vrai quand la masse M2 est mobile.

8] En outre, au cours de la vie du dispositif, il peut aussi être observé des désalignements des pièces entre elles. Ces dérèglements peuvent entraîner certains blocages de certaines pièces en mouvement. Cela se traduit par une baisse d'efficacité des dispositifs de commutation.

EXPOSE DE L'INVENTION [0019] L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un dispositif de commutation ultra-rapide stable et évitant les dérives de fonctionnement.

0] Les seconds moyens élastiques du dispositif de commutation selon l'invention agissent sur ledit l'organe propulseur mobile par l'intermédiaire d'un dispositif de compensation, ledit dispositif de compensation introduisant une transformation entre le mouvement de l'organe propulseur et celui du dispositif de compensation, un rapport de transformation étant égale au rapport entre la longueur du déplacement de l'organe propulseur et la longueur du déplacement du dispositif de compensation. L'organe propulseur mobile comprend un actionneur électromagnétique constitué d'une bobine.

1] Avantageusement, un rapport entre une accélération de l'organe propulseur associé au dispositif de compensation et une accélération de l'organe de transmission est sensiblement proportionnel au carré dudit rapport de transformation.

2] Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif de compensation mobile comporte une glissière se déplaçant selon un axe faisant un premier angle (3 avec l'axe de l'organe propulseur, ladite glissière étant reliée à l'organe propulseur mobile par des moyens de liaison transmettant un mouvement de la glissière à l'organe propulseur, et réciproquement.

3] Avantageusement, les moyens de liaison comprennent au moins une tige de commande ayant une première extrémité reliée à l'organe propulseur 1 o et une seconde extrémité possédant un téton de centrage pouvant se déplacer dans une lumière présente dans la glissière mobile.

4] De préférence, la lumière est linéaire et forme un second angle avec l'axe de la glissière.

5] Selon un mode particulier de réalisation, l'organe de transmission comporte une tige de déverrouillage possédant deux extrémités, une première extrémité fixée sur le disque mobile de l'organe de transmission, et une seconde extrémité destinée à être en contact avec un levier de déverrouillage relié à ladite glissière, un mouvement dudit levier s'accompagnant d'un mouvement de la glissière.

6] De préférence, il existe une première distance d'ouverture entre les contacts, une seconde distance entre l'organe propulseur et l'organe de transmission, une troisième distance entre l'extrémité de la tige de déverrouillage et le levier de déverrouillage, la première distance étant supérieure à la seconde distance et la seconde distance étant supérieure à la troisième distance.

7] Avantageusement, des moyens d'accrochage sont destinés à maintenir en position d'ouverture le contact mobile.

8] Avantageusement, le disque mobile comprend une bobine mobile positionnée en vis à vis par rapport à la bobine, les axes de révolution des deux bobines étant confondus.

9] Selon un mode de développement de l'invention, un déplacement de l'organe propulseur est destiné à actionner, via les moyens de liaison, le dispositif de compensation.

0] Selon un mode de développement de l'invention, un déplacement de l'organe de transmission est destiné à actionner, via une tige de déverrouillage, le dispositif de compensation.

o BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

1] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels: É Les figures 1 et 2 représentent des vues schématiques en coupe de dispositifs de commutation rapides connus; É La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de commutation connu dont l'organe propulseur est mobile; É La figure 4 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon un premier 20 mode préférentiel de réalisation de l'invention; É La figure 5 représente, à l'état d'équilibre, un diagramme des forces résultantes au niveau de chaque point de liaison entre l'organe propulseur et le dispositif de compensation; É La figure 6 représente le dispositif selon la figure 4 au moment de l'ouverture; 25 É La figure 7 représente, au moment de l'ouverture, un diagramme des forces résultantes au niveau de chaque point de liaison entre l'organe propulseur et le dispositif de compensation; É la figure 8 représente le dispositif selon la figure 4 après un cycle d'ouverture-fermeture; É La figure 9 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon un second mode préférentiel de réalisation de l'invention; É Les figures 10 à 13 représentent le dispositif selon la figure 9 dans différents états de fonctionnement; É La figure 14 représente une vue schématique d'un dispositif selon un la figure 9 dans une étape particulière de fonctionnement; É La figure 15 représente une vue détaillée d'une première variante de réalisation du dispositif selon les différents modes préférentiels de réalisation de l'invention; É La figure 16 représente une seconde variante de réalisation du dispositif selon les différents modes préférentiels de réalisation de l'invention; É Les figures 17A et 17B représentent une première variante de réalisation du dispositif de compensation selon les différents modes préférentiels de réalisation de l'invention; É La figure 18 représente une seconde variante de réalisation du dispositif de compensation selon les différents modes préférentiels de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION

2] Selon un premier mode préférentiel de réalisation présenté sur les figures 4 à 8, le mécanisme d'actionnement 3 est composé d'un organe de transmission 10, d'un organe propulseur 13 mobile et d'un dispositif de compensation 20.

