WO2012114037A1 - Actionneur magnétothermique. - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a magnetothermal actuator in general, more particularly intended for an electrical appliance, in particular of the circuit-breaker type, and designed to ensure the breaking of at least one electric line in the event of a fault resulting in a rapid rise of the current, by example following a short circuit, or slow in case of overload in the circuit.
- the invention also relates to electrical apparatus which is provided with such a magnetothermal actuator.
- the magnetic tripping is generally ensured by a coil connected in series in the circuit, and which cooperates with a magnetic circuit with fixed yoke and moving part channeling the magnetic field produced by the coil, the movable member playing the role, directly or via a firing pin, trigger element of the mechanical lock.
- this component and the magnet are indeed secured by the force exerted by the magnet.
- the temperature rises in the product, and in particular in the thermosensitive material component. If the temperature exceeds the Curie point of the constituent material of this component, the magnetic field exerted by the magnet no longer has an attractive effect on said component.
- the magnetic actuator is conventionally composed of a coil placed in series in the power line, and surrounding a mobile core, the magnetic induction produced by the coil being adapted to drive said core between two positions embodying two states respectively active and inactive of the actuator, means for returning the movable core in position corresponding to the inactive state being provided.
- the permanent magnet is in the axis of the movable core, and separated therefrom by the thermosensitive component with a low Curie point.
- said core When the Curie point is exceeded, and the magnetic field exerted by the magnet has no effect on the component in question, said core is found free and can be driven by the magnetic field produced by the coil. In such a design, it is the magnetic field generated by the coil which is causing the displacement of the movable core, and therefore the mechanical lock for triggering the mechanism of the circuit breaker.
- the force generated by the magnetic field due to the coil must be sufficient to move the mobile core during a simple current overload. It is therefore necessary that the dimensioning of the coil is carried out accordingly, that is to say that the number of turns constituting it is increased relative to an actuator traditionally devolved to the simple magnetic function, which does not involve the mobile core at these relatively low current values, but only when there is a consequent rise in current for example following a short circuit.
- thermosensitive material component with a low Curie point
- the magnetothermic actuator of the invention conventionally comprising:
- a magnetic actuator consisting of a coil placed in series in an electrical line, surrounding a movable core and able to drive it between two positions representing two states respectively active and inactive of the actuator, the first return means of the mobile core in a position corresponding to the inactive state of the actuator, and a thermal actuator formed of a permanent magnet cooperating magnetically with a component of thermosensitive material with a low Curie point, in order to maintain the magnetothermic actuator in the inactive state when the temperature of said component is below the Curie point,
- thermosensitive material component is attached to a part whose temperature increases in case of elevation of the current
- second return means being interposed between the permanent magnet and said component, one of two being attached to a fixed portion and the other secured to a movable portion of the thermal actuator relative to the coil to separate them from each other when the temperature exceeds the Curie point in the heat-sensitive component said second biasing means then causing them to move from a first relative positioning corresponding to the inactive state of the actuator to a second relative positioning corresponding to its active state.
- said part of the thermal actuator is thermoconductive, and arranged with respect to the coil so as to be heated by it.
- this part can be provided conductive, high resistivity, and connected in series to the coil. It is then heated by Joule effect.
- the part that is supposed to communicate its heat to the thermosensitive material component so that it reaches its Curie point must draw its heat from an element whose temperature necessarily increases in the event of a defect in the line: the coil, whose constitution and spatial configuration allow the emission and collection of heat in a confined space, is involved in this case.
- the actuator comprises an actuating means which must be driven by the movable core and the movable part of the thermal actuator.
- said actuating means may consist of a moving striker which then hits the trigger of the mechanical lock, causing the opening of the contacts.
- thermosensitive low point Curie component may be composed of an alloy of iron and nickel.
- the striker may, in a preferred configuration, be driven by the movable core which moves along the axis of the coil in contact with a compression spring resting on a fixed core of the magnetic actuator through which the striker passes, which then successively passes through the fixed part and the movable part of the thermal actuator, between which is interposed a spring intended to move said parts apart, the striker having in the vicinity of its free end a bearing flange on the face of said movable part distal of the mobile nucleus.
- the striker acts in this case in a direction from the magnetic actuator to the thermal actuator.
- the reverse can also be implemented, with an alternative configuration as mentioned below.
