WO2012042124A1 - Actionneur electromagnetique a accrochage magnetique et dispositif de coupure comportant un tel actionneur - Google Patents

Actionneur electromagnetique a accrochage magnetique et dispositif de coupure comportant un tel actionneur Download PDF

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WO2012042124A1
WO2012042124A1 PCT/FR2011/000503 FR2011000503W WO2012042124A1 WO 2012042124 A1 WO2012042124 A1 WO 2012042124A1 FR 2011000503 W FR2011000503 W FR 2011000503W WO 2012042124 A1 WO2012042124 A1 WO 2012042124A1
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WO
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core
magnetic
movable
electromagnetic actuator
yoke
Prior art date
Application number
PCT/FR2011/000503
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English (en)
Inventor
Jean-Pierre Kersusan
Bernard Loiacono
Michel Lauraire
Original Assignee
Schneider Electric Industries Sas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries Sas filed Critical Schneider Electric Industries Sas
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/38—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electromagnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6662—Operating arrangements using bistable electromagnetic actuators, e.g. linear polarised electromagnetic actuators

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator with magnetic attachment comprising a movable core mounted to slide axially along a longitudinal axis inside a magnetic yoke between a latching position and an open position.
  • the actuator further comprises a permanent magnet and a coil extending axially along the longitudinal axis of the cylinder head.
  • the coil is intended to generate a first magnetic control flux for moving the movable core from an open position to a latching position and a second magnetic control flux opposing a bias flux of the permanent magnet. and allowing movement of the movable core from the latching position to the open position.
  • the invention relates to a cut-off device comprising at least one fixed contact cooperating with at least one movable contact for switching the supply of an electric charge.
  • the invention therefore aims to overcome the disadvantages of the state of the art, so as to provide an electromagnetic actuator with high energy efficiency.
  • the permanent magnet of the electromagnetic actuator according to the invention is positioned on the mobile core so as to be at least partly outside the fixed magnetic circuit in which the first control magnetic flux flows when the mobile core is in a position opening hours, and to be less in part within the fixed magnetic circuit used for the circulation of the bias magnetic flux generated by the magnet when the movable core is in a latching position.
  • the permanent magnet is radially magnetized perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder head.
  • the yoke comprises an inner sleeve extending around the movable core, the permanent magnet being positioned on the movable core so as to be at least partly opposite the inner sleeve of the magnetic yoke when the core mobile is in a hooking position.
  • the inner sleeve extends over an overlapping distance placed in facing relation with the permanent magnet in the hooking position.
  • the inner sleeve is separated from the movable core by a radial sliding air gap remaining uniform during the translational movement of the movable core.
  • the permanent magnet is axially magnetized aligned along the longitudinal axis of the cylinder head.
  • the permanent magnet is positioned on the movable core so as to be entirely outside the magnetic yoke when the movable core is in an open position. According to a particular embodiment, the permanent magnet is positioned on the movable core so as to be entirely inside the magnetic yoke when the movable core is in an open position.
  • the actuator comprises a cover of non-ferromagnetic material at an outer face of the magnetic yoke so as to cover the entire movable core in the open position.
  • the movable core has a radial surface intended to stick against the magnetic yoke in the attachment position, said surface being less than an average section of said core.
  • the electromagnetic actuator comprises at least one return spring opposing the displacement of said core from its open position to its attachment position.
  • the magnetic mobile core is coupled to a non-magnetic actuating member extending along the longitudinal axis.
  • the electromagnetic actuator comprises a movable sleeve that can be actuated manually or via an electromechanical actuator.
  • the breaking device according to the invention comprises at least one electromagnetic actuator as defined above for actuating said at least one moving contact.
  • FIGS. 1A and 1B show sectional views of the electromagnetic actuator in the closing phase in two operating positions according to a first embodiment of the invention
  • Figures 2A and 2B show sectional views of the electromagnetic actuator in opening phase in two operating positions according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 3A and 3B show sectional views of the electromagnetic actuator in the closing phase in two operating positions according to an alternative embodiment according to FIGS. 1A and 1B
  • FIGS. 4A and 4B show sectional views of the electromagnetic actuator in the closing phase in two operating positions according to a second embodiment of the invention
  • FIGS. 1A and 1B show sectional views of the electromagnetic actuator in the closing phase in two operating positions according to a first embodiment of the invention
  • Figures 2A and 2B show sectional views of the electromagnetic actuator in opening phase in two operating positions according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 3A and 3B show sectional views of the electromagnetic actuator in the closing phase in two operating positions according to an alternative embodiment according to FIGS. 1A and 1B
  • FIGS. 1A and 1B show sectional views of the electromagnetic actuator in the closing phase in two operating positions according to an alternative embodiment according to FIGS. 1A and 1B;
  • Figures 6 and 7 show sectional views of alternative embodiments of the electromagnetic actuator according to Figures 1A and 2A;
  • Figures 8, 9 and 10 show sectional views of alternative embodiments of the electromagnetic actuator according to the embodiments of the invention;
  • Figures 11A and 11B show sectional views of an alternative embodiment of the electromagnetic actuator in the closed position according to Figure 1A;
  • FIG. 12 represents a view of a block diagram of the electromagnetic actuator coupled to a cut-off device.
  • the electromagnetic actuator 1 with magnetic hooking comprises a fixed magnetic circuit of ferromagnetic material.
  • the fixed magnetic circuit comprises a yoke 20 extending along a longitudinal axis Y.
  • the yoke 20 of the magnetic circuit has at its opposite ends a first and a second flange 22, 24 parallel.
  • the flanges 22, 24 extend perpendicularly to the longitudinal axis Y of the yoke 20.
  • the yoke 20 is composed of two plates of ferromagnetic material elongate and positioned relative to each other so as to release an internal volume.
  • the two plates are kept parallel by the first and second flanges 22, 24 placed respectively at the ends of said plates.
  • Said flanges are made of ferromagnetic material.
  • the cylinder head 20 of parallelepiped shape has at least two open faces on the internal volume.
  • the two plates and the first flange 22 may be a single piece obtained by folding, machining or sintering.
  • said flanges could be made by a stack of laminated sheets to reduce the induced currents and associated losses. This set may be parallelepipedal or axisymmetric.
  • the electromagnetic actuator comprises at least one fixed control coil 30 mounted preferably on an insulating sleeve 32 inside the yoke 20. Said at least one coil extends axially between the first flange 22 and the second flange 24.
  • the electromagnetic actuator comprises a mobile core 16 mounted to slide axially in the direction of a longitudinal axis of the cylinder head 20.
  • the mobile core 16 is positioned inside the coil.
  • the displacement of the movable core 16 is thus carried out inside the control coil 30, between two operating positions, hereinafter called the attachment position PA and the open position PO.
  • Said at least one coil 30 is intended to generate in the magnetic circuit in the open position PO a first magnetic control flux ⁇ so as to move the movable core 16 from the open position PO to the hooking position PA.
  • said at least one coil 30 is intended to generate in the magnetic circuit in the attachment position PA, a second control magnetic flux ⁇ C2 capable of facilitating the displacement of the mobile core 16 from its attachment position PA to its position. OP opening position.
  • the mobile core 16 is composed of a cylinder of ferromagnetic material.
