Dispositif de détection des trois états d'un disjoncteur

La présente invention se rapporte à un dispositif de détection des trois états, "Marche", "Arrêt" et "Déclenché" d'un disjoncteur électrique.

II est connu par le document US 4,969,063 un dispositif de détection et de signalisation des trois états "Marche", "Arrêt" et "Déclenché" d'un disjoncteur électrique. Ce dispositif comporte un commutateur trois positions couplé mécaniquement avec l'organe d'actionnement du disjoncteur. Le commutateur trois positions est matérialisé par trois pistes électriques affectées chacune à l'une des positions de l'organe d'actionnement et coopérant avec un contact électrique mobile solidaire de l'organe d'actionnement. Selon la position de l'organe d'actionnement, le commutateur allume une première LED d'une première couleur, une seconde LED d'une seconde couleur ou les deux LEDS en même temps pour mélanger leurs couleurs.

Ce type de dispositif fonctionne par contact mécanique entre l'organe d'actionnement et les pistes électriques. Ces pistes peuvent s'user au fur et à mesure des commutations de l'organe d'actionnement, affectant à terme la qualité des connexions électriques. En outre, si dans l'une de ses positions, l'organe d'actionnement présente du jeu, la connexion électrique entre le contact mobile et la piste magnétique correspondante peut être déficiente.

Le but de l'invention est de proposer un dispositif de détection des trois états d'un disjoncteur qui soit fiable, précis, peu encombrant, et dont les connexions électriques ne risquent pas une usure trop précoce.

Ce but est atteint par un dispositif de détection des trois états d'un disjoncteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend : un dispositif magnétique mobile, déplaçable entre trois positions correspondants aux trois états du disjoncteur et comportant au moins un aimant permanent, deux micro-interrupteurs pilotables par effet magnétique par l'aimant permanent, et en ce que :

chaque micro-interrupteur présente un élément mobile apte à s'aligner suivant une orientation des lignes de champ magnétique pour prendre une position d'ouverture ou une position de fermeture, dans chaque position du dispositif magnétique, les deux micro- interrupteurs sont commandés en position d'ouverture ou en position de fermeture pour former une combinaison particulière représentative de l'un des trois états du disjoncteur.

Selon une particularité, le dispositif magnétique est couplé mécaniquement à un organe d'actionnement du disjoncteur apte à prendre trois positions correspondant aux trois états du disjoncteur.

Selon une première variante de réalisation de l'invention, le dispositif magnétique est actionné en translation.

Selon une particularité, le dispositif magnétique comporte une pièce symétrique en matériau ferromagnétique. Dans une première configuration, la pièce ferromagnétique présente par exemple deux branches en forme de U et l'aimant permanent est monté symétriquement sur la pièce ferromagnétique, entre les deux branches. Dans une seconde configuration, la pièce ferromagnétique peut également présenter trois branches pour former un E, un aimant permanent occupant chacun l'un des deux creux formés par les trois branches de la pièce ferromagnétique. Selon une deuxième variante de réalisation, le dispositif magnétique est actionné en rotation. L'aimant permanent du dispositif magnétique est par exemple monté sur un châssis actionné en pivotement par une tringle couplée mécaniquement à l'organe d'actionnement.

Selon l'invention, l'élément mobile est par exemple une membrane ferromagnétique apte à pivoter sous l'effet magnétique.

Selon l'invention, le dispositif de détection comporte un dispositif de signalisation chargé d'indiquer chacun des trois états du disjoncteur en fonction de la position des micro-interrupteurs. Le dispositif de signalisation est par exemple monté sur le boîtier du disjoncteur ou déporté par rapport au disjoncteur. L'invention se rapporte également à un disjoncteur électrique comportant un dispositif de détection tel que défini ci-dessus ainsi qu'à un système de surveillance d'une pluralité de disjoncteurs de ce type. Le système de surveillance comporte par exemple un bus de communication sur lequel sont connectés les dispositifs de

détection des disjoncteurs. Ce bus de communication est connecté à un terminal central chargé de traiter, de centraliser les signaux reçus et d'afficher l'état de chacun des disjoncteurs connectés sur le bus en fonction de ces signaux. L'affichage pourra être réalisé sur un tableau lumineux ou sur un écran du terminal.

