WO2000072347A1 - Dispositif de commande d'ouverture et/ou de fermeture, en particulier pour un appareil de coupure tel un disjoncteur, et disjoncteur equipe d'un tel dispositif - Google Patents

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WO2000072347A1 PCT/FR2000/000619 FR0000619W WO0072347A1 WO 2000072347 A1 WO2000072347 A1 WO 2000072347A1 FR 0000619 W FR0000619 W FR 0000619W WO 0072347 A1 WO0072347 A1 WO 0072347A1
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magnets
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rotation
contacts
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Roger Bolongeat
Denis Raphard
Catherine Herault
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Schneider Electric Industries Sa
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    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2263—Polarised relays comprising rotatable armature, rotating around central axis perpendicular to the main plane of the armature

Definitions

  • the present invention relates to an opening and / or closing control device in particular for a breaking device such as a circuit breaker comprising a frame mechanically connected to an actuating rod for the contacts of the device and movable in a support block between a rest position and an active position, at least one permanent magnet and at least one winding, the magnet (s) being able to retain the armature in the rest position, and the (or ) winding (s) being able to generate upon the appearance of an opening order following an overvoltage or other (or respectively of a closing order), a magnetic field capable of counteracting the force of magnets so as to drive the armature towards the active position causing the separation of the contacts (or respectively the closing of the contacts).
  • a breaking device such as a circuit breaker comprising a frame mechanically connected to an actuating rod for the contacts of the device and movable in a support block between a rest position and an active position, at least one permanent magnet and at least one winding, the magnet (s) being able to retain
  • a device comprising a frame mounted linearly sliding in a support, two permanent magnets arranged on either side of the sliding axis of the frame and one or more winding (s) mounted around the armature and able to generate a magnetic field parallel to the aforementioned sliding axis. It follows from this linear movement of the armature, that a relatively large air gap is to be overcome at the start of the movement of the armature towards the active position. As a result, a large amount of energy (ampere-turns) at the start is necessary to drive the armature.
  • the present invention solves these problems and proposes a control device of simple design, in which the energy required at the start is reduced and having a high efficiency, as well as a circuit breaker equipped with such a device.
  • the subject of the present invention is a device of the aforementioned type, this device being characterized in that the aforementioned armature is mounted movable in rotation between two stops formed in the support, said stops respectively delimiting the two above-mentioned positions.
  • the frame comprises an elongated part having two opposite ends of arcuate shape, said part being mounted in rotation about an axis extending perpendicular to the longitudinal direction of the frame.
  • the device comprises two windings capable of generating respectively when excited, two magnetic fields of opposite direction, so as to rotate the armature respectively in one direction to perform the opening operation of the contacts, and in an opposite direction to perform a closing operation of the contacts.
  • the two windings are each located between the two magnets, respectively on one side and the other of the axis so as to be mutually and angularly offset by an angle of about 180 °.
  • the invention also relates to a circuit breaker comprising the above-mentioned characteristics taken alone or in combination.
  • FIG. 1 is a plan view of a device for controlling a circuit breaker, according to the invention, in a rest position corresponding to a closed state of the circuit breaker,
  • FIG. 2 is a view similar to FIG. 1, in a position of the device corresponding to an open state of the circuit breaker,
  • FIG. 3 is a view in longitudinal section, illustrating the device according to the invention used to control several circuit breakers, and
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along JN-IN of the device of FIG. 3.
  • the device comprises an armature 9 of generally elongated shape having two ends of arcuate shape 9a, 9b, secured to an actuating rod 10 extending perpendicular to the longitudinal direction of the frame 9.
  • This frame 9 is mounted to rotate freely in a support block 13 between two positions delimited by stops 11, 12 formed in said support 13.
  • the support block 13 therefore therefore has two guide surfaces for this purpose.
  • stops 11, 12 are angularly offset from one another, relative to the axis X of rotation of the frame, by an angle d 'about 50 °.
  • the two stops 11, 12 are of complementary shape to the parts 9c, 9d of the frame 9 intended to be brought into contact with said stops.
  • Each of these stops 11,12 is constituted by two parts HaJ lbJ2aJ2b of the same orientation, arranged symmetrically with respect to each other, with respect to the axis X of rotation of the armature 9.