- the striker is driven by the moving part of the thermal actuator, which moves under the effect of a spring interposed between the movable and fixed parts of the thermal actuator along the axis of the coil to meet a compression spring resting on a fixed core of the magnetic actuator through which the striker passes after having passed through the movable core, the striker then comprising a bearing flange on the radial wall of the proximal movable core of the core; fixed.
- the fixed part of the thermal actuator may consist of the conductive part connected to the coil, the thermosensitive component attached to the said part and an envelope of insulating material consisting of a first sleeve guiding in translation the mobile part of the thermal actuator, integral with a second sleeve coaxial with the first, around which is wound the coil, and guiding in translation the movable core of the magnetic actuator.
- a variant may consist of said fixed part consists of the thermosensitive component attached to said conductive part and a heat-conducting material casing consisting of a first sleeve guiding in translation the moving part of the thermal actuator , secured to a second sleeve coaxial with the first, around which is wound the coil, and guiding in translation the movable core of the magnetic actuator.
- the moving part may in turn consist of the magnet secured to a pallet of ferromagnetic material, of cylindrical shape adapted to guide its movement in the first sleeve and to constitute a magnetic circuit with the thermosensitive component, the latter and / or the conductive part being fixed (e) to a wall of radial appearance separating the two coaxial sleeves.
- the invention relates not only to the magnetothermal actuator, but also to a magnetothermic tripping system for electrical apparatus of the line protection circuit breaker type, comprising an actuator whose coil is placed in series in said line, characterized in that the actuating means is intended to make trigger a mechanical lock to open the line in case of overvoltage or short circuit.
- It also relates to a circuit breaker type electrical protection device comprising a magnetothermic tripping system.
- FIG. 1 is a diagrammatic sectional view of a first magnetothermic actuator configuration according to the invention, in which the component of thermosensitive material with a low Curie point is electrically connected to the coil;
- FIG. 2 shows a sectional view of a variant of Figure 1 inverting the movable and fixed parts of the thermal actuator
- FIG. 3 shows a sectional view of a magnetothermic actuator according to the invention in which the component made of thermosensitive material with a low Curie point is heated by the coil;
- FIG. 4 is a sectional view of a variant of the configuration of Figure 3, reversing the movable and fixed parts of the thermal actuator.
- the magnetic actuator consists of a coil (1), a movable core (2), a fixed core (3) and first return means constituted by a spring ( 4).
- a firing pin (5) driven by the movable core (2) makes it possible, if necessary, to act on a trigger of a mechanical lock.
- the operation of the magnetic actuator is traditional: during an elevation im porta nte of cou ra nt I, due pa re exem ple to a circuit-circuit, the magnetic field produced by the coil (1) causes the displacement mobile core (2) against the spring (4), driving the striker (5).
- Said movable core (2) moves in the direction of the fixed core (3) which also serves as a stop during its translational movement.
- a sleeve (6) surrounds and guides the movable core (2) sliding therein.
- the thermal actuator is located in the extension of the magnetic actuator, and is essentially composed of a part (7) traversed by the current I, the component (8) of thermosensitive material low Curie point, second return means in the form of a second spring (9), a permanent magnet (10) and a magnetic yoke pallet (1 1) for the magnetic circuit of the permanent magnet (10).
- these elements have for example a circular symmetry around an axis which is also the axis of the coil (1) and / or movement of the firing pin (5).
- the striker (5) further has a flange (13) cooperating with the pallet (1 1) which drives it in the direction of the arrow F when the thermal actuator is activated.
- the operation is as follows: when the electrical line undergoes a slow rise in the current, for example following an overload, the magnetic field produced by the coil is not sufficient to move the mobile core (2) against the spring means ( 4).
- the part (7) directly heated by passage of the current in the configuration of FIG. 1, increases the temperature of the thermosensitive component (8) towards which the pallet (1 1) is attracted because of the magnetic field generated by the permanent magnet (10).
- the second return means (9) are provided so that at room temperature, the magnetic force generated by the permanent magnet (10) is greater than the restoring force of the spring (9).
- thermosensitive component (8) When the temperature reached in the thermosensitive component (8) the Curie point, said component (8) demagnetizes, causing the opening of the magnetic circuit it constitutes with the pallet (1 1), under the effect of the spring ( 9). The pallet moves in the direction of the arrow F, and drives the striker (5), which activates, in the event of an electrical device with mechanical lock, a trigger forming part of said lock.