3] L'organe propulseur 13 mobile comporte un actionneur électromagnétique composé d'une bobine de propulsion 5 logée dans une 25 culasse 14. La bobine comporte un axe de révolution 8.

4] L'organe de transmission 10 comporte un disque métallique 4. L'axe de révolution 8 de ce disque 4 est confondu avec celui de la bobine de propulsion 5. Une face du disque 4 est placée en vis-à-vis avec la face de la bobine de propulsion 5. Dans l'exemple de réalisation, le diamètre extérieur du disque 4 est au moins égal au diamètre extérieur de la bobine 5.

5] L'organe de transmission 10 est relié au bâti 7 du dispositif par l'intermédiaire de moyens élastiques 11. Selon ce mode de réalisation, les moyens élastiques 11 comportent un ressort hélicoïdal. Ce ressort travaillant en compression exerce une première force F1 de contact sur le contact mobile 2. En effet, la première force F1 agissant selon l'axe 8 tend à coller le contact mobile 2 contre le contact fixe 1 de manière à assurer une bonne liaison électrique. La force de contact est directement liée au calibre du dispositif de commutation.

6] Selon ce mode de réalisation, le disque mobile 4 du mécanisme d'actionnement 10 est relié à un contact mobile 2 par l'intermédiaire d'un arbre mobile 6. Ainsi, le mouvement en translation du disque mobile 4 suivant son axe de révolution 8 est intégralement transmis au contact mobile 2 et inversement. Le contact mobile 2 se déplace suivant l'axe 8. De préférence, l'arbre mobile 6 est monté de manière solidaire à l'organe de transmission 10.

7] L'organe propulseur 13 mobile est positionné au contact de l'organe de transmission 10 et est relié au bâti 7 via le dispositif de compensation 20. L'organe propulseur 13 est relié au dispositif de compensation 20 par l'intermédiaire de moyens de liaison 17, 18, 19. Le dispositif de compensation 20 qui est mobile comprend essentiellement une glissière 24 associée à des moyens élastiques 12. La glissière 24 est guidée en translation dans le bâti 7 selon une direction 88 formant un premier angle R avec l'axe longitudinal 8 de la bobine de propulsion 5 de l'organe propulseur 13. Dans le mode de réalisation décrit, le premier angle (3 est sensiblement égale à 90 ce qui permet de réduire l'encombrement du mécanisme d'actionnement 3 suivant l'axe 8. Les moyens de liaison 17, 18, 19 transmettent le mouvement de translation de la glissière 24 à la bobine de propulsion 5 de l'organe propulseur 13, et réciproquement.

8] Selon ce premier mode de réalisation préférentiel de l'invention, le dispositif de compensation 20 est actionné directement par l'organe propulseur 13 via les moyens de liaison 17, 18, 19.

9] Lesdits moyens de liaison entre l'organe propulseur 13 et le dispositif de compensation 20, comprennent au moins une tige de commande 17. Chaque tige de commande 17 comporte deux extrémités. Une première extrémité est fixée à la culasse 14 de l'organe propulseur 13. Une seconde extrémité possède un téton de centrage 18 qui est monté glissant dans une lumière 19 présente dans la glissière 24.

0] Dans le mode de réalisation décrit, deux tiges de commande 17 sont utilisées afin de répartir les efforts et d'éviter tous risques d'arcboutement au moment du déplacement de l'organe propulseur 13 et du dispositif de compensation 20.

1] Dans cet exemple de réalisation, les lumières 19 de la glissière 24 10 ont une forme oblongue rectiligne et leur axe longitudinal 888 forment un second angle a avec l'axe longitudinal 88 de la glissière 24 du dispositif de compensation 20.

2] L'orientation de l'axe longitudinal 888 des lumières 19 par rapport aux axes 88, 8 respectivement de la glissière 24 et l'organe propulseur 13 fait apparaître une transformation de mouvement entre la translation de l'organe propulseur 13 et celui du dispositif de compensation 20.

3] Cette transformation de mouvement fixe un rapport de transformation Rt entre les longueurs des déplacements de l'organe propulseur 13 et celui du dispositif de compensation 20. Le rapport de transformation Rt est égal à la tangente du second angle a (Rt = tan a) [0044] A titre d'exemple, si le second angle a est inférieur à quarante cinq degrés (a<45 ) alors le rapport de transformation Rt sera inférieur à 1. Dans l'exemple de réalisation, lorsque l'axe 88 forme un angle de 90 avec l'axe 8, le second angle a est sensiblement égale à 20 , le rapport de transformation Rt est alors environ égal à 0,36. Ainsi, pour un déplacement de l'organe propulseur 13 de 2 millimètres, la glissière 24 se déplace sur 5,5 millimètres.