  • a first radial face of the cylinder is intended to be in contact with the first flange 22 when the core is in the operating position said PA hooking.
  • a first axial gap e1 corresponds to the gap between the first flange 22 and the mobile core 16. This gap is maximum when the movable core is in OP open position as shown in Figure 1A. This gap is zero or very weak when the movable core is in the attachment position PA as shown in Figure 1 B.
  • a second radial face of the cylinder is preferably intended to be positioned substantially outside the volume formed by the yoke and the flanges when the core is in the operating position OP said opening.
  • the movable core 16 comprises a permanent magnet 14.
  • This permanent magnet may be unique and / or annular and / or formed of several parallelepiped magnets placed side by side on the periphery of the core.
  • the thickness of the magnet is calibrated to optimize its magnetic operation knowing that its effectiveness is related to the ratio between its thickness and the gap lengths present in the magnetic circuit in the position for which its maximum efficiency is sought.
  • the permanent magnet 14 is intended to generate a polarization flux ⁇ giving rise to a magnetic coupling force FA now adhered to the mobile core 16 against the first flange 22 when said core is in the attachment position PA.
  • the movable core 16 When the movable core 16 is in the attachment position PA, the latter is held glued against the first flange 22 by the magnetic gripping force FA due to a polarization flux ⁇ generated by the permanent magnet 14.
  • the movable core 16 is intended to be biased in the open position PO by at least one return spring 36.
  • the restoring force FR of the return spring 36 tends to oppose the magnetic catching force FA generated by the Permanent magnet 14.
  • the intensity at the magnetic gripping force FA is of greater intensity than the biasing force of said at least one return spring 36.
  • the magnetic catching force FA is generally calculated so as to oppose not only the return force FR but also the release forces related to shocks and / or accelerations experienced by the actuator in the closed position. These release forces, which depend on the target shock resistance level and the moving masses, are added to that of the return force FR.
  • the magnetic mobile core 16 is coupled to a non-magnetic actuating member 18 axially through an opening 17 formed in the first flange 22.
  • the core 16 and the actuating member 18 forming the movable element of the actuator 1.
  • the non-magnetic actuating member 18 is intended to drive a vacuum bulb.
  • the axial position of the magnet 14 on the movable core 16 is such that in the open position PO, said magnet is positioned, in whole or in part, outside. of the fixed magnetic circuit used for the circulation of the first control magnetic flux ⁇ 01 generated by the coil 30.
  • the magnetic polarization flux ⁇ of the magnet does not intervene or very little in the closure of the actuator, especially in the displacement of the core 16 of the open position PO after the attachment position PA.
  • the axial position of the magnet 14 on the movable core 16 is also realized in such a way that in the hooking position PA, said magnet is positioned, all or part, inside the fixed magnetic circuit used for the circulation of the polarization magnetic flux ⁇ generated by the magnet 14.
  • the magnetic polarization flux ⁇ ) of the magnet then intervenes effectively to maintain the core 16 in the PA hooking position.
  • the permanent magnet 14 is magnetized perpendicular to the direction of movement of said core.
  • the magnet is preferably entirely represented outside the magnetic circuit used for the circulation of the first control magnetic flux OC1.
  • said magnet is placed outside the internal volume of the magnetic yoke.
  • This relative positioning of the magnet 14 relative to the outer face of the second flange 24 provides a possibility of dosing the contribution of the magnetic flux of the magnet in the closing phase of the actuator.
  • the inner face of the second flange 24 comprises an inner sleeve 46 extending partially in an annular space arranged coaxially around the mobile core 16.
  • the movable core 16 is then separated from said sleeve 46 by a second radial air gap e2 remaining substantially uniform during the translational movement of the mobile core 16.
  • the sleeve 46 in the attachment position PA, covers the movable core 16 over a covering distance L.
  • the sleeve 46 is preferably tubular in ferromagnetic material. It can be an integral part of the flange or be fixed thereto by fastening means.
  • the sliding air gap e2 and the overlap distance L between the movable core 16 and the sleeve 46 are adjusted so that the reluctance of the entire magnetic circuit 20 is as low as possible and this, over the entire race of the core. mobile 16 between the two operating positions.
  • this distance L must allow a total recovery of the magnet in this position.
  • the return spring 36 is preferably positioned outside the yoke 20.
  • first external support such as a frame 100 and comprises a second bearing surface on a stop 19 placed on the actuating member 18.
  • said stop 19 is supported on the second outer support.
  • the second external support may in particular be part of the outer face of the first flange 22.
  • Said at least one coil 30 is intended to generate in the magnetic circuit in the open position PO, a first control magnetic flux ⁇ 01 which tends to oppose the action of the return spring 36 so as to move the core 16 mobile from its open position PO to its hooking position PA.
  • FIGS. 1A and 1B respectively represent the actuator firstly at the beginning of the closing phase and secondly at the end of the closing phase.
  • Said at least one coil 30 is also intended to generate in the magnetic circuit in the attachment position PA, a second control magnetic flux ⁇ 02 which opposes the polarization flux ⁇ of the permanent magnet 14 so as to release the core 16 movable and allow its movement from the hooking position PA to the open position PO.
  • FIGS. 2A and 2B respectively represent the actuator on the one hand at the beginning of the opening phase and on the other hand at the end of the opening phase. The displacement of the movable core 16 from the attachment position PA to the open position PO is under the action of said at least one return spring 36.
  • the magnet 14 with radial magnetization is positioned outside the fixed magnetic circuit used for the circulation of the first magnetic control flux ⁇ 1 while being placed at the same time. inside the internal volume of the magnetic yoke.
  • the polarization magnetic flux ⁇ of the magnet does not intervene or very little in the closure of the actuator, in particular in the displacement of the core 16 from the open position PO to the gripping position PA.
  • said magnet is always inside the internal volume of the yoke 20 of the actuator whatever the operating position of the core. In the latching position and in the open position, the magnet is thus protected from external events.
  • the section of the core that comes into contact with the magnetic circuit in the closed position is reduced relative to the section of said core.
  • the reluctance of the magnetic circuit in the closed position is thus reduced which improves the efficiency of the actuator by decreasing the opening and closing energies.
  • a value of the contact surface between the core and the first flange is thus adaptable as needed.
  • a minority part of the magnet is positioned partially in the magnetic circuit used for the circulation of the control magnetic flux ⁇ 1.
  • a minority part of the magnet is placed inside the internal volume of the magnetic yoke.
  • the magnet is preferably partially represented in the magnetic circuit so that the polarization flux ⁇ of the magnet circulates in the magnetic circuit and thus participates in the closing of the electromagnetic actuator 1.
  • the magnet 14 is positioned in the hooking position PA so that a portion of the second control flow ⁇ 02 of the coil opposes the flow. polarization ⁇ ) of the magnet 14 without passing through the latter.
  • the efficiency of the control coil 30 increases.
  • a minority portion of the magnet is positioned in the magnetic circuit used for the circulation of the second control magnetic flux OC2.
  • a portion of the sleeve 46 extends beyond the magnet. This variant, however, facilitates a local re-closure of the polarization flux ⁇ of the magnet 14 thus reducing its efficiency.