- the flange (13) of the striker (5) is now located in a recess (14) of the movable core (2), so as to be driven by the movable core (2) when the sudden and significant rise in the current I generates in the coil a magnetic field capable of moving said movable core (2) against the spring (4).
- Figure (3) illustrates a configuration in which the conductive part (7) traversed by the current is removed.
- the heating of the coil (1) is indirect and only the latter is traversed by the current I.
- the thermal actuator is now made of a material which carries the heat, and it is primarily the thicker base (15) of said envelope which heats the thermosensitive material component (8) with a low Curie point.
- the contact surface between these elements, developing radially is the largest possible contact surface so as to transmit the heat energy from one to the other.
Abstract
Actionneur magnétothermique comportant : - un actionneur magnétique constitué d'une bobine (1 ) placée en série dans une ligne électrique, entourant un noyau mobile (2) et apte à l'entraîner entre deux positions matérialisant deux états respectivement actif et inactif de l'actionneur, des premiers moyens de rappel (4) du noyau mobile (2) en position correspondant à l'état inactif de l'actionneur, et - un actionneur thermique formé d'un aimant permanent (10) coopérant magnétiquement avec un composant en matériau thermosensible (8) à faible point de Curie, en vue de maintenir l'actionneur magnétothermique à l'état inactif lorsque la température dudit composant (8) est en dessous du point de Curie. Cet actionneur est caractérisé en ce que le composant en matériau thermosensible (8) est fixé à une pièce (7, 15) dont la température augmente en cas d'élévation du courant, des seconds moyens de rappel (9) étant interposés entre l'aimant permanent (10) et ledit composant (8), l'un des deux étant solidarisé à une partie fixe et l'autre solidarisé à une partie mobile par rapport à la bobine (1 ) en vue de les écarter l'un de l'autre lorsque la température dépasse le point de Curie dans le composant thermosensible (8), lesdits seconds moyens de rappel (9) les faisant alors passer d'un premier positionnement relatif correspondant à l'état inactif de l'actionneur à un second positionnement relatif correspondant à son état actif.
Description
Actionneur magnétothermique
La présente invention a trait à un actionneur magnétothermique en général, plus particulièrement destiné à un appareil électrique notamment du type disjoncteur, et conçu pour assurer la coupure d'au moins une ligne électrique en cas de défaut entraînant une élévation soit rapide du courant, par exemple suite à un court-circuit, soit lente en cas de surcharge dans le circuit. L'invention concerne également les appareils électriques qui sont munis d'un tel actionneur magnétothermique.
L'ouverture d'une l igne en cas d'apparition d'une défaillance telle que mentionnée ci-dessus résulte de l'existence, dans de tels appareils, d'un contact fixe et d'un contact mobile pouvant être séparés - dans cette hypothèse - par l'action de l'actionneur magnétothermique sur une serrure mécanique de déclenchement. Ces deux contacts sont disposés entre deux bornes de connexion qui permettent d'insérer l'appareil en série dans la ligne concernée.
Les deux types de défaillance sont respectivement pris en charge par une partie magnétique et une partie thermique de l'actionneur dont les temps de réaction sont très différents et correspondent en pratique au défaut qui apparaît sur la ligne. Ainsi, une élévation brusque et importante du courant, qui provient généralement d'un court-circuit sur la l igne à protéger, doit entraîner une ouverture rapide des contacts pour éviter d'endommager les dispositifs connectés au circuit. Une surcharge, reflétant une demande de courant sur la ligne correspondant à une charge trop élevée, mobilise plutôt le système de déclenchement thermique. Ce dernier prend souvent la forme d'un bilame qui se déforme sous l'action du chauffage excessif résultant de la surcharge de courant, et fait déclencher une serrure mécanique provoquant l'ouverture des contacts.
Le déclenchement magnétique est en général assuré par une bobine connectée en série dans le circuit, et qui coopère avec un circuit magnétique à culasse fixe et partie mobile canalisant le champ magnétique produit par la
bobine, l'organe mobile jouant le rôle, directement ou via un percuteur, d'élément déclencheur de la serrure mécanique.
En remplacement d'un bilame thermique, il a été proposé d'insérer dans de tels actionneurs magnétothermiques un second système magnétique basé sur l'existence d'un aimant permanent coopérant magnétiquement avec un composant en matériau thermosensible à faible point de Curie, en vue de maintenir l'actionneur magnétothermique à l'état inactif lorsque la température dudit composant est en dessous du point de Curie.