5] Par ailleurs, le rapport de transformation Rt a un effet linéaire sur les efforts subis respectivement par l'organe propulseur 13 et le dispositif de compensation 20, selon les directions respectives 8 et 88. En effet le rapport des efforts est égal au rapport de transformation Rt.

6] Enfin, le rapport de transformation Rt affecte le rapport des accélérations entre l'organe propulseur 13 et le dispositif de compensation 20. Le 5 rapport des accélérations est égal au carré du rapport de transformation Rt.

7] Compte tenu que l'accélération de corps en mouvement est proportionnelle à leur masse, si le rapport de transformation Rt est égal à 0,36 alors la masse équivalente du dispositif de compensation 20 vue par l'organe propulseur 13 est 7,5 fois supérieure à la masse réelle du dispositif de 1 o compensation 20.

8] Ainsi, au moment de l'ouverture des contacts accompagnant le déplacement relatif de l'organe de transmission 10 par rapport à l'organe propulseur 13, la masse équivalente du dispositif de compensation 20 viendra s'ajouter de manière très significative à celle de l'organe propulseur 13.

L'accélération de l'organe propulseur 13 par rapport à celle de l'organe de transmission 10 est donc directement dépendante du rapport de transformation Rt.

9] A titre d'exemple, plus le second angle a diminue, autrement dit plus l'axe longitudinal 888 des lumières 19 tend à être parallèle à l'axe 88, plus la masse équivalente du dispositif de compensation 20 sera importante et plus le déplacement de l'organe propulseur 13 selon l'axe 8 sera lent par rapport à celui de l'organe de transmission 10.

0] Des moyens élastiques 12 exercent une force de déplacement F2a sur la glissière 24 et tendent à la faire déplacer en translation selon l'axe 88.

Comme représentés sur les figures 4 et 6, les moyens élastiques 12 comportent un ressort hélicoïdal. Par l'intermédiaire des moyens de liaison 17, 18, 19 la force de déplacement F2a peut être transmise à la bobine de propulsion 5 qui est poussée vers l'organe de transmission 10 par une force résultant F2. La force résultante F2 agit selon l'axe 8 perpendiculairement à la direction 88. La force de déplacement F2a s'applique localement sur chaque lumière 19 de la glissière 24 via les deux tétons de centrage 18. Au niveau de chaque lumière 19, la force F2a s'appliquant perpendiculairement à la surface de contact de ladite lumière, se décompose théoriquement en deux composantes respectivement parallèles aux axes 8 et 88. La composante F2 parallèle à l'axe 8 s'oppose à la force de compression F1.

1] La force de compression F2a des moyens élastiques 12, via la glissière 24 du dispositif de compensation 20, est donc indirectement opposée à la force de compression F1.

2] La force résultante F2 s'exerçant sur l'organe propulseur 13 doit être suffisante pour déplacer ledit organe contre l'organe de transmission 10 et permettre ainsi d'annuler l'entrefer entre la bobine de propulsion 5 et le disque mobile 4. Cependant, la force résultante F2 ne doit pas provoquer le décollement des contacts fixe et mobile 1, 2.

3] En effet, lorsque le dispositif se trouve dans son état d'équilibre, les moyens élastiques 11 agissant sur le disque mobile 4 sont choisis de manière à exercer une première force F1 qui est très supérieure à la force résultante F2 exercée sur l'organe propulseur mobile 13 via le dispositif de compensation 20. A titre d'exemple, la F2 est de préférence plus de cinquante fois inférieure à la première force F1.

4] Suivant l'exemple de réalisation, lorsque le contact électrique mobile 2 est en contact avec un contact fixe 1, le disque 4 et la bobine de propulsion 5 sont aussi en contact. L'entrefer entre le disque 4 et la bobine de propulsion 5 est nul et le dispositif se trouve alors dans un état d'équilibre. Cette position d'équilibre sur l'axe 8 peut varier notamment en fonction de l'usure des contacts 1, 2. En outre, l'organe propulseur 13 peut se déplacer entre deux positions dites de "bout de course", placées de part et d'autre la position d'équilibre.

5] Une position de bout de course dite de retrait peut être atteinte au momént de l'ouverture. Cette position correspond généralement à la position de l'organe propulseur 13 la plus éloignée de celle de l'organe de transmission 10.

6] Une position de bout de course dite d'avance, à l'opposée de la position de bout de course de retrait, correspond généralement à la position pour laquelle l'organe propulseur s'est déplacé au maximum sous l'action des moyens élastiques F2. Cette seconde position de bout de course correspond à un état de compensation maximale des jeux résiduels ou des usures de contacts.