D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : - Les figures 1A à 1C représentent en vue de côté un disjoncteur électrique à trois positions, respectivement à l'état "Arrêt", "Marche" et "Déclenché" et doté d'un dispositif de détection selon l'invention.

La figure 2 représente en perspective, un premier mode de réalisation d'une plaquette mobile du dispositif de détection de l'invention. - La figure 3 représente, en perspective, un dispositif magnétique selon un premier mode de réalisation.

La figure 4 montre les lignes de champ du champ magnétique généré par les aimants du dispositif magnétique de la figure 3. Cette figure montre également deux micro-interrupteurs au repos. - Les figures 5A à 5C représentent en vue de côté, dans trois positions différentes, le dispositif magnétique de la figure 3 et montrent l'influence des champs magnétiques générés par ses aimants permanents sur l'état des deux micro-interrupteurs.

La figure 6 montre en vue de dessus un deuxième mode de réalisation de la plaquette mobile du dispositif de détection de l'invention.

La figure 7 représente un dispositif magnétique selon un deuxième mode de réalisation.

La figure 8 montre les lignes de champ du champ magnétique généré par l'aimant permanent du dispositif magnétique de la figure 7. La figure 8 représente également deux micro-interrupteurs au repos.

Les figures 9A à 9C représentent en vue de côté le dispositif magnétique de la figure 7 dans trois positions différentes et montrent l'influence du champ magnétique généré par son aimant permanent sur l'état des deux micro-interrupteurs. - La figure 10 représente une variante du dispositif de détection selon l'invention implantée dans un disjoncteur.

Les figures 1 1A à 1 1 C illustrent le principe de fonctionnement du dispositif de détection de la figure 10.

La figure 12 représente un micro-interrupteur tel que celui employé dans le dispositif de détection de l'invention.

Les figures 13A et 13B représentent le micro-interrupteur de la figure 12 respectivement en position d'ouverture et en position de fermeture, actionné par un aimant permanent.

La figure 14 montre un exemple de configuration d'un dispositif de signalisation commandé par deux micro-interrupteurs.

Le dispositif de détection selon l'invention est destiné à être implanté dans un disjoncteur 1 électrique à trois positions. De manière connue, un disjoncteur 1 comporte un boîtier 10 sur lequel est monté un organe d'actionnement constitué par exemple d'une manette 1 1 pivotante ou rotative. Sur les figures 1A à 1C, la manette a la forme d'un levier pivotant mais il faut comprendre qu'elle peut également prendre la forme d'un bouton tournant.

La manette 11 peut être mise en mouvement entre trois positions, une position "Marche" (M), une position "Arrêt" (A) et une position "Déclenché" (D) située à mi-chemin entre la position "Marche" (M) et la position "Arrêt" (A). Le mouvement de la manette de la position "Marche" (M) à la position "Déclenché" (D) est réalisé de manière automatique lors de la détection d'un défaut électrique tel qu'un court-circuit. Dans chacune des trois positions (M, A, D) de la manette 11 , le disjoncteur se trouve donc respectivement à l'état Marche ("On"), Arrêt ("Off") ou Déclenché ("Trip").

Le dispositif de détection comporte au moins deux micro-interrupteurs 2a, 2b (référencés également 2) adjacents montés sur un circuit électrique de signalisation C et destinés à détecter l'état du disjoncteur 1.

Chacun de ces micro-interrupteurs 2a, 2b peut être commuté par un actionneur entre deux positions, une position d'ouverture (figure 13A) et une position de fermeture (figure 13B).

Selon l'invention, entre leurs deux positions, ces micro-interrupteurs 2a, 2b sont pilotés par effet magnétique. Chacun de ces micro-interrupteurs 2a, 2b est sensible à l'orientation des lignes de champ L d'un champ magnétique généré par un actionneur magnétique. Ce type de micro-interrupteur 2 est par exemple fabriqué en technologie MEMS (pour "Micro-Electro-Mechanical System").

Un exemple de configuration d'un micro-interrupteur 2 sensible à l'orientation des lignes de champ L est représenté en figures 12 à 13B.