A température ambiante, ce composant et l'aimant sont en effet solidarisés par la force qu'exerce l'aimant. Lors d'une surcharge lente de courant, la température s'élève dans le produit, et en particulier dans le composant en matériau thermosensible. Si la température dépasse le point de Curie du matériau constitutif de ce composant, le champ magnétique qu'exerce l'aimant n'a plus d'effet attractif sur ledit composant. On peut alors concevoir un dispositif mécanique dans lequel un élément se dépl ace et action ne, directement ou indirectement, un déclencheur d'une serrure, aboutissant in fine à séparer le contact mobile du contact fixe.
Il existe déjà des appareils qui sont basés sur ce principe, comme celui qui est divulgué dans le brevet allemand DE 30 28 900. Dans ce cas, l'actionneur magnétique est composé classiquement d'une bobine placée en série dans la ligne électrique, et entourant un noyau mobile, l'induction magnétique produite par la bobine étant apte à entraîner ledit noyau entre deux positions matérialisant deux états respectivement actif et inactif de l'actionneur, des moyens de rappel du noyau mobile en position correspondant à l'état inactif étant prévus. Dans la configuration divulguée dans le brevet allemand, l'aimant permanent se trouve dans l'axe du noyau mobile, et séparé de celui-ci par le composant thermosensible à faible point de Curie. Lorsque le point de Curie est dépassé, et que le champ magnétique qu'exerce l'aimant n'a plus d'effet sur le composant en question, ledit noyau se retrouve libre et peut être entraîné par le champ magnétique que produit la bobine. Dans une telle conception, c'est le
champ magnétique généré par la bobine qui est à l'origine du déplacement du noyau mobile, et par conséquent de la serrure mécanique permettant de déclencher le mécanisme du disjoncteur.
Dans cette hypothèse, l'effort généré par le champ magnétique dû à la bobine doit être suffisant pour déplacer le noyau mobile lors d'une simple surcharge de courant. Il faut donc que le dimensionnement de la bobine soit réalisé en conséquence, c'est-à-dire que le nombre de spires qui la constitue soit augmenté par rapport à un actionneur traditionnellement dévolu à la simple fonction magnétique, lequel n'entraîne pas le noyau mobile à ces valeurs relativement basses de courant, mais uniquement lorsqu'il y a une élévation conséquente du courant par exemple consécutive à un court-circuit.
Cette configuration, qui fait intervenir le même type de fonctionnement pour les deux types de défaillances que le produit est conçu pour détecter, ne permet pas d'optimiser le dimensionnement de l'actionneur. Pour produire un effort suffisant à va i ncre l 'effet d 'attraction de l 'a i mant perm anent, i l faut surdimensionner la bobine en augmentant le nombre de ses spires, ce qui engendre un besoin accru en matériau constitutif de la bobine par rapport à un produit traditionnel.
Ce problème est résolu dans l'actionneur thermique de l'invention, qui propose une solution dans laquelle les fonctions magnétique et thermique, bien que reposant sur le même principe utilisant un composant en matériau thermosensible à faible point de Curie, permettent de décorréler la détection des deux types de défaut.
A cet effet, l'actionneur magnétothermique de l'invention, comportant classiquement :
- un actionneur magnétique constitué d'une bobine placée en série dans une ligne électrique, entourant un noyau mobile et apte à l'entraîner entre deux positions matérialisant deux états respectivement actif et inactif de l'actionneur, des premiers moyens de rappel du noyau mobile en position correspondant à l'état inactif de l'actionneur, et
- un actionneur thermique formé d'un aimant permanent coopérant magnétiquement avec un composant en matériau thermosensible à faible point de Curie, en vue de maintenir l'actionneur magnétothermique à l'état inactif lorsque la température dudit composant est en dessous du point de Curie,
se caractérise à titre principal en ce que le composant en matériau thermosensible est fixé à une pièce dont la température augmente en cas d'élévation du courant, des seconds moyens de rappel étant interposés entre l'aimant permanent et ledit composant, l'un des deux étant attaché à une partie fixe et l'autre solidarisé à une partie mobile de l'actionneur thermique par rapport à la bobine en vue de les écarter l'un de l'autre lorsque la température dépasse le point de Curie dans le composant thermosensible, lesdits seconds moyens de rappel les faisant alors passer d'un premier positionnement relatif correspondant à l'état inactif de l'actionneur à un second positionnement relatif correspondant à son état actif.