  • the portion of the sleeve 46 extending beyond the magnet is separated from the core by a sliding gap adjustable thickness.
  • This adjustable air gap makes it possible in particular to avoid a short circuit of the flux of the magnet when the core is in the attachment position PA.
  • the permanent magnet 14 is magnetized aligned in the direction of movement of said core.
  • Said magnet is represented entirely outside the magnetic circuit used for the circulation of the first control magnetic flux OC1.
  • said magnet is preferably placed outside the internal volume of the magnetic yoke.
  • the inner face of the second flange 24 comprises an inner sleeve 46 extending partially in an annular space arranged coaxially around the mobile core 16.
  • the movable core 16 is then separated from said sleeve 46 by a second radial air gap e2 remaining substantially uniform during the translational movement of the mobile core 16.
  • the sleeve 46 in the hooking position PA, covers the mobile core 16 over a covering distance L.
  • the sleeve 46 is preferably tubular in ferromagnetic material. It can be an integral part of the flange or be fixed thereto by fastening means.
  • the sliding air gap e2 and the overlap distance L between the movable core 16 and the sleeve 46 are adjusted so that the first control magnetic flux OC1 generated by the coil does not pass through the magnet during the entire closing phase. that is to say when the core goes from the open position PO to the attachment position PA.
  • the magnet 14 with axial magnetization is positioned outside the fixed magnetic circuit used for the circulation of the first control magnetic flux ⁇ t> C1. by being placed inside the internal volume of the magnetic yoke.
  • the polarization magnetic flux ⁇ of the magnet does not intervene or very little in the closing of the actuator, in particular in the displacement of the core 16 from the open position PO to the attachment position PA.
  • said magnet is always inside the internal volume of the yoke 20 of the actuator whatever the operating position of the core. In the attachment position PA and in the open position PO, the magnet is thus protected from external events.
  • the section of the core that comes into contact with the magnetic circuit in the closed position is reduced relative to the section of said core.
  • said core comprises a magnetic shunt.
  • the magnet is constituted a ring or a disc of section inferior to that of the nucleus.
  • the fact of the presence of the magnetic shunt the risk of demagnetization of the magnet are greatly reduced.
  • the magnet is then preferably replaced by a portion of magnetizable material such as hard steel type ALNICO.
  • the invention relates to a cutoff device 22 comprising an electromagnetic actuator 1 as defined above.
  • the cut-off device 22 is a circuit breaker including in particular at least one bulb 2.
  • This bulb 2 can be a vacuum interrupter or a conventional breaking chamber circuit breaker.
  • the operation of the electromagnetic actuator 1 is as follows.
  • a first opening force FR applied by the return spring 36 to the movable core 16 via a non-magnetic actuating member 18 tends to keep the movable core 16 in an open position, the contacts being in open position.
  • the coil 30 When the coil 30 is energized, the coil 30 generates a first control flow CI which then produces an electromagnetic closing force.
  • this closing force FFE is greater than the first opening force FR
  • the movable core 16 moves from its open position PO to its hooking position PA.
  • this core encounters a second opening force FP corresponding to the pressure force applied to the contacts of the at least one bulb 2.
  • the core will then have to compress these springs. contact pressure 37 on the remaining travel to go to get the PA hooking position and corresponding to the contact wear guard.
  • the work stored by the core during its displacement from the open position to the impact position of the poles must then be sufficient to guarantee a free closure (without stop) of the contacts in order to avoid the risk of welding of these contacts. this. That is why the respective values of the second opening force FR, the opening stroke and the power injected into the coil must be optimized so as to obtain this clear closure of the core.
  • the magnetic gripping force FA is generally calculated in order firstly to oppose the first and second opening forces FR and FP and secondly to oppose the shear stresses related to the shocks to the actuator in closed position.
  • the release forces in addition to those of the first and second opening forces FR and FP.
  • Electromagnetic actuation 1 To move from a closed position to an open position of the contacts of said at least one bulb 2, in other words from the attachment position PA to the open position PO of the mobile core 16, the operation of the device Electromagnetic actuation 1 is as follows. Two opposing forces apply on the mobile core 16; a magnetic coupling force FA due to the polarization flux ⁇ of the magnet 14 and the sum of the opening forces FR, FP resulting from the forces applied by the return springs 36 and the pole pressures 37. The magnetic force FA is then of greater intensity than the opening forces FR + FP.
  • the control coil 30 is then energized to generate a second control flow.
  • This second control flow flows in a direction opposite to the polarization flux ⁇ of the magnet 14 to thereby reduce the magnetic coupling force FA.
  • the movable core 16 moves from its attachment position PA to its open position PO thus causing the opening of the contact.
  • This opening is frank and continuous because of the geometry of the actuator having no stable intermediate position.
  • the electromagnetic actuator comprises a mobile sleeve 47 of material ferromagnetic.
  • the longitudinal axis of said sleeve coincides with that of the movable core 16.
  • said sleeve is positioned in a first operating position so as not to be part of the magnetic circuit and that the polarization flux ⁇ of the magnet 14 does not flow through the sleeve when the actuator is in its open position PO.
  • said sleeve may be positioned in a second operating position so as to form part of the magnetic circuit when the actuator is in its hooking position PA.
  • the movable sleeve 47 is in this second position, bearing against the outer face of the second flange 24. In this second position, the sleeve allows to deflect part of the flow of the magnet 14 reducing and its effectiveness in the maintenance of the movable core 16 in PA hooking position, and thus allowing the displacement of the movable core 16 from its attachment position PA to its open position PO.
  • the displacement of the movable sleeve 47 can be actuated via a manually controlled mechanism when the energy required to reopen the actuator has failed.
  • the displacement of the movable sleeve 47 could also be achieved using an electromagnetic actuator.
  • the coil of said actuator can be controlled instead of the coil 30 to achieve the opening of the core.
  • the second actuator allowing the displacement of the sleeve can also be controlled in the event of an overload fault. or short circuit in the electrical installation protected by the at least one bulb or circuit breaker.
  • a non-magnetic cover is positioned at the outer surface of the second flange 24 so as to protect the magnet metal dust or not.
  • the section of the mobile core 16 at its end placed on the side of the first flange 22 can be reduced to a small height in order to increase the retaining force from magnet 14.
  • This reduction can be performed in the axis of the core or at its periphery.
  • the particular location of this section reduction of the core makes it possible to increase the bonding force of the core 16 without impairing its efficiency during its closing movement from the open position PO to the gripping position PA.
  • the electromagnetic actuator comprises a fixed core 67 placed inside the internal volume of the magnetic yoke against the internal face of the first flange 22.
  • the fixed core 67 made of ferromagnetic material , may or may not integral with said flange.
  • the fixed core 67 concentrating the flow of the control coil increases its efficiency.
  • the core may have a parallelepiped shape.
  • the electromagnetic actuator may comprise geometries having asymmetrical shapes.