  • this support block 13 are arranged two permanent magnets 16,17 arranged opposite to each other and with respect to said axis X, each along one of the two aforementioned guide surfaces 14,15, substantially in the middle of the circumference of these surfaces 14,15, said magnets 16,17 then being offset mutually and angularly relative to the axis X by an angle of about 180 °.
  • the direction of magnetization of these magnets 16,17 is as shown by the arrows in Figures 1 and 2.
  • the device further comprises two coils 18,19 each consisting of a single winding, said coils 18,19 being located on either side of the frame 9 between the guide surfaces 14,15 being offset by an angle of about 180 ° relative to each other around the axis X, each of the coils being located between the two magnets 16,17.
  • the magnets and coils are offset successively and alternately around the axis by an angle of approximately 90 °.
  • the device In normal operation of the circuit, the device is in the closed circuit breaker position shown in FIG. 1. In this position, the armature 9 is in abutment against the first stop llaJlb and retained in this position by the two permanent magnets 16,17. When an opening order appears, the energy supplied to the corresponding coil 18 generates the excitation of the latter until the attraction force of the magnets permanent 16,17 is less than the force associated with the magnetic field generated by the coil. Then, the armature 9 is rotated clockwise. At the start of this movement, the starting air gap f is close to zero, the only air gap influencing e being constant and of a low value. It follows that the energy required at the start for the armature 9 to come off the stop 11 is low.
  • a current is sent to the closing coil 19.
  • the armature 9 moves in the opposite direction, that is to say counterclockwise, until the latter reaches the first stop 11, a position in which it is retained again by the permanent magnets 16, 17, shown in FIG. 1.
  • the opening order may be sent for example by a voluntary action intended to separate the contacts, or else directly following the appearance of an electrical fault in the circuit.
  • the value of the closing and opening torques depends on the arrangement of the magnets, ie the direction of their magnetization.
  • the direction of magnetization can be chosen so that the closing torque is high and the opening torque low (the field of the opening coil being in the sense of magnets).
  • this device could advantageously be used to ensure inter alia the control of vacuum circuit breakers. Thanks to the invention, a stable actuator is obtained in the two limit positions without supplying the coils, the electrical energy being supplied to the coils only during the movement of the armature.
  • the actuator can be mounted in rotation directly on the shaft of the device to be maneuvered, which makes it possible to avoid lifting beam returns.
  • the external parts E of the actuator will advantageously be made so as to limit the induced currents.

Abstract

Le dispositif selon l'invention comprend une armature (9) reliée mécaniquement à une tige d'actionnement (10) des contacts de l'appareil et mobile dans un bloc support (13) entre une position de repos et une position active, au moins un aimant permanent (16, 17) et au moins un enroulement (18, 19). Le (ou les) aimant(s) (16, 17) ont pour fonction de retenir l'armature (9) dans la position de repos, tandis que le (ou les) enroulement(s) (18, 19) ont pour fonction de générer lors de l'apparition d'un ordre d'ouverture suite par exemple à une surtension ou autre (ou d'un ordre de fermeture), un champ magnétique susceptible de contrecarrer la force des aimants de manière à entraîner l'armature (9) vers la position active entraînant la séparation des contacts (ou respectivement la fermeture des contacts). Ce dispositif est caractérisé en ce que l'armature précitée (9) est montée mobile en rotation entre deux butées (11, 12) ménagées dans la support (13), lesdites butées (11, 12) délimitant respectivement les deux positions précitées.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE D'OUVERTURE ET/OU DE FERMETURE, EN PARTICULŒR POUR UN APPAREIL DE COUPURE TEL UN DISJONCTEUR, ET DISJONCTEUR EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF.
La présente invention concerne un dispositif de commande d'ouverture et/ou de fermeture en particulier pour un appareil de coupure tel un disjoncteur comprenant une armature reliée mécaniquement à une tige d'actionnement des contacts de l'appareil et mobile dans un bloc support entre une position de repos et une position active, au moins un aimant permanent et au moins un enroulement, le (ou les) aimant(s) étant apte(s) à retenir l'armature dans la position de repos, et le (ou les) enroulement(s) étant apte(s) à générer lors de l'apparition d'un ordre d'ouverture suite à une surtension ou autre (ou respectivement d'un ordre de fermeture), un champs magnétique susceptible de contrecarrer la force des aimants de manière à entraîner l'armature vers la position active entraînant la séparation des contacts (ou respectivement la fermeture des contacts).