7] Le fonctionnement du dispositif de commutation selon un premier mode de réalisation préférentiel est le suivant.

8] Lorsque les contacts 1 et 2 du dispositif de commutation sont fermés, comme représenté sur la figure 4, une impulsion de courant envoyée dans la bobine de propulsion 5 produit un champ magnétique qui engendre une force de propulsion Fp agissant sur le disque 4. L'impulsion électrique est délivrée par une source d'énergie qui peut être constituée d'un condensateur préalablement chargé. Comme représenté sur la figure 6, une force Fp' due à un effet de contre-réaction, d'intensité égale à Fp, s'applique sur la bobine de propulsion 5.

9] Lorsque le dispositif quitte son état d'équilibre, l'intensité des forces Fp et Fp' est largement supérieure aux intensités des forces exercées par les moyens élastiques 11 et 12. A titre d'exemple, l'intensité de la force de propulsion Fp est égale respectivement à 10 fois et à 100 fois l'intensité des forces F1 et F2.

0] La force de propulsion FP' s'applique localement sur chaque lumière 19 de la glissière 24 via les deux tétons de centrage 18. Comme représenté sur la figure 7, au niveau de chaque lumière 19, la force FP' s'appliquant perpendiculairement à la surface de contact de ladite lumière, se décompose théoriquement en deux composantes FP'1, FP'2 respectivement parallèles aux axes 8 et 88. Une grande partie des efforts, environ deux tiers des efforts suivant l'exemple décrit, sont absorbés dans le bâti 7 du dispositif de commutation. Seule la composante FP'2 parallèle à l'axe 88 supérieure à la force de déplacement F2a, tend à faire déplacer le dispositif de compensation 20. Grâce à la présence du rapport de transformation Rt, une grande partie de l'énergie transmise à l'organe propulseur 13 est ainsi absorbée et n'est pas utilisée pour le déplacement dudit organe et ceci quelle que soit sa masse.

1] Les forces de propulsion FP, FP' s'appliquant respectivement sur l'organe de transmission 10 et sur l'organe propulseur mobile 13 s'opposent 5 directement ou indirectement aux forces de compression et de déplacement F1, F2a. Ainsi, les forces Fp et Fp' tendent à décoller lesdits organes.

2] En fonction des valeurs respectives des forces en présence F1, F2a, Fp, Fp' et du rapport de transformation Rt, le disque 4 et la bobine de propulsion 5 sont alors respectivement écartés l'un de l'autre avec des accélérations 71 et y2.

Compte tenu de la faible masse M1, l'accélération 71 du disque mobile 4 associé au contact mobile 2 est très importante. En outre, compte tenu de la présence du rapport de transformation Rt et de la masse équivalente du dispositif de compensation 20, le déplacement de l'organe propulseur 13 et du dispositif de compensation 20, est plus lent en comparaison de celui de l'organe de transmission 10. Le rapport 2/y1 des accélérations de l'organe propulseur 13 associé au dispositif de compensation 20 et l'organe de transmission 10 est proportionnel au carré du rapport detransformation (Rt). Dans l'exemple de réalisation, compte tenu que le masse M1 et M2 sont sensiblement identiques, le rapport des accélérations y2/y1 est sensiblement égal au carré du rapport de transformation Rt.

3] On obtient donc une ouverture très rapide du contact mobile 2. A titre d'exemple, les valeurs des accélérations 71 et y2 sont respectivement de 30000 mètres par seconde au carré (30000 m/s2) et 4000 mètres par seconde au carré (4000 m/s2). La vitesse V1 maximum de déplacement de l'organe de transmission 10 est de 7 mètres par seconde (7 m/s) sur un déplacement de X1 de 3 millimètres.

4] Comme cela est représenté sur la figure 6, le déplacement de la bobine mobile 5 et de la culasse 14 de l'organe propulseur 13 entraîne le déplacement en translation de la glissière 24 via les moyens de liaison 17, 18, 19.

Compte tenu que la culasse 14 et la glissière 24 sont guidées en translation suivant deux axes perpendiculaires, respectivement 8, 88, le déplacement linaire des tétons 18 suivant l'axe 8, à l'intérieur des lumières 19 de la glissière 24, entraîne un déplacement de cette dernière suivant l'axe 88.