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Abstract

Actionneur électromagnétique comprenant un noyau (16) mobile entre une position d'accrochage (PA) et une position d'ouverture (PO), un aimant permanent (14), une bobine (30) destinée à engendrer un premier flux magnétique de commande (φC1 ) pour déplacer le noyau (16) d'une position d'ouverture (PO) à une position d'accrochage (PA), un second flux magnétique de commande (φ02) apte à faciliter le déplacement le noyau (16) mobile de la position d'accrochage (PA) vers la position d'ouverture (PO). L'aimant permanent (14) est positionné sur le noyau (16) mobile de manière à être au moins en partie en dehors du circuit magnétique fixe dans lequel circule le premier flux magnétique de commande (φC1 ) en position d'ouverture (PO), et être au moins en partie à l'intérieur du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation d'un flux magnétique de polarisation φU de l'aimant 14 en position d'accrochage (PA).

Description

ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE A ACCROCHAGE MAGNETIQUE ET DISPOSITIF DE COUPURE COMPORTANT UN TEL ACTIONNEUR
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention est relative à un actionneur électromagnétique à accrochage magnétique comprenant un noyau mobile monté à coulissement axial selon un axe longitudinal à l'intérieur d'une culasse magnétique entre une position d'accrochage et une position d'ouverture. L'actionneur comprend en outre un aimant permanent et une bobine s'étendant axialement selon l'axe longitudinal de la culasse. La bobine est destinée à engendrer un premier flux magnétique de commande pour déplacer le noyau mobile d'une position d'ouverture à une position d'accrochage et un second flux magnétique de commande s'opposant à un flux de polarisation de l'aimant permanent et autorisant le déplacement du noyau mobile de la position d'accrochage vers la position d'ouverture.
L'invention est relative à un dispositif de coupure comportant au moins un contact fixe coopérant avec au moins un contact mobile destiné à commuter l'alimentation d'une charge électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
L'utilisation d'actionneurs électromagnétiques à accrochage magnétique pour les commandes d'ouverture et de fermeture d'un dispositif de coupure, notamment d'ampoule à vide, est connue et décrite notamment dans des brevets (EP0867903B1 , US6373675B1 ).
Compte tenu de la géométrie du circuit magnétique des différents actionneurs connus, l'obtention des efforts utiles au déplacement des mécanismes de commande nécessite généralement d'utiliser des bobinages de commande de taille importante ou délivrant une puissance électrique de commande (nombre d'ampères tours) très importante du fait de faible rendement de l'actionneur électromagnétique. En outre, compte tenu du positionnement du ou des aimants dans le circuit magnétique, il est possible d'observer des risques de démagnétisation desdits aimants. En effet, comme représenté dans la demande de brevet WO95/07542, lorsque les aimants sont placés en série dans le circuit magnétique, le flux magnétique généré par la bobine de commande peut s'opposer à celui de l'aimant et provoquer à terme la démagnétisation desdits aimants, notamment lors de l'ouverture des contacts.
D'autres solutions telles que notamment décrites dans la demande de brevet WO2008/135670 nécessitent des volumes d'aimants très importants pour garantir le maintien de la position de fermeture même lors de chocs mécaniques importants. Ces aimants sont donc coûteux.
Des solutions telles que décrites dans la demande de brevet WO95/07542 présentent des risques de position intermédiaire stable en l'absence d'un ressort de rappel suffisant. Or, il n'est pas souhaitable d'avoir de positions stables de l'actionneur autres que les positions ouverte et fermé. Pour remédier à ce problème, des ressorts de rappel surdimensionnés sont utilisés pour l'ouverture des actionneurs ce qui implique un besoin d'énergie supplémentaire pour la fermeture desdits actionneurs (phase d'appel).
Enfin, des solutions telles que décrites dans le brevet EP1012856B1 impose l'utilisation de 2 bobines distinctes l'une pour la fermeture et l'autre pour l'ouverture imposant ainsi un coût supplémentaire.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un actionneur électromagnétique à haut rendement énergétique.
L'aimant permanent de l'actionneur électromagnétique selon l'invention est positionné sur le noyau mobile de manière à être au moins en partie en dehors du circuit magnétique fixe dans lequel circule le premier flux magnétique de commande lorsque le noyau mobile est dans une position d'ouverture, et à être au moins en partie à l'intérieur du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation du flux magnétique de polarisation généré par l'aimant lorsque le noyau mobile est dans une position d'accrochage.
Selon un premier mode de développement de l'invention, l'aimant permanent est à aimantation radiale perpendiculaire à l'axe longitudinal de la culasse.
Avantageusement, la culasse comprend un manchon interne s'étendant autour du noyau mobile, l'aimant permanent étant positionné sur le noyau mobile de manière à être au moins en partie en vis-à-vis du manchon interne de la culasse magnétique lorsque le noyau mobile est dans une position d'accrochage. De préférence, le manchon interne s'étend sur une distance de recouvrement placée en vis-à-vis avec l'aimant permanent en position d'accrochage.
De préférence, le manchon interne est séparé du noyau mobile par un entrefer glissant radial restant uniforme durant le déplacement en translation du noyau mobile. Selon un second mode de développement de l'invention, l'aimant permanent est à aimantation axiale aligné selon l'axe longitudinal de la culasse.
Selon un mode particulier de réalisation, l'aimant permanent est positionné sur le noyau mobile de manière à être entièrement à l'extérieur de la culasse magnétique lorsque le noyau mobile est dans une position d'ouverture. Selon un mode particulier de réalisation, l'aimant permanent est positionné sur le noyau mobile de manière à être entièrement à l'intérieur de la culasse magnétique lorsque le noyau mobile est dans une position d'ouverture.
Selon une variante de réalisation, l'actionneur comporte un capot en matériau non ferromagnétique au niveau d'une face externe de la culasse magnétique de manière à recouvrir tout le noyau mobile en position d'ouverture.
Selon une variante de réalisation, le noyau mobile comporte une surface radiale destinée à se coller contre la culasse magnétique en position d'accrochage, ladite surface étant inférieure à une section moyenne dudit noyau. De préférence, l'actionneur électromagnétique comporte au moins un ressort de rappel s'opposant au déplacement dudit noyau de sa position d'ouverture vers sa position d'accrochage.
Selon un mode particulier de réalisation, le noyau mobile magnétique est couplé à un organe d'actionnement non magnétique s'étendant selon l'axe longitudinal.
Avantageusement, l'actionneur électromagnétique comporte un manchon mobile pouvant être actionné manuellement ou par l'intermédiaire d'un actionneur électromécanique.
Le dispositif de coupure selon l'invention comprend au moins un actionneur électromagnétique tel que défini ci-dessus pour actionner ledit au moins contact mobile.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : les figures 1A et 1 B représentent des vues en coupe de l'actionneur électromagnétique en phase de fermeture dans deux positions de fonctionnement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 2A et 2B représentent des vues en coupe de l'actionneur électromagnétique en phase d'ouverture dans deux positions de fonctionnement selon un premier mode de réalisation de l'invention ; les figures 3A et 3B représentent des vues en coupe de l'actionneur électromagnétique en phase de fermeture dans deux positions de fonctionnement selon une variante de réalisation selon les figures 1 A et 1 B ; les figures 4A et 4B représentent des vues en coupe de l'actionneur électromagnétique en phase de fermeture dans deux positions de fonctionnement selon un second mode de réalisation de l'invention ; les figures 5A et 5B représentent des vues en coupe de l'actionneur électromagnétique en phase de fermeture dans deux positions de fonctionnement selon une variante de réalisation selon les figures 1A et 1 B ; les figures 6 et 7 représentent des vues en coupe de variantes de réalisation de l'actionneur électromagnétique selon les figures 1A et 2A ; les figures 8, 9 et 10 représentent des vues en coupe de variantes de réalisation de l'actionneur électromagnétique selon les modes de réalisation de l'invention ; les figures 11A et 11 B représentent des vues en coupe d'une variante de réalisation de l'actionneur électromagnétique en position fermée selon la figure 1A ; la figure 12 représente une vue d'un schéma synoptique de l'actionneur électromagnétique couplé à un dispositif de coupure.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Selon un premier mode de réalisation tel que présenté sur les figures 1A à 1 B, l'actionneur électromagnétique 1 à accrochage magnétique comprend un circuit magnétique fixe en matériau ferromagnétique.