On connaît un dispositif comprenant une armature montée linéairement coulissante dans un support, deux aimants permanents agencés de part et d'autre de l'axe de coulissement de l'armature et un ou plusieurs enroulement(s) monté(s) autour de l'armature et apte(s) à générer un champ magnétique parallèle à l'axe de coulissement précité. Il résulte de ce déplacement linéaire de l'armature, qu'un entrefer relativement important est à vaincre au début du déplacement de l'armature vers la position active. Il en résulte qu'une grande quantité d'énergie (ampère-tours) au départ est nécessaire pour entraîner l'armature.
D'autre part, pendant son mouvement linéaire, l'armature tend à se déplacer latéralement, essayant de se placer dans une position dans laquelle le champs est minimum, d'où il résulte que des frottements sont susceptibles d'être générés sur les paliers pouvant engendrer des efforts importants sur lesdits paliers.
La présente invention résout ces problèmes et propose un dispositif de commande de conception simple, dans lequel l'énergie nécessaire au départ est diminuée et présentant un rendement important, ainsi qu'un disjoncteur équipé d'un tel dispositif.
A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif du genre précédemment mentionné, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'armature précitée est montée mobile en rotation entre deux butées ménagées dans le support, lesdites butées délimitant respectivement les deux positions précitées. Selon une réalisation particulière de l'invention, l'armature comprend une pièce de forme allongée présentant deux extrémités opposées de forme arquée, ladite pièce étant montée en rotation autour d'un axe s 'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale de l'armature.
Selon une caractéristique particulière, le dispositif comporte deux enroulements aptes à générer respectivement lorsqu'excités, deux champs magnétiques de sens opposé, de manière à entraîner en rotation l'armature respectivement dans un sens pour réaliser la manoeuvre d'ouverture des contacts, et dans un sens opposé pour réaliser une manoeuvre de fermeture des contacts.
Selon une autre caractéristique, les deux enroulements sont situés chacun entre les deux aimants, respectivement d'un côté et de l'autre de l'axe de manière à être décalés mutuellement et angulairement d'un angle d'environ 180°.
L'invention a encore pour objet un disjoncteur comprenant les caractéristiques précédemment mentionées prises seules ou en combinaison.
Mais d'autres avantages et caractéristiques apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
La figure 1 est une vue en plan d'un dispositif de commande d'un disjoncteur, conforme à l'invention, dans une position de repos correspondant à un état fermé du disjoncteur,
La figure 2 est une vue similaire à la figure 1 , dans une position du dispositif correspondant à un état ouvert du disjoncteur,
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale, illustrant le dispositif selon l'invention mis en œuvre pour commander plusieurs disjoncteurs, et
La figure 4 est une vue en coupe transversale selon JN-IN du dispositif de la figure 3.
Sur les figures, on voit un dispositif de manoeuvre destiné à assurer l'ouverture des contacts d'un appareil de coupure tel un disjoncteur moyenne tension placé dans un circuit électrique, lors de l'apparition d'un défaut électrique tel une surtension dans ledit circuit. Sur les figures 1 et 2, on voit que selon l'invention le dispositif comprend une armature 9 de forme générale allongée présentant deux extrémités de forme arquée 9a,9b, solidarisée à une tige d'actionnement 10 s 'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale de l'armature 9. Cette armature 9 est montée libre en rotation dans un bloc support 13 entre deux positions délimitées par des butées 11,12 formées dans ledit support 13. Le bloc support 13 comporte donc à cet effet, deux surfaces de guidage en rotation 14,15 de l'armature, de forme circulaire, disposées de manière opposée par rapport à l'axe X de rotation de l'armature 9, et s'étendant chacune entre les deux butées 11,12, lesdites surfaces étant aptes à coopérer avec les deux extrémités précitées 9a,9b de l'armature 9. Ces butées 11,12 sont décalées angulairement l'une de l'autre, par rapport à l'axe X de rotation de l'armature, d'un angle d'environ 50°. Les deux butées 11,12 sont de forme complémentaire aux parties 9c,9d de l'armature 9 destinées à être amenées en contact avec lesdites butées. Chacune de ces butées 11,12 est constituée par deux parties HaJ lbJ2aJ2b de même orientation, disposées symétriquement l'une par rapport à l'autre, par rapport à l'axe X de rotation de l'armature 9. Dans ce bloc support 13 sont agencés deux aimants permanents 16,17 disposés de manière opposée l'un par rapport à l'autre et par rapport audit axe X, chacun le long de l'une des deux surfaces de guidage précitées 14,15, sensiblement au milieu de la circonférence de ces surfaces 14,15, lesdits aimants 16,17 étant alors décalés mutuellement et angulairement par rapport à l'axe X d'un angle d'environ 180°. Le sens d'aimantation de ces aimants 16,17 est tel que représenté par les flèches sur les figures 1 et 2. Le dispositif comporte en outre deux bobines 18,19 constituées chacune par un seul enroulement, lesdites bobines 18,19 étant situées de part et d'autre de l'armature 9 entre les surfaces de guidage 14,15 en étant décalées d'un angle d'environ 180° l'une par rapport à l'autre autour de l'axe X, chacune des bobines étant située entre les deux aimants 16,17. Ainsi, les aimants et bobines sont décalés successivement et alternativement autour de l'axe d'un angle d'environ de 90°.