Il y a donc une partie mobile de l'actionneur thermique dont le déplacement, visant à actionner le déclencheur, ne relève plus d'une énergie magnétique mais d'une énergie mécanique provenant des seconds moyens de rappel.
Selon une première possibilité, ladite pièce de l'actionneur thermique dont la température varie en fonction de l'intensité du courant est thermoconductrice, et disposée par rapport à la bobine de manière à être chauffée par celle-ci. Alternativement cette pièce peut être prévue conductrice, à forte résistivité, et connectée en série à la bobine. Elle est alors chauffée par effet Joule.
Dans le premier cas, la pièce qui est supposée communiquer sa chaleur au composant en matériau thermosensible afin que celui-ci atteigne son point de Curie doit tirer sa chaleur d'un élément dont la température augmente nécessairement en cas de défaut dans la ligne : la bobine, dont la constitution et la configuration spatiale permettent l'émission et la collecte de chaleur dans un espace confiné, est mise à contribution en l'espèce.
De préférence, l'actionneur comporte un moyen d'actionnement qui doit être entraîné par le noyau mobile et par la partie mobile de l'actionneur thermique. Selon une possibilité assez classique dans ce genre d'appareil, ledit moyen d'actionnement peut être constitué d'un percuteur mobile qui vient alors heurter le déclencheur de la serrure mécanique, provoquant l'ouverture des contacts.
Selon une possibilité, le composant thermosensible à faible point de Curie peut être composé d'un alliage de fer et de nickel.
Le percuteur peut, selon une configuration préférentielle, être entraîné par le noyau mobile qui se déplace selon l'axe de la bobine à rencontre d'un ressort de compression reposant sur un noyau fixe de l'actionneur magnétique au travers duquel passe le percuteur, qui traverse ensuite successivement la partie fixe et la partie mobile de l'actionneur thermique, entre lesquels est interposé un ressort visant à écarter lesdites parties, le percuteur comportant au voisinage de son extrémité libre une collerette d'appui sur la face de ladite partie mobile distale du noyau mobile.
Le percuteur agit dans ce cas dans un sens allant de l'actionneur magnétique vers l'actionneur thermique. L'inverse peut également être implémenté, avec une configuration alternative telle que mentionnée ci-après.
Dans ce cas, le percuteur est entraîné par la partie mobile de l'actionneur thermique, qui se déplace sous l'effet d'un ressort interposé entre les parties mobile et fixe de l'actionneur thermique selon l'axe de la bobine à rencontre d'un ressort de compression reposant sur un noyau fixe de l'actionneur magnétique au travers duquel passe le percuteur après avoir passé au travers du noyau mobile, le percuteur comportant alors une collerette d'appui sur la paroi radiale du noyau mobile proximale du noyau fixe.
Dans ces deux hypothèses, la partie fixe de l'actionneur thermique peut être constituée de la pièce conductrice connectée à la bobine, du composant thermosensible accolé à ladite pièce et d'une enveloppe en matériau isolant constituée d'un premier manchon guidant en translation la partie mobile de l'actionneur thermique, solidaire d'un second manchon coaxial au premier,
autour duquel est enroulée la bobine, et guidant en translation le noyau mobile de l'actionneur magnétique.
Toujours dans les deux hypothèses possibles, une variante peut consister en ladite partie fixe soit constituée du composant thermosensible accolé à ladite pièce conductrice et d'une enveloppe en matériau thermoconducteur constituée d'un premier manchon guidant en translation la partie mobile de l'actionneur thermique, solidaire d'un second manchon coaxial au premier, autour duquel est enroulée la bobine, et guidant en translation le noyau mobile de l'actionneur magnétique.
Ces configurations s'affranchissent des limitations de l'art antérieur dans la mesure où la partie thermique se trouve bien spatialement séparée de l'actionneur magnétique proprement dit, d'où la possibilité de décorréler les deux fonctions.
La partie mobile peut quant à elle être constituée de l'aimant solidarisé à une palette en matériau ferromagnétique, de forme cylindrique apte à guider son déplacement dans le premier manchon et à constituer un circuit magnétique avec le composant thermosensible, ce dernier et/ou la pièce conductrice étant fixé(e) à une paroi d'allure radiale séparant les deux manchons coaxiaux.