Le circuit magnétique fixe comprend une culasse 20 s'étendant selon un axe longitudinal Y. La culasse 20 du circuit magnétique comporte à ses extrémités opposées un premier et un deuxième flasque 22, 24 parallèles. Les flasques 22, 24 s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal Y de la culasse 20.
De préférence, la culasse 20 est composée de deux plaques en matériau ferromagnétique allongées et positionnées l'une par rapport à l'autre de telle sorte à libérer un volume interne. Les deux plaques sont maintenues parallèles par le premier et second flasque 22, 24 placés respectivement aux extrémités desdites plaques. Lesdits flasques sont réalisés en matériau ferromagnétique. Selon un mode particulier de réalisation, la culasse 20 de forme parallélépipédique comporte au moins deux faces ouvertes sur le volume interne.
Selon un autre exemple de réalisation, les deux plaques et le premier flasque 22 peuvent être une seule et même pièce obtenue par pliage, usinage ou frittage. En outre, lesdits flasques pourraient être réalisés par un empilement de tôles feuilletées afin de diminuer les courants induits et les pertes associées. Cet ensemble peut être parallélépipédique ou axisymétrique.
L'actionneur électromagnétique comprend au moins une bobine de commande 30 fixe montée de préférence sur un fourreau 32 isolant à l'intérieur de la culasse 20. Ladite au moins une bobine s'étend axialement entre le premier flasque 22 et le deuxième flasque 24.
L'actionneur électromagnétique comprend un noyau 16 mobile monté à coulissement axial selon la direction d'un axe longitudinal de la culasse 20.
Le noyau 16 mobile est positionné à l'intérieur de la bobine. Le déplacement du noyau mobile 16 s'effectue ainsi à l'intérieur de la bobine de commande 30, entre deux positions de fonctionnement appelées par la suite position d'accrochage PA et position d'ouverture PO.
Ladite au moins une bobine 30 est destinée à engendrer dans le circuit magnétique en position d'ouverture PO un premier flux magnétique de commande φΟΙ de manière à déplacer le noyau 16 mobile de la position d'ouverture PO à la position d'accrochage PA. En outre, ladite au moins une bobine 30 est destinée à engendrer dans le circuit magnétique en position d'accrochage PA, un second flux magnétique de commande §C2 apte à faciliter le déplacement le noyau 16 mobile de sa position d'accrochage PA à sa position d'ouverture PO.
De préférence, le noyau 16 mobile est composé d'un cylindre en matériau ferromagnétique.
Une première face radiale du cylindre est destinée à être en contact avec le premier flasque 22 lorsque le noyau est dans la position de fonctionnement dit d'accrochage PA. Un premier entrefer e1 axial correspond à l'intervalle entre le premier flasque 22 et le noyau 16 mobile. Cet entrefer est maximal lorsque le noyau mobile est en position d'ouverture PO tel que représenté sur la figure 1A. Cet entrefer est nul ou très faible lorsque le noyau mobile est en position d'accrochage PA tel que représenté sur la figure 1 B.
Une seconde face radiale du cylindre est destinée de préférence à être positionnée sensiblement à l'extérieur du volume formé par la culasse et les flasques lorsque le noyau est dans la position de fonctionnement dit d'ouverture PO.
Le noyau mobile 16 comporte un aimant 14 permanent. Cet aimant 14 permanent peut-être unique et/ou annulaire et/ou formé de plusieurs aimants parallélépipédiques placés cote à cote en périphérie du noyau. L'épaisseur de l'aimant est calibrée pour optimiser son fonctionnement magnétique sachant que son efficacité est liée au rapport entre son épaisseur et les longueurs d'entrefer présentes dans le circuit magnétique dans la position pour laquelle on recherche son efficacité maximale. L'aimant 14 permanent est destiné à générer un flux de polarisation ψυ donnant naissance à une force magnétique d'accrochage FA maintenant collé le noyau 16 mobile contre le premier flasque 22 lorsque ledit noyau est en position d'accrochage PA.
Lorsque le noyau 16 mobile est en position d'accrochage PA, ce dernier est maintenu collé contre le premier flasque 22 par la force magnétique d'accrochage FA due à un flux de polarisation φΙΙ généré par l'aimant 14 permanent. Le noyau 16 mobile est destiné à être sollicité en position d'ouverture PO par au moins un ressort de rappel 36. La force de rappel FR du ressort de rappel 36 tend à s'opposer à la force magnétique d'accrochage FA générée par l'aimant permanent 14. En position d'accrochage PA, l'intensité à la force magnétique d'accrochage FA est d'intensité supérieure à la force de rappel antagoniste dudit au moins un ressort de rappel 36.
Afin de garantir un certain niveau de tenue aux chocs sans une ouverture du circuit magnétique, la force magnétique d'accrochage FA est généralement calculée de manière à s'opposer non seulement à la force de rappel FR mais aussi aux efforts de décollement liés aux chocs et/ou aux accélérations subis par l'actionneur en position fermée. Ces efforts de décollement qui dépendent du niveau de tenue aux chocs visée et des masses en mouvement, viennent s'ajouter à celui de la force de rappel FR. Le noyau 16 mobile magnétique est couplé à un organe d'actionnement non magnétique 18 traversant axialement une ouverture 17 pratiquée dans le premier flasque 22. Le noyau 16 et l'organe d'actionnement 18 formant l'équipage mobile de l'actionneur 1. A titre d'exemple, l'organe d'actionnement non magnétique 18 est destiné à piloter une ampoule à vide. Selon tous les modes de réalisation de l'invention, la position axiale de l'aimant 14 sur le noyau 16 mobile est réalisée de telle manière qu'en position d'ouverture PO, ledit aimant soit positionné, tout ou en partie, en dehors du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation du premier flux magnétique de commande Φ01 généré par la bobine 30. Le flux magnétique de polarisation ψυ de l'aimant n'intervient pas ou très peu dans la fermeture de l'actionneur, notamment dans le déplacement du noyau 16 de la position d'ouverture PO à la suite position d'accrochage PA.