Sur les figures 3 et 4, on voit que la tige d'actionnement 10 est reliée mécaniquement directement à l'arbre 20 du disjoncteur.
Le fonctionnement du dispositif de l'invention va être décrit brièvement dans ce qui suit en référence aux figures :
En fonctionnement normal du circuit, le dispositif est dans la position disjoncteur fermé représentée sur la figure 1. Dans cette position, l'armature 9 est en appui contre la première butée llaJlb et retenue dans cette position par les deux aimants permanents 16,17. Lors de l'apparition d'un ordre d'ouverture, l'énergie fournie à la bobine correspondante 18 engendre l'excitation de cette dernière jusqu'à ce que la force d'attraction des aimants permanents 16,17 soit inférieure à la force associée au champs magnétique engendré par la bobine. Alors, l'armature 9 est entraînée en rotation dans le sens horaire. Au début de ce mouvement, l'entrefer de départ f est voisin de zéro, le seul entrefer influant e étant constant et d'une valeur faible. Il en résulte que l'énergie nécessaire au départ pour que l'armature 9 se décolle de la butée 11 est faible. Le mouvement poursuivi de rotation de l'armature 9 provoque une rotation correspondante de la tige de déclenchement 10 entraînant l'ouverture des contacts 21,22 du disjoncteur, et par suite l'ouverture du circuit électrique. Lorsque l'armature 9 arrive au contact de la seconde butée 12 (12a, 12b), le courant traversant la bobine d'ouverture 18 est interrompu. Dans cette position du dispositif, représentée sur la figure 2, l'armature 9 est maintenue contre la seconde butée 12 par les deux aimants permanents 16,17.
Afin de réaliser la fermeture du circuit, un courant est envoyé dans la bobine de fermeture 19. Lorsque le champ magnétique correspondant crée par la bobine 19 de fermeture est supérieur au champ crée par les aimants permanents 16,17, l'armature 9 se déplace en sens inverse, c'est à dire anti-horaire, jusqu'à ce que celle-ci atteigne la première butée 11, position dans laquelle elle est retenue de nouveau par les aimants permanents 16,17, représentée sur la figure 1.
On notera que, bien que dans la réalisation précédemment décrite, la commutation pour l'ouverture est réalisée par l'une seulement des deux bobines, la réalisation d'un dispositif dans lequel la commutation pour l'ouverture serait réalisée par l'excitation de deux bobines montées en série ou en parallèle peut être avantageusement envisagée sans sortir du cadre de l'invention.
On notera également que l'ordre d'ouverture pourra être envoyé par exemple par une action volontaire ayant pour but de séparer les contacts, oubien directement à la suite de l'apparition d'un défaut électrique dans le circuit.
De l'agencement des aimants, c'est à dire du sens de leur aimantation, dépend la valeur des couples de fermeture et d'ouverture.
Ainsi, comme ceci est le cas dans la réalisation décrite précédemment, le sens d'aimantation pourra être choisi de manière que le couple de fermeture soit important et le couple d'ouverture faible ( le champ de la bobine d'ouverture se trouvant dans le sens des aimants).