5] Lorsque la bobine de propulsion 5 n'est plus alimentée, la force de propulsion Fp devient nulle. La première force F1 exercée par les moyens élastiques 11 agissant sur l'organe de transmission 10 permet au contact mobile 2 de revenir en contact avec le contact fixe 1. Les contacts 1 et 2 sont donc de nouveau fermés et le dispositif retrouve un état d'équilibre. La force F2a exercée par les moyens élastiques 12 agit sur la glissière 24 et tend à la ramener lentement dans sa position d'origine. La glissière agit à son tour sur l'organe propulseur 13 afin de le replacer la bobine de propulsion 5 au contact avec le disque mobile 4.

6] La course de déplacement de la bobine de propulsion 5 suivant l'axe 8, est suffisante pour compenser une usure des contacts 1 et 2 ou un jeu résiduel.

Ainsi, quelle que soit l'usure des contacts et les jeux présents dans le dispositif, l'entrefer est donc de nouveau nul après cette séquence d'ouverture et de fermeture. Avec ce type de dispositif, une compensation de 1 à 1,5 mm peut être envisagée.

7] Selon un second mode de réalisation préférentiel de l'invention représenté sur la figure 9, des moyens supplémentaires 15, 16, 28, 30 sont utilisés pour actionner le dispositif de compensation 20 et sécuriser son fonctionnement.

8] La glissière 24 du dispositif de compensation mobile 20 est reliée à un levier de déverrouillage 15. Le levier de déverrouillage 15 comporte des moyens de liaison avec la glissière 24. Selon ce mode de réalisation, le levier de déverrouillage comporte au moins un ergot 29 relié à la glissière 24 via une targette de transmission 16.

9] Le disque mobile 4 de l'organe de transmission 10 comprend une tige de déverrouillage 30 possédant deux extrémités. Une première extrémité est 30 fixée sur une face du disque mobile 4 qui est en vis à vis avec la bobine de propulsion 5 de l'organe propulseur 13. Une seconde extrémité située au-delà de la glissière 24 est destinée à être en contact 40 avec le levier de déverrouillage 15 lorsque le mécanisme d'actionnement 3 est dans un état d'équilibre. Comme cela est représenté sur la figure 9, lorsque les contacts 1 et 2 sont fermés, le levier de déverrouillage 15 repose au niveau du point de contact 40 sur la seconde extrémité de la tige de déverrouillage 30.

0] Le levier de déverrouillage 15 est montée pivotante autour d'un axe 27. Des moyens élastiques 28 appliquent sur ledit levier une force F2b tendant à faire pivoter ledit levier autour dudit axe 27 suivant un premier sens anti-horaire de rotation, dénommé arbitrairement sens positif. La force F2b permet de maintenir en contact le levier de déverrouillage 15 avec la seconde extrémité de la tige de déverrouillage 30. Selon le mode de réalisation, les moyens élastiques 28 comportent un ressort hélicoïdal. Ce ressort travaillant en compression exerce une force F2b sur le levier de déverrouillage 15. Un ressort de torsion placé autour de l'axe 27, peut être aussi utilisé dans le même but.

1] Le déplacement en rotation du levier de déverrouillage 15 peut entraîner par l'intermédiaire de la targette de transmission 16, le déplacement en translation de la glissière 24. En effet, lorsque le levier se déplace dans le sens négatif, l'ergot 29 exercent sur la targette de transmission 16, une force sensiblement parallèle à l'axe 88. Cette force agit donc sur la glissière 24 et provoque son déplacement.

2] Le dispositif de commutation 3 comprend en outre des moyens d'accrochage 50 du contact mobile 2. Ces moyens d'accrochage 50, commandés de manière indépendante, permettent de maintenir en position ouverte le contact mobile 2 après un déclenchement ou un ordre d'ouverture.

3] Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Le dispositif se trouve dans un premier état d'équilibre où l'organe propulseur 13 est en contact avec l'organe de transmission 10. On définit arbitrairement une distance XA correspondant à la distance relative séparant un plan de référence X0 du plan de contact entre l'organe de transmission 10 et l'organe propulseur 13. Dans une première phase de fonctionnement, lorsqu'un ordre d'ouverture est envoyé à l'organe propulseur 13, la force de propulsion FP engendrée par la bobine de propulsion 5 et agissant sur l'organe de transmission 10 tend à ouvrir les contacts 1, 2. Simultanément, la force de contre-réaction FP' tend à écarter l'organe propulseur 13 de l'organe de transmission 10 en direction de sa position de bout de course de retrait. L'organe de transmission 10 effectue un premier déplacement qui tend à ouvrir les contacts électriques 1, 2. Les moyens élastiques 11 sont comprimés et exercent alors une première force F1 maximum sur l'organe de transmission 10 et tendent à repousser le contact mobile 2 vers sa position fermée.

4] Lorsque le contact mobile 2 se trouve suffisamment éloigné du contact fixe 1 pour que la coupure électrique soit satisfaisante, des moyens d'accrochage 50 bloquent le mouvement du contact mobile 2. Les moyens d'accrochage exercent une force de retenu qui s'oppose à la première force F1.