En outre, selon tous les modes de réalisation de l'invention, la position axiale de l'aimant 14 sur le noyau 16 mobile est aussi réalisée de telle manière qu'en position d'accrochage PA, ledit aimant soit positionné, tout ou en partie, à l'intérieur du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation du flux magnétique de polarisation ψυ généré par l'aimant 14. Le flux magnétique de polarisation φΐ) de l'aimant intervient alors de manière efficace pour maintenir le noyau 16 dans la position d'accrochage PA. Selon un premier mode de réalisation présenté sur les figures 1A-1 B et 2A-2B, l'aimant permanent 14 est à aimantation perpendiculaire au sens de déplacement dudit noyau. Tel que présenté sur la figure 1A, l'aimant est de préférence représenté en totalité en dehors du circuit magnétique utilisé pour la circulation du premier flux magnétique de commande OC1. Selon ce mode de réalisation, ledit aimant est placé à l'extérieur du volume interne de la culasse magnétique. Ce positionnement relatif de l'aimant 14 par rapport à la face externe du second flasque 24 offre une possibilité de dosage de l'apport du flux magnétique de l'aimant dans la phase de fermeture de l'actionneur. Selon ce mode de réalisation, la face interne du deuxième flasque 24 comprend un manchon 46 interne s'étendant partiellement dans un espace annulaire ménagé coaxialement autour du noyau 16 mobile. Le noyau 16 mobile est alors séparé dudit manchon 46 par un deuxième entrefer glissant e2 radial restant sensiblement uniforme durant le déplacement en translation du noyau 16 mobile. De préférence, le manchon 46, en position d'accrochage PA, recouvre le noyau 16 mobile sur une distance de recouvrement L. Le manchon 46 est de préférence de forme tubulaire en matériau ferromagnétique. Il peut faire partie intégrante du flasque ou être fixé à ce dernier par des moyens de fixation. L'entrefer glissant e2 et la distance de recouvrement L entre noyau 16 mobile et le manchon 46 sont réglés de sorte à ce que la réluctance de l'ensemble du circuit magnétique 20 soit la plus faible possible et ce, sur toute la course du noyau mobile 16 entre les deux positions de fonctionnement. De plus, pour optimiser le fonctionnement de l'aimant en position d'accrochage PA cette distance L doit permettre un recouvrement total de l'aimant dans cette position. Selon ce mode de réalisation de l'invention, le ressort de rappel 36 est de préférence positionné à l'extérieur de la culasse 20. Il comprend une première face d'appui sur un premier support externe tel qu'un bâti 100 et comprend une seconde face d'appui sur une butée 19 placée sur l'organe d'actionnement 18. En position d'ouverture PO, ladite butée 19 est en appui sur le second support externe. A titre d'exemple, le second support externe peut notamment faire partie de la face externe du premier flasque 22. Ce positionnement longitudinal de la butée 19 sur l'organe d'actionnement 18 permet de contrôler la longueur du déplacement l'équipage mobile de l'actionneur 1. Le maintien en position d'ouverture est garanti par le ressort de rappel.
Ladite au moins une bobine 30 est destinée à engendrer dans le circuit magnétique en position d'ouverture PO, un premier flux magnétique de commande φ01 qui tend à s'opposer à l'action du ressort de rappel 36 de manière à déplacer le noyau 16 mobile de sa position d'ouverture PO à sa position d'accrochage PA. Les figures 1A et 1 B représentent respectivement l'actionneur d'une part au début de la phase de fermeture et d'autre part à la fin de la phase de fermeture.
Ladite au moins une bobine 30 est destinée aussi à engendrer dans le circuit magnétique en position d'accrochage PA, un second flux magnétique de commande φ02 qui s'oppose au flux de polarisation φΙΙ de l'aimant permanent 14 de manière à libérer le noyau 16 mobile et à autoriser son déplacement de la position d'accrochage PA vers la position d'ouverture PO. Les figures 2A et 2B représentent respectivement l'actionneur d'une part au début de la phase d'ouverture et d'autre part à la fin de la phase de d'ouverture. Le déplacement du noyau mobile 16 de la position d'accrochage PA vers la position d'ouverture PO se fait sous l'action dudit au moins un ressort de rappel 36.
Selon une variante du premier mode de réalisation tel que présenté sur les figures 3A et 3B, l'aimant 14 à aimantation radiale est positionné en dehors du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation du premier flux magnétique de commande ΦΟ1 tout en étant placé à l'intérieur du volume interne de la culasse magnétique. Le flux magnétique de polarisation φΙΙ de l'aimant n'intervient pas ou très peu dans la fermeture de l'actionneur, notamment dans le déplacement du noyau 16 de la position d'ouverture PO à la suite position d'accrochage PA. Selon ce mode de réalisation, ledit aimant est toujours à l'intérieur du volume interne de la culasse 20 de l'actionneur quelque soit la position de fonctionnement du noyau. En position d'accrochage et en position d'ouverture, l'aimant se trouve ainsi protéger des manifestations extérieures. La section du noyau qui rentre en contact avec le circuit magnétique en position de fermeture est réduite par rapport à la section dudit noyau. La reluctance du circuit magnétique en position de fermeture est ainsi réduite ce qui permet d'améliorer l'efficacité de l'actionneur en diminuant les énergies d'ouverture et de fermeture. Une valeur de la surface de contact entre le noyau et le premier flasque est ainsi adaptable en fonction du besoin.
Selon une deuxième variante du premier mode de réalisation telle que représentée sur la figure 6, en position d'ouverture PO, une partie minoritaire de l'aimant est positionné partiellement dans le circuit magnétique utilisé pour la circulation du flux magnétique de commande ΦΟ1. Une partie minoritaire de l'aimant est placée à l'intérieur du volume interne de la culasse magnétique. En outre, l'aimant est de préférence représenté partiellement dans le circuit magnétique de telle manière à ce que le flux de polarisation ψυ de l'aimant circule dans le circuit magnétique et participe ainsi à la fermeture de l'actionneur électromagnétique 1.
Selon une autre variante du premier mode de réalisation telle que représentée sur la figure 7, l'aimant 14 est positionné en position d'accrochage PA de telle manière qu'une partie du second flux de commande φ02 de la bobine s'oppose au flux de polarisation φΐ) de l'aimant 14 sans traverser ce dernier. L'efficacité de la bobine de commande 30 augmente. Une partie minoritaire de l'aimant n'est positionné dans le circuit magnétique utilisé pour la circulation du second flux magnétique de commande OC2. Comme représenté, en position d'accrochage PA, une partie du manchon 46 s'étend au-delà de l'aimant. Cette variante facilite cependant une re-fermeture locale du flux de polarisation φΙΙ de l'aimant 14 réduisant ainsi son efficacité. En outre, selon un mode de réalisation particulier non représenté de cette variante, la partie du manchon 46 s'étendant au-delà de l'aimant est séparé du noyau par un entrefer glissant d'épaisseur ajustable. Cet entrefer ajustable permet notamment d'éviter un court-circuit du flux de l'aimant lorsque le noyau est en position d'accrochage PA. Toutes les variantes décrites ci-dessus peuvent être développées de manière indépendante ou simultanément.