On notera que ce dispositif pourra avantageusement être utilisé pour assurer entre autres la commande de disjoncteurs à vide. On obtient grâce à l'invention un actionneur stable dans les deux positions limites sans alimentation des bobines, l'énergie électrique n'étant fournie aux bobines que pendant le déplacement de l'armature.
La réalisation du bistable en rotation conduit à ce que tous les efforts soient équilibrés, d'où un rendement plus important du dispositif sans que des efforts trop importants soient engendrés sur les paliers.
Les autres avantages du dispositif liés à son architecture sont les suivants :
- L'actionneur peut être monté en rotation directement sur l'arbre du dispositif à manoeuvrer, ce qui permet d'éviter les renvois de palonnier.
- L'intégration du dispositif dans l'architecture du disjoncteur est facilitée et la réalisation d'ensemble est simple.
- Les aimants et les deux butées incorporées dans le circuit, réalisent avec l'armature un entrefer minimum permettant d'obtenir des efforts de maintien importants, entre le rotor et le stator, sans source d'énergie supplémentaire.
On notera que les parties externes E de l'actionneur seront avantageusement réalisées de manière à limiter les courants induits.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Dispositif de commande d'ouverture et/ou de fermeture en particulier pour un appareil de coupure tel un disjoncteur comprenant une armature reliée mécaniquement à une tige d'actionnement des contacts de l'appareil et mobile dans un bloc support entre une position de repos et une position active, au moins un aimant permanent et au moins un enroulement, le (ou les) aimant(s) étant apte(s) à retenir l'armature dans la position de repos, et le (ou les) enroulement(s) étant apte(s) à générer lors de l'apparition d'un ordre d'ouverture suite à une surtension ou autre (ou respectivement d'un ordre de fermeture), un champs magnétique susceptible de contrecarrer la force des aimants de manière à entraîner l'armature vers la position active entraînant la séparation des contacts (ou respectivement la fermeture des contacts), caractérisé en ce que l'armature précitée (9) est montée mobile en rotation entre deux butées (11,12) ménagées dans le support (13), lesdites butées (11,12) délimitant respectivement les deux positions précitées.
2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature (9) comprend une pièce de forme allongée présentant deux extrémités opposées (9a, 9b) de forme arquée, ladite pièce étant montée en rotation autour d'un axe X s 'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale de l'armature (9).
- .- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bloc support (13) comporte, entre les butées précitées (11,12), deux surfaces de guidage en rotation (14,15), aptes à coopérer avec les deux extrémités précitées (9a, 9b) de l'armature (9).
4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux butées (11,12) sont de forme complémentaire aux parties (9c, 9d) de l'armature (9) destinées à être amenées en contact avec lesdites butées (11,12).
5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des butées (11,12) est constituée par deux portions de butée (HaJ lbJ2aJ2b) disposées de manière symétrique l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'axe X de rotation de l'armature (9).
6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux aimants permanents (16,17) agencés respectivement le long des deux surfaces de guidage précitées (14,15), de manière opposée l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'axe de rotation X précité.
7 '.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux aimants précités (16,17) sont situés respectivement sensiblement au milieu de la circonférence des deux surfaces de guidage précitées (14J5).
8.- Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un enroulement (18,19) agencé dans le support (13) entre les deux surfaces de guidage précitées (14J5), le(les) dit(s) enroulement(s) étant décalé(s) angulairement par rapport à chacun des aimants d'un angle d'environ 90°.
9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux enroulements (18,19) aptes à générer respectivement lorsqu'excités, deux champs magnétiques de sens opposé, de manière à entraîner en rotation l'armature (9) respectivement dans un sens pour réaliser la manoeuvre d'ouverture des contacts, et dans un sens opposé pour réaliser une manoeuvre de fermeture.
10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux enroulements (18, 19) sont situés chacun entre les deux aimants (16,17) respectivement d'un côté et de l'autre de l'axe X, de manière à être décalés mutuellement et angulairement d'un angle d'environ 180°.
11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le sens d'aimantation des aimants (16,17) est choisi de manière que le couple de fermeture soit plus important que le couple d'ouverture.
12. -Disjoncteur équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
PCT/FR2000/000619 1999-05-20 2000-03-15 Dispositif de commande d'ouverture et/ou de fermeture, en particulier pour un appareil de coupure tel un disjoncteur, et disjoncteur equipe d'un tel dispositif WO2000072347A1 (fr)

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