L'organe de transmission 10 et le contact mobile 2 sont alors maintenus bloqués.

5] Dans cette première phase de fonctionnement, l'organe propulseur 13 et la glissière mobile 24 effectuent un déplacement tel que décrit précédemment.

6] Compte tenu que l'organe de transmission 10 et le contact mobile 2 sont retirés, l'organe propulseur ne rencontre aucune résistance et sous l'effet de l'effort des moyens élastiques 12, atteint sa position de bout de course d'avance XB. La position de bout de course d'avance XB de l'organe propulseur 13 se trouve au-delà de la position d'équilibre XA.

7] Comme représenté sur la figure 11, on observe que la distance XB est inférieure à la distance XA. Il existe entre les contacts 1, 2 une première distance d'ouverture dl. L'organe propulseur 13 est éloigné de l'organe de transmission 10 d'une seconde distance d2. Enfin dans la position d'ouverture bloquée, l'extrémité de la tige de déverrouillage 30 peut se trouver éloignée du levier de déverrouillage 15 d'une troisième distance d3. En outre, la première distance dl est supérieure à la seconde distance d2 et la seconde distance d2 est supérieure à la troisième distance d3.

8] Dans une seconde phase de fonctionnement, un ordre de fermeture est envoyé aux moyens d'accrochage 50, la force de retenu s'annule et la 5 première force F1 tend à ramener les contacts 1, 2 en position de fermeture.

9] La longueur de la tige 30 est ajustée de manière à ce que son extrémité soit en contact ou entre en contact avec levier de déverrouillage 15 avant que le contact mobile 2 ne rencontre le contact fixe 1 et avant que l'organe de transmission 10 ne rencontre l'organe propulseur 13. En effet, les distances dl et d2 sont supérieures à la troisième distance d3. La tige de déverrouillage 30 vient alors frapper le levier de déverrouillage 15. Une force d'impact provenant de l'énergie dissipée au point d'impact 40, est alors suffisante pour provoquer la rotation du levier de déverrouillage 15 autour de son axe de rotation 27 selon un sens négatif. Cette rotation du levier, schématisée sur la figure 12, entraîne de manière le déplacement de la glissière 24 via les ergots 29 et la targette de transmission 16. Le déplacement en translation de la glissière 24 entraîne celui de l'organe propulseur 13 via les moyens de liaisons 17, 18, 19. L'organe propulseur mobile 13 tend alors à s'écarter de l'organe de transmission 10 pour se placer dans sa position de bout de course de retrait.

0] Le contact mobile 2 vient ensuite en contact avec le contact fixe 1 sans que l'organe de transmission 10 ne vienne en butée sur l'organe propulseur 13.

1] Enfin avec un temps de retard, comme représenté sur la figure 13, l'action de la force F2a tend à ramener l'organe propulseur 13 en contact avec l'organe de transmission 10, l'usure des contacts 1 et 2 ou un jeu résiduel étant compensé.

2] Le fait que l'organe propulseur 13 puisse s'effacer devant l'organe de transmission 10 permet au contact mobile 2 de venir directement en contact avec le contact fixe 1. Cette fermeture franche et rapide des contacts est indispensable dans le domaine des dispositifs de coupure.

3] Sans le système sécurisé matérialisé essentiellement par la tige de déverrouillage 30, compte tenu de la position de bout de course d'avance XB de l'organe propulseur, l'organe de transmission 10 aurait rencontré l'organe propulseur 13 avant que le contact mobile 2 ne rencontre le contact fixe 1. Le contact mobile 2 se serait rapproché du contact fixe sans le toucher. Cette situation pourrait provoquer la naissance d'arcs électriques entre les contacts.

4] Dans certaines conditions d'utilisation, les déplacements relatifs de la glissière 24 par rapport au bâti 7 ou des tétons 18 par rapport aux lumières 19 peuvent être bloqués notamment par la présence de frottements intempestifs. Ces frottements peuvent être dus à une usure ou un déalignement des pièces du fait d'une utilisation intensive ou d'un défaut de montage. Au moment de l'envoi d'un ordre d'ouverture, la force de contre-réaction FP' ne sera alors pas assez suffisante pour engendrer le l'actionnement du dispositif de compensation 20 mobile via l'organe propulseur 13.

5] Lorsque le dispositif de commutation 3 se trouve altéré par un défaut de fonctionnement dû notamment à des frottements trop importants, le fonctionnement du dispositif est le suivant.