Selon un second mode de réalisation de l'invention tel que présenté sur les figures 4A et 4B, l'aimant permanent 14 est à aimantation alignée suivant le sens de déplacement dudit noyau. Ledit aimant est représenté en totalité en dehors du circuit magnétique utilisé pour la circulation du premier flux magnétique de commande OC1. Selon ce mode de réalisation, ledit aimant est de préférence placé à l'extérieur du volume interne de la culasse magnétique. Ce positionnement relatif de l'aimant 14 par rapport à la face externe du second flasque 24 offre une possibilité de dosage de l'apport du flux magnétique de l'aimant dans la phase de fermeture de l'actionneur. Selon ce mode de réalisation, la face interne du deuxième flasque 24 comprend un manchon 46 interne s'étendant partiellement dans un espace annulaire ménagé coaxialement autour du noyau 16 mobile. Le noyau 16 mobile est alors séparé dudit manchon 46 par un deuxième entrefer glissant e2 radial restant sensiblement uniforme durant le déplacement en translation du noyau 16 mobile. De préférence, comme représenté sur la figure 4B, le manchon 46, en position d'accrochage PA, recouvre le noyau 16 mobile sur une distance de recouvrement L. Le manchon 46 est de préférence de forme tubulaire en matériau ferromagnétique. Il peut faire partie intégrante du flasque ou être fixé à ce dernier par des moyens de fixation. L'entrefer glissant e2 et la distance de recouvrement L entre noyau 16 mobile et le manchon 46 sont réglés de sorte à ce que le premier flux magnétique de commande OC1 généré par la bobine ne traverse pas l'aimant pendant toute la phase de fermeture, c'est dire lorsque le noyau passe de la position d'ouverture PO à la position d'accrochage PA.
Selon une variante de réalisation du second mode de réalisation tel que présenté sur les figures 5A et 5B, l'aimant 14 à aimantation axiale est positionné en dehors du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation du premier flux magnétique de commande <t>C1 tout en étant placé à l'intérieur du volume interne de la culasse magnétique. Le flux magnétique de polarisation φυ de l'aimant n'intervient pas ou très peu dans la fermeture de l'actionneur, notamment dans le déplacement du noyau 16 de la position d'ouverture PO à la position d'accrochage PA. Selon ce mode de réalisation, ledit aimant est toujours à l'intérieur du volume interne de la culasse 20 de l'actionneur quelque soit la position de fonctionnement du noyau. En position d'accrochage PA et en position d'ouverture PO, l'aimant se trouve ainsi protégé des manifestations extérieures. La section du noyau qui rentre en contact avec le circuit magnétique en position de fermeture est réduite par rapport à la section dudit noyau. La reluctance du circuit magnétique en position de fermeture est ainsi réduite ce qui permet d'améliorer l'efficacité de l'actionneur en diminuant les énergies d'ouverture et de fermeture. Une valeur de la surface de contact entre le noyau et le premier flasque est ainsi adaptable en fonction du besoin. Afin de ne pas augmenter la reluctance du noyau mobile 16 et réduire l'efficacité énergétique de l'actionneur, ledit noyau comporte un shunt magnétique. Autrement dit, l'aimant est constitué d'un anneau ou d'un disque de section inférieure à celle du noyau. En outre, le fait de la présence du shunt magnétique, les risques de démagnétisation de l'aimant sont fortement réduits.
Selon une variante non représentée des premier et second modes de réalisation, l'aimant est alors de préférence remplacé par une portion de matériau aimantable tel que de l'acier dur de type ALNICO.
L'invention concerne un dispositif de coupure 22 comportant un l'actionneur électromagnétique 1 tel que défini ci-dessus. Tel que représenté sur la figure 12 et à titre d'exemple de réalisation, le dispositif de coupure 22 est un disjoncteur comprenant notamment au moins une ampoule 2. Cette ampoule 2 peut être une ampoule à vide ou une chambre de coupure classique de disjoncteur. Pour passer d'une position d'ouverture à une position de fermeture des contacts de ladite au moins une ampoule 2, le fonctionnement du dispositif d'actionnement électromagnétique 1 est le suivant. Une première force d'ouverture FR appliquée par le ressort de rappel 36 sur le noyau mobile 16 par l'intermédiaire d'un organe d'actionnement non magnétique 18 tend à maintenir le noyau mobile 16 dans une position d'ouverture, les contacts étant en position ouverte. Lorsque l'on alimente la bobine 30, celle-ci génère un premier flux de commande^CI produisant alors une force de fermeture électromagnétique. Dès que cette force de fermeture FFE est supérieure à la première force d'ouverture FR, le noyau mobile 16 se déplace de sa position d'ouverture PO vers sa position d'accrochage PA. Au bout d'une certaine course correspondant à l'ouverture des contacts, ce noyau rencontre une seconde force d'ouverture FP correspondant à la force de pression appliquée sur les contacts de ladite au moins une ampoule 2. Le noyau devra alors comprimer ces ressorts de pression de contact 37 sur la course restante à parcourir pour obtenir la position d'accrochage PA et correspondant à la garde d'usure des contacts. Le travail emmagasiné par le noyau lors de son déplacement de la position d'ouverture à la position d'impact des pôles doit alors être suffisant pour garantir une fermeture franche (sans arrêt) des contacts afin d'éviter les risques de soudure de ceux-ci. C'est pourquoi, les valeurs respectives de la seconde force d'ouverture FR, de la course d'ouverture et de la puissance injectée dans la bobine doivent être optimisées de façon à obtenir cette fermeture franche du noyau.
Lorsque le noyau mobile 16 est en position d'accrochage PA telle que représentée par exemple sur la figure 1 B, l'alimentation de la bobine est coupée. La force magnétique d'accrochage FA due au flux de polarisation φυ de l'aimant 14 est alors d'intensité supérieure à la somme des efforts de rappel liés aux première et seconde forces d'ouverture FR et FP
La force magnétique d'accrochage FA est généralement calculée afin d'une part de s'opposer aux première et seconde forces d'ouverture FR et FP et d'autre part s'opposer aux efforts de décollement liées aux chocs subis par l'actionneur en position fermée. Les efforts de décollement venant s'ajouter à ceux des première et seconde forces d'ouverture FR et FP.
Pour passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture des contacts de ladite au moins une ampoule 2, autrement dit de la position d'accrochage PA à la position d'ouverture PO du noyau mobile 16, le fonctionnement du dispositif d'actionnement électromagnétique 1 est le suivant. Deux forces antagonistes s'appliquent sur le noyau mobile 16 ; une force magnétique d'accrochage FA due au flux de polarisation φΙΙ de l'aimant 14 et à la somme des forces d'ouverture FR, FP résultant des efforts appliqués par les ressorts de rappel 36 et des pressions de pôles 37. La force magnétique d'accrochage FA est alors d'intensité supérieure aux forces d'ouverture FR + FP.
La bobine de commande 30 est alors alimentée pour générer un second flux de commande. Ce second flux de commande circule dans un sens opposé au flux de polarisation ψυ de l'aimant 14.pour réduire ainsi la force magnétique d'accrochage FA. Dès que la force d'ouverture résultante (FR + FP) devient supérieure à la force magnétique d'accrochage FA, le noyau mobile 16 se déplace de sa position d'accrochage PA vers sa position d'ouverture PO entraînant ainsi l'ouverture des contacts. Cette ouverture se fait de manière franche et continue du fait même de la géométrie de l'actionneur ne présentant aucune position intermédiaire stable.