Ou, alternativement, être constituée de l'aimant solidarisé à une palette en matériau ferromagnétique, de forme cylindrique apte à guider son déplacement dans le premier manchon et à constituer un circuit magnétique avec le composant thermosensible, ce dernier et/ou la pièce conductrice étant fixé(e) à une paroi d'allure radiale fermant le premier manchon à son extrémité opposé à une paroi d'allure radiale séparant les deux manchons coaxiaux
Comme ind iqué auparavant, l'invention ne concerne pas seu lement l'actionneur magnétothermique, mais également un système de déclenchement magnétothermique pour appareil électrique de type disjoncteur de protection de ligne, comportant un actionneur dont la bobine est placée en série dans ladite ligne, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement est prévu pour faire
déclencher une serrure mécanique d'ouverture de la ligne en cas de surtension ou de court-circuit.
Elle concerne par ailleurs un appareil électrique de protection de ligne de type disjoncteur comportant un système de déclenchement magnétothermique.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles :
- la figure 1 est une vue en section schématique d'une première configuration d'actionneur magnétothermique selon l'invention, dans laquelle le composant en matériau thermosensible à faible point de Curie est connecté électriquement à la bobine ;
- la figure 2 représente une vue en section d'une variante de la figure 1 inversant les parties mobile et fixe de l'actionneur thermique ;
- la figure 3 montre une vue en section d'un actionneur magnétothermique selon l'invention dans lequel le composant en matériau thermosensible à faible point de Curie est chauffé par la bobine ; et
- la figure 4 est une vue en section d'une variante de la configuration de la figure 3, inversant les parties mobile et fixe de l'actionneur thermique.
Les éléments, composants et parties communes aux différentes configurations faisant l'objet des figures portent les mêmes références. Ainsi, dans la figure 1 , l'actionneur magnétique est constitué d'une bobine (1 ), d'un noyau mobile (2), d'un noyau fixe (3) et de premiers moyens de rappel constitués d'un ressort (4). Un percuteur (5) entraîné par le noyau mobile (2) permet le cas échéant d'agir sur un déclencheur d'une serrure mécanique. Le fonctionnement de l'actionneur magnétique est traditionnel : lors d'une élévation i m porta nte d e cou ra nt I , d u e pa r exem pl e à u n cou rt-circuit, le champ magnétique produit par la bobine (1 ) provoque le déplacement du noyau mobile (2) à rencontre du ressort (4), entraînant le percuteur (5). Ledit noyau mobile (2) se déplace dans la direction du noyau fixe (3) qui lui sert d'ailleurs de butée au cours de son mouvement translatif. Un manchon (6) entoure et guide le noyau mobile (2) qui y coulisse.
L'actionneur thermique se situe dans le prolongement de l'actionneur magnétique, et se compose à titre essentiel d'une pièce (7) parcourue par le courant I, du composant (8) en matériau thermosensible à faible point de Curie, de seconds moyens de rappel sous la forme d'un second ressort (9), d'un aimant permanent (10) et d'une palette formant culasse magnétique (1 1 ) pour le circuit magnétique de l'aimant permanent (10). Dans la configuration de l'invention, ces éléments présentent par exemple une symétrie circulaire autour d'un axe qui est également l'axe de la bobine (1 ) et/ou de déplacement du percuteur (5). Celui-ci traverse à l'aide d'orifices centraux la totalité des éléments constituant l'actionneur thermique. Ces éléments sont disposés dans une enveloppe (12) en un matériau qui ne présente pas de propriété thermique ou magnétique particulière, par exemple du plastique, et qui est solidarisé et/ou d'une seule pièce avec le manchon (6). Le percuteur (5) présente par ailleurs une collerette (13) coopérant avec la palette (1 1 ) qui l'entraîne dans la direction de la flèche F lorsque l'actionneur thermique est activé.
Le fonctionnement est le suivant : lorsque la ligne électrique subit une élévation lente du courant faisant par exemple suite à une surcharge, le champ magnétique produit par la bobine n'est pas suffisant pour déplacer le noyau mobile (2) à rencontre des moyens ressort (4). En revanche, la pièce (7), directement chauffée par passage du courant dans la configuration de la figure 1 , augmente la température du composant thermosensible (8) vers lequel est attirée la palette (1 1 ) du fait du champ magnétique généré par l'aimant permanent (10). Les seconds moyens de rappel (9) sont prévus pour qu'à température ambiante, la force magnétique générée par l'aimant permanent (10) soit supérieure à la force de rappel du ressort (9).