6] Lorsqu'un ordre d'ouverture est envoyé, la force de propulsion FP engendrée par la bobine de propulsion 5 et agissant sur l'organe de transmission 10 tend à ouvrir les contacts 1, 2. Simultanément, la force de contre-réaction FP' tend à écarter l'organe propulseur 13 de l'organe de transmission 10. Cependant, compte tenu de la présence de forces de frottement s'exerçant sur l'organe propulseur 13 et le dispositif de compensation 20, la force de contre-réaction FP' n'est pas suffisante pour déplacer la bobine de propulsion 5 de l'organe propulseur 13. Comme représenté sur la figure 14, le dispositif de compensation reste donc en position, la glissière 24 et le levier 15 restent immobiles.

7] Seul le disque mobile de l'organe de transmission 10 effectue sa course selon l'axe 8. Dans une première phase, ledit organe effectue un premier déplacement qui tend à ouvrir les contacts électriques 1, 2. Les moyens élastiques 11 exercent alors une première force F1 maximum sur l'organe de transmission 10. Cette première force F1 tend dans une deuxième phase, à ramener les contacts 1, 2 en position fermée.

8] Ainsi, dans un second déplacement, l'organe de transmission 10 retourne à sa position initiale. La tige de déverrouillage 30 vient alors frapper le levier de déverrouillage 15. Une force d'impact provenant de l'énergie dissipée au point d'impact 40, est alors suffisante pour provoquer la rotation du levier de déverrouillage 15 autour de son axe de rotation 27 selon un sens négatif.

9] Cette rotation du levier entraîne de manière concomitante le déplacement de la glissière 24 via l'ergot 29 et la targette de transmission 16. Le io dispositif de compensation 20 est alors opérationnel et le rattrapage de jeu peut avoir lieu.

0] En cas de blocage, comme décrit ci-dessus, l'actionnement du dispositif de compensation mobile 20 est aussi réalisé par l'organe de transmission 10. En effet, ledit organe va actionner au cours de son déplacement, le dispositif de compensation 20 en exploitant l'énergie accumulée par les moyens élastiques 11.

1] Selon une première variante de réalisation représentée sur la figure 15, le levier de déverrouillage comporte deux ergots 29 reliés à la glissière 24 via une targette de transmission 16. Le levier de déverrouillage 15 est montée pivotante autour d'un axe 27. Le déplacement en rotation du levier de déverrouillage 15 dans un sens positif ou dans une sens négatif entraîne par l'intermédiaire de la targette de transmission 16, le déplacement en translation de la glissière 24.

2] Selon une seconde variante de réalisation représentée sur la figure 16, le disque mobile 4 peut contenir une bobine mobile 9. Cette variante peut s'adapter à tous les modes préférentiels de réalisation décrits ci-dessus. Le fonctionnement du dispositif de commutation est le suivant. Afin d'ouvrir les contacts 1, 2, une impulsion de courant est envoyée à la fois dans la bobine de propulsion 5 et dans la bobine mobile 9. L'alimentation des deux bobines est réalisée de manière à ce que les champs magnétiques créés par lesdites bobines, engendrent des forces de propulsion de directions opposées. L'effet global résultant de la présence de ces deux forces, tend alors à écarter le disque 4 de la bobine 5.

3] Selon une autre variante de réalisation, un capteur de déplacement peut être inséré dans le bâti 7 afin de connaître et de qualifier les changements de position de la glissière 24 entre deux déclenchements. Ce capteur de position ou de déplacement peut être un capteur de type capacitif ou inductif. En fonction d'une position de référence correspondante à un état neuf du dispositif d'actionnement 3, la position finale de la glissière 24 permet de déterminer l'usure du dispositif après un temps d'utilisation. Cette information peut être utilisée afin de déterminer le moment adéquat pour effectuer le remplacement d'un dispositif de commutation 3.

4] Selon une autre variante de réalisation, les lumières 19 comportent une forme non rectiligne. Les lumières 19 peuvent notamment prendre la forme d'une portion d'arc de cercle ou de parabole.

5] Comme représenté sur les figures 17A, 17B, la lumière 19 a sensiblement la forme d'un quart de cercle de rayon R19.

6] Comme représenté sur la figure 18, la lumière 19 a la forme de plusieurs portions de cercle aboutées. En effet, la lumière est composée de deux 20 portions de cercle de rayons respectifs R19a et R19b.

7] Comme cela peut être observé sur ces deux variantes, le rapport de transformation Rt des efforts FP' et FP'2 dépend alors de la position des moyens de liaison 18 dans la lumière 19. Autrement dit, pour une force de propulsion donnée FP', l'effort de propulsion FP'2 exercé selon l'axe longitudinal 88 de la glissière 24 varie en fonction de la position de la glissière 24 sur l'axe longitudinal 88.