Selon une variante de réalisation telle que représentée sur les figures 11A et 11 B, l'actionneur électromagnétique comporte un manchon mobile 47 en matériau ferromagnétique. L'axe longitudinal dudit manchon est confondu avec celui du noyau mobile 16. Comme représenté sur la figure 11A, ledit manchon est positionné dans une première position de fonctionnement de manière à ne pas faire partie du circuit magnétique et à ce que le flux de polarisation ψυ de l'aimant 14 ne circule pas au travers du manchon lorsque l'actionneur est dans sa position d'ouverture PO. Comme représenté sur la figure 11 B, ledit manchon peut être positionné dans une seconde position de fonctionnement de manière à faire partie du circuit magnétique lorsque l'actionneur est dans sa position d'accrochage PA. A titre d'exemple de réalisation, le manchon mobile 47 est dans cette seconde position, en appui contre la face externe du second le flasque 24. Dans cette seconde position, le manchon permet de dévier une partie du flux de l'aimant 14 réduisant ainsi son efficacité au niveau du maintien du noyau mobile 16 en position d'accrochage PA, et permettant ainsi le déplacement du noyau mobile 16 de sa position d'accrochage PA vers sa position d'ouverture PO. Le déplacement du manchon mobile 47 peut être actionné par l'intermédiaire d'un mécanisme commandé manuellement lorsque l'énergie nécessaire à la réouverture de l'actionneur vient à faire défaut. Le déplacement du manchon mobile 47 pourrait aussi être réalisé à l'aide d'un actionneur électromagnétique. La bobine dudit actionneur peut être commandée en lieu et place de la bobine 30 pour réaliser l'ouverture du noyau.
Dans le cas de la commande d'au moins une ampoule à vide ou d'un disjoncteur par l'actionneur principal faisant l'objet de ce brevet, le second actionneur permettant le déplacement du manchon peut aussi être commandé en cas de défaut de surcharge ou de court-circuit dans l'installation électrique protégée par la au moins une ampoule ou le disjoncteur.
Selon une autre variante de réalisation telle que représentée sur la figure 9, un capot non magnétique est positionné au niveau de la surface externe du second flasque 24 de manière à protéger l'aimant des poussières métalliques ou non.
Selon une variante de réalisation telle que présentée en figure 8, la section du noyau mobile 16 à son extrémité placée du coté du premier flasque 22 peut être réduite sur une faible hauteur dans le but d'augmenter l'effort de retenue du à l'aimant 14. Cette réduction peut être effectuée dans l'axe du noyau ou à sa périphérie. La localisation particulière de cette réduction de section du noyau permet d'augmenter l'effort de collage du noyau 16 sans altérer son efficacité lors de son mouvement de fermeture de la position d'ouverture PO vers la position d'accrochage PA.
Selon une variante de réalisation telle que présentée en figure 10, l'actionneur électromagnétique comporte un noyau fixe 67 placé à l'intérieur du volume interne de la culasse magnétique contre la face interne du premier flasque 22. Le noyau fixe 67, en matériau ferromagnétique, peut faire ou non partie intégrante dudit flasque. Le noyau fixe 67 en concentrant le flux de la bobine de commande augmente son efficacité.
Selon tous les modes de réalisation, le noyau peut présenter une forme parallélépipédique. En outre, l'actionneur électromagnétique peut comporter des géométries ayant des formes asymétriques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur électromagnétique à accrochage magnétique comprenant :
- un noyau (16) mobile monté à coulissement axial selon un axe longitudinal (Y) à l'intérieur d'une culasse (20) magnétique entre une position
d'accrochage (PA) et une position d'ouverture (PO),
- au moins un aimant permanent (14),
- au moins une bobine (30) s'étendant axialement selon l'axe longitudinal (Y) de la culasse (20), et étant destinée à engendrer :
- un premier flux magnétique de commande (φΟ1 ) pour déplacer le noyau (16) mobile d'une position d'ouverture (PO) à une position d'accrochage (PA),
- un second flux magnétique de commande (φΟ2) s'opposant à un flux de polarisation (φΙΙ) de l'aimant permanent (14) et autorisant le déplacement du noyau (16) mobile de la position d'accrochage (PA) vers la position d'ouverture (PO),
caractérisé en ce que l'aimant permanent (14) est positionné sur le noyau (16) mobile de manière à :
- être au moins en partie en dehors du circuit magnétique fixe dans lequel circule le premier flux magnétique de commande (φΟ1 ) lorsque le noyau (16) mobile est dans une position d'ouverture (PO), et
- être au moins en partie à l'intérieur du circuit magnétique fixe utilisé pour la circulation du flux magnétique de polarisation ψυ généré par l'aimant 14 lorsque le noyau (16) mobile est dans une position d'accrochage (PA).
2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'aimant permanent (14) est à aimantation radiale perpendiculaire à l'axe longitudinal (Y) de la culasse (20).
3. Actionneur électromagnétique selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la culasse (20) comprend un manchon (46) interne s'étendant autour du noyau (16) mobile, l'aimant permanent (14) étant positionné sur le noyau (16) mobile de manière à être au moins en partie en vis-à-vis du manchon (46) interne de la culasse magnétique lorsque le noyau (16) mobile est dans une position d'accrochage (PA).
4. Actionneur électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le manchon (46) interne s'étend sur une distance de recouvrement (L) placée en vis-à-vis avec l'aimant permanent ( 4) en position d'accrochage (PA).
5. Actionneur électromagnétique selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le manchon (46) interne est séparé du noyau (16) mobile par un entrefer glissant (e2) radial restant uniforme durant le déplacement en translation du noyau (16) mobile.
6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'aimant permanent (14) est à aimantation axiale aligné selon l'axe longitudinal (Y) de la culasse (20).
7. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'aimant permanent (14) est positionné sur le noyau (16) mobile de manière à être entièrement à l'extérieur de la culasse magnétique (20) lorsque le noyau (16) mobile est dans une position
d'ouverture (PO).
8. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon mobile (47) pouvant être actionné manuellement ou par l'intermédiaire d'un actionneur électromécanique.
9. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'aimant permanent (14) est positionné sur le noyau (16) mobile de manière à être entièrement à l'intérieur de la culasse
magnétique (20) lorsque le noyau (16) mobile est dans une position
d'ouverture (PO).
10. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capot (57) en matériau non ferromagnétique au niveau d'une face externe de la culasse (20) magnétique de manière à recouvrir tout le noyau (16) mobile en position d'ouverture (PO).
H.Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le noyau mobile (16) comporte une surface radiale destinée à se coller contre la culasse (20) magnétique en position d'accrochage (PA), ladite surface étant inférieure à une section moyenne dudit noyau.
12. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ressort de rappel (36) s'opposant au déplacement dudit noyau de sa position d'ouverture (PO) vers sa position d'accrochage (PA).
13. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le noyau mobile (16) magnétique est couplé à un organe d'actionnement non magnétique (18) s'étendant selon l'axe longitudinal (Y).
14. Dispositif de coupure (22) comportant au moins un contact fixe coopérant avec au moins un contact mobile destiné à commuter l'alimentation d'une charge électrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un actionneur
électromagnétique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes pour actionner ledit au moins contact mobile.
PCT/FR2011/000503 2010-09-30 2011-09-16 Actionneur electromagnetique a accrochage magnetique et dispositif de coupure comportant un tel actionneur WO2012042124A1 (fr)

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