Lorsque la température atteint dans le composant thermosensible (8) le point de Curie, ledit composant (8) se démagnétise, provoquant l'ouverture du circuit magnétique qu'il constitue avec la palette (1 1 ), sous l'effet du ressort (9). La palette se déplace dans la direction de la flèche F, et entraîne le percuteur (5),
lequel actionne, dans l'hypothèse d'un appareil électrique à serrure mécanique, un déclencheur faisant partie de ladite serrure.
En figure 2, la pièce (7) chauffée par passage direct du courant I n'est plus à proximité de la bobine (1 ) mais à l'extrémité de l'actionneur thermique distal de ladite bobine (1 ). Dans ce cas, lorsque le composant (8) atteint la température de Curie, le ressort (9) repousse la palette (1 1 ) en direction de la bobine (1 ), et il faut donc que le percuteur (5) se développe dans cette direction, avec un déplacement qui va dans le sens de la flèche F'. Le noyau mobile (2) doit par conséquent se déplacer dans le même sens, et se situer à proximité de l'actionneur thermique, contrairement à la configuration montrée en figure 1 . La collerette (13) du percuteur (5) se situe à présent dans un évidement (14) du noyau mobile (2), de façon à être entraînée par le noyau mobile (2) lorsque l'élévation brutale et importante du courant I génère dans la bobine un champ magnétique capable de déplacer ledit noyau mobile (2) à rencontre du ressort (4).
La figure (3) illustre une configuration dans laquelle la pièce conductrice (7) parcourue par le courant est supprimée. Dans cette hypothèse, le chauffage de la bobine (1 ) est indirect et seule cette dernière est parcourue par le courant I. Le manchon (6') prolongé par un second manchon (12') formant l'enveloppe logeant les différents éléments de l'actionneur thermique est à présent constitué dans un matériau qui véhicule la chaleur, et c'est à titre principal la base (15) plus épaisse de ladite enveloppe qui chauffe le composant en matériau thermosensible (8) à faible point de Curie. Comme dans les configurations précédentes, la surface de contact entre ces éléments, se développant radialement, constitue la plus grande surface de contact possible de manière à transmettre l'énergie calorifique de l'un à l'autre. A l'exception de l'existence de la pièce (7) et du changement de matériau pour le manchon / enveloppe (6), la configuration et le fonctionnement de la variante proposée en figure 3 sont identiques à celle de la configuration de la figure 1 .
Ce sont les mêmes modifications qui distinguent la configuration de la figure 4 et celle de la figure 2 : il n'y a plus de pièce (7), et l'enveloppe (6', 12') est à présent constituée d'un matériau choisi pour son aptitude à véhiculer la chaleur.
Les configurations proposées aux figures 1 à 4 ne sont bien entendu pas exhaustives de l'invention, qui englobe également toutes les variantes, par exemple de forme et de choix de matériaux, qui découlent immédiatement des configurations proposées.
Claims
1 . Actionneur magnétothermique comportant :
- un actionneur magnétique constitué d'une bobine (1 ) placée en série dans une ligne électrique, entourant un noyau mobile (2) et apte à l'entraîner entre deux positions matérialisant deux états respectivement actif et inactif de l'actionneur, des premiers moyens de rappel (4) du noyau mobile (2) en position correspondant à l'état inactif de l'actionneur, et
- un actionneur thermique formé d'un aimant permanent (10) coopérant magnétiquement avec un composant en matériau thermosensible (8) à faible point de Curie, en vue de maintenir l'actionneur magnétothermique à l'état inactif lorsque la température dudit composant (8) est en dessous du point de Curie,
caractérisé en ce que le composant en matériau thermosensible (8) est fixé à une pièce (7, 15) dont la température augmente en cas d'élévation du courant, des seconds moyens de rappel (9) étant interposés entre l'aimant permanent (1 0) et ledit composant (8), l'un des deux étant solidarisé à une partie fixe et l'autre solidarisé à une partie mobile par rapport à la bobine (1 ) en vue de les écarter l'un de l'autre lorsque la température dépasse le point de Curie dans le composant thermosensible (8), lesdits seconds moyens de rappel (9) les faisant alors passer d'un premier positionnement relatif correspondant à l'état inactif de l'actionneur à un second positionnement relatif correspondant à son état actif.