8] Dans certaines applications, la variation de la force FP'2 peut compenser la variation de l'effort de poussée F2a exercé par le moyen élastique 12. En effet, l'effort F2a est plus ou moins important selon l'état de compression dudit moyen élastique. Cet état de compression est aussi dépendant de la position de la glissière 24 selon l'axe 88.

9] Le dispositif de commutation selon les différents modes de réalisation de l'invention est particulièrement destiné a être combiné à des moyens d'ouverture électrique d'un dispositif de coupure hybride. Les moyens d'ouverture électrique et les moyens d'ouverture mécanique comportant le dispositif de commutation fonctionnent en parallèle.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commutation comprenant: É un contact fixe (1) et un contact mobile (2) qui peut se déplacer par rapport audit contact fixe (1) entre une position d'ouverture et une position de 5 fermeture, É un mécanisme d'actionnement (3) du contact mobile (2) par l'intermédiaire d'un organe propulseur (13) mobile agissant sur un organe de transmission (10), É des premiers moyens élastiques (11) exerçant une première force (Fi) sur o ledit organe de transmission (10) et tendant à maintenir les contacts (1, 2) en position fermée, É des seconds moyens élastiques (12, 28) exerçant une seconde force (F2) sur ledit l'organe propulseur mobile (13) et tendant à maintenir l'organe propulseur (13) au contact avec l'organe de transmission (10), É les forces (F1, F2) étant de sens opposé, la première force (F1) étant supérieure à la seconde force (F2) et inférieure à une force de propulsion (Fp) produite par l'organe propulseur mobile (13) caractérisé en ce que: É les seconds moyens élastiques (12, 28) agissent sur ledit l'organe propulseur mobile (13) par l'intermédiaire d'un dispositif de compensation mobile (20), ledit dispositif de compensation mobile (20) introduisant une transformation de mouvement entre le mouvement de l'organe propulseur (13) et son propre mouvement, un rapport de transformation (Rt) étant égale au rapport entre la longueur du déplacement de l'organe propulseur (13) et la longueur du déplacement du dispositif de compensation mobile (20), É l'organe propulseur mobile (13) comprend un actionneur électromagnétique constitué d'une bobine (5).

2. Dispositif de commutation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de compensation (20) mobile comporte une glissière (24) se déplaçant selon un axe (88) faisant un premier angle (3 avec l'axe (8) de l'organe propulseur (13), ladite glissière étant reliée à l'organe propulseur 5 mobile (13) par des moyens de liaison (17,18,19) transmettant un mouvement de la glissière (24) à l'organe propulseur (13), et réciproquement.

3. Dispositif de commutation selon la revendication 2 caractérisé en que les moyens de liaison (17,18,19) comprennent au moins une tige de commande (17) ayant une première extrémité reliée à l'organe propulseur (13) et une seconde extrémité possédant un téton de centrage (18) pouvant se déplacer dans une lumière (19) présente dans la glissière mobile (24).

4. Dispositif de commutation selon la revendication 3 caractérisé en que la lumière (19) est linéaire et forme un second angle a avec l'axe de déplacement (88) de la glissière (24).

-15

5. Dispositif de commutation selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'organe de transmission (10) comporte une tige de déverrouillage (30) possédant deux extrémités, une première extrémité fixée sur le disque mobile (4) de l'organe de transmission (10), et une seconde extrémité destinée à être en contact (40) avec un levier de déverrouillage (15) relié à ladite glissière (24), un mouvement dudit levier s'accompagnant d'un mouvement de la glissière (24).

6. Dispositif de commutation selon la Yevendication 5 caractérisé en ce qu'il existe une première distance d'ouverture (dl) entre les contacts (1, 2), une seconde distance (d2) entre l'organe propulseur (13) et l'organe de transmission (10), une troisième distance (d3) entre l'extrémité de la tige de déverrouillage (30) et le levier de déverrouillage (15), la première distance (dl) étant supérieure à la seconde distance (d2) et la seconde distance (d2) étant supérieure à la troisième distance (d3).

7. Dispositif de commutation selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il 30 comporte des moyens d'accrochage (50) destinés à maintenir en position d'ouverture le contact mobile (2).

8. Dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le disque mobile (4) comprend une bobine mobile (9) positionnée en vis à vis par rapport à la bobine (5), les axes de révolution des deux bobines étant confondus.

9. Dispositif de commutation l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'organe propulseur (13) est relié au dispositif de compensation mobile (20) par les moyens de liaison (17, 18, 19), le déplacement de l'organe propulseur (13) entraînant celui dispositif de compensation mobile (20).

io

10.Dispositif de commutation l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que l'organe de transmission (10) comporte une tige de déverrouillage (30), le déplacement de l'organe de transmission (10) entraînant par l'intermédiaire de ladite tige celui du dispositif de compensation mobile (20).