2. Actionneur magnétothermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pièce (15) de l'actionneur thermique est thermoconductrice et disposée par rapport à la bobine (1 ) de manière à être chauffée par celle-ci.
3. Actionneur magnétothermique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pièce (7) de l'actionneur thermique est conductrice, à forte résistivité, et connectée en série à la bobine (1 ).
4. Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'actionnement entraîné par le noyau mobile (2) et par la partie mobile de l'actionneur thermique.
5. Actionneur magnétothermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement est constitué d'un percuteur (5).
6. Actionneur magnétothermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant thermosensible (8) à faible point de Curie est composé d'un alliage de fer et de nickel.
7. Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le percuteur (5) est entraîné par le noyau mobile (2) qui se déplace selon l'axe de la bobine (1 ) à rencontre d'un ressort de compression (4) reposant sur un noyau fixe (3) de l'actionneur magnétique au travers duquel passe le percuteur (5), qui traverse ensuite successivement la partie fixe et la partie mobile de l'actionneur thermique, entre lesquelles est interposé un ressort (9) visant à écarter lesdites parties, le percuteur (5) comportant au voisinage de son extrémité libre une collerette d'appui (13) sur la face de ladite partie mobile distale du noyau mobile (2).
8. Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le percuteur (5) est entraîné par la partie mobile de l'actionneur thermique, qui se déplace sous l'effet d'un ressort (9) interposé entre les parties mobile et fixe de l'actionneur thermique selon l'axe de la bobine (1 ) à rencontre d'un ressort de compression (4) reposant sur un noyau fixe (3) de l'actionneur magnétique au travers duquel passe le percuteur (5) après avoir passé au travers du noyau mobile (2), le percuteur (5) comportant alors une collerette d'appui (13) sur la paroi radiale du noyau mobile (2) proximale du noyau fixe (3).
9. Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la partie fixe de l'actionneur thermique est constituée de la pièce conductrice (7) connectée à la bobine (1 ), du composant thermosensible (8) accolé à lad ite pièce (7) et d'une enveloppe en matériau isolant constituée d'un premier manchon (12) guidant en translation la partie mobile de l'actionneur thermique, solidaire d'un second manchon (6) coaxial au premier, autour duquel est enroulée la bobine (1 ), et guidant en translation le noyau mobile (2) de l'actionneur magnétique.
10. Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la partie fixe de l'actionneur thermique est constituée du composant thermosensible (8) accolé à ladite pièce conductrice (15) et d'une enveloppe en matériau thermoconducteur constituée d'un premier manchon (12') guidant en translation la partie mobile de l'actionneur thermique, solidaire d'un second manchon (6') coaxial au premier, autour duquel est enroulée la bobine (1 ), et guidant en translation le noyau mobile (2) de l'actionneur magnétique.
1 1 . Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la partie mobile est constituée de l'aimant (10) solidarisé à une palette (1 1 ) en matériau ferromagnétique, de forme cylindrique apte à guider son déplacement dans le premier manchon (1 2, 1 2') et à constituer un circuit magnétique avec le composant thermosensible (8), ce dernier et/ou la pièce conductrice (7) étant fixé(e) à une paroi d'allure radiale séparant les deux manchons (12, 12' ; 6, 6') coaxiaux.
12. Actionneur magnétothermique selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la partie mobile est constituée de l'aimant (10) solidarisé à une palette (1 1 ) en matériau ferromagnétique, de forme cylindrique apte à guider son déplacement dans le premier manchon (12, 12') et à constituer un circuit magnétique avec le composant thermosensible (8), ce dernier et/ou la pièce conductrice (7) étant fixé(e) à une paroi d'allure radiale fermant le premier manchon (12, 12') à son extrémité opposée à une paroi d'allure radiale séparant les deux manchons (12, 12' ; 6, 6') coaxiaux.
13. Système de déclenchement magnétothermique pour appareil électrique de type disjoncteur de protection de ligne comportant un actionneur selon les revendications précédentes dont la bobine (1 ) est placée en série dans ladite ligne, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement est prévu pour faire déclencher une serrure mécanique d'ouverture de la ligne en cas de surtension ou de court-circuit.
14. Appareil électrique de protection de ligne de type disjoncteur comportant un système de déclenchement magnétothermique selon la revendication précédente.
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