Un micro-interrupteur 2 sensible à l'orientation des lignes de champ L comporte une membrane 20 mobile ferromagnétique déformable pouvant être actionnée en rotation autour d'un axe de rotation (R) par l'actionneur magnétique. La membrane 20 est par exemple en Fer-Nickel. La membrane 20 présente un axe longitudinal (A) et est reliée, à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire de bras de liaison 22a, 22b, à un ou plusieurs plots 23 d'ancrage solidaires d'un substrat 3. La membrane 20 est apte à pivoter par rapport au substrat 3 suivant son axe (R) de rotation perpendiculaire à son axe longitudinal (A). Les bras 22a, 22b de liaison forment une liaison élastique entre la membrane 20 et le plot 23 d'ancrage et sont sollicités en flexion lors du pivotement de la membrane 20. Les deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont par exemple réalisés sur un même substrat 3.

A son extrémité distale par rapport à son axe de rotation, la membrane 20 porte un contact mobile 21. En pivotant, la membrane 20 peut prendre au moins deux positions déterminées, une position d'ouverture (figure 13A) dans laquelle deux pistes électriques 31 , 32 fixes déposées sur le substrat 3 sont déconnectées ou une position de fermeture (figure 13B) dans laquelle les deux pistes 31 , 32 sont reliées entre elles par le contact mobile 21 porté par la membrane 20.

L'un des modes d'actionnement de la membrane 20 consiste à appliquer un champ magnétique créé par un aimant permanent 4. La membrane 20 ferromagnétique se déplace entre ses deux positions en s'alignant sur les lignes de champ L du champ magnétique généré par l'aimant permanent 4. En référence aux figures 13A et 13B, le champ magnétique de l'aimant permanent 4 présente des lignes de champ L dont l'orientation génère une composante magnétique BP ₀ , BP ₁ dans une couche ferromagnétique de la membrane 20 suivant son axe longitudinal

(A). Cette composante magnétique BP ₀ , BP ₁ générée dans la membrane 20 engendre un couple magnétique imposant à la membrane 20 de prendre l'une de ses positions de fermeture (figure 13B) ou d'ouverture (figure 13A). En déplaçant l'aimant permanent 4 par rapport à la membrane 20, il est donc possible de soumettre la membrane à deux orientations différentes des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 4 et de faire basculer la membrane 20 entre ses deux positions.

Ce principe d'actionnement est employé dans le dispositif de détection selon l'invention.

Le dispositif de détection comporte une plaquette 5 mobile en translation, par exemple en matériau plastique, couplée mécaniquement à la manette 1 1 et apte à prendre trois positions correspondant aux trois états du disjoncteur 1. En référence aux figures 1A à 1 C, cette plaquette 5 est par exemple montée sur un rail de coulissement et peut prendre une position basse (figure 1A) lorsque la manette 1 1 est en position "Arrêt" (A), une position haute (figure 1 B) lorsque la manette 1 1 est en position "Marche" (M) ou une position médiane (figure 1C), située entre la position haute et la position basse, lorsque la manette 1 1 est en position "Déclenché" (D).

La plaquette 5 mobile porte un dispositif magnétique 40, 41 à un ou deux aimants permanents, destiné à actionner les micro-interrupteurs 2a, 2b entre leurs deux positions.

La figure 3 montre un dispositif magnétique 40 selon un premier mode de réalisation, comportant deux aimants permanents 400, 401 identiques. Ce dispositif magnétique se compose d'une pièce 402 symétrique ayant une section longitudinale en forme de E et en matériau ferromagnétique. Cette pièce ferromagnétique 402 présente deux creux occupés chacun en totalité par un aimant permanent 400, 401 affleurant de la surface supérieure et des surfaces latérales de la pièce ferromagnétique 402. Sur sa face supérieure, le dispositif magnétique 40 présente successivement une première partie ferromagnétique d'extrémité, une première partie magnétique constituée par le premier aimant permanent 400, une deuxième partie ferromagnétique centrale, une deuxième partie magnétique constituée par le second aimant permanent 401 et une troisième partie ferromagnétique d'extrémité. L'agencement des aimants permanents 400, 401 dans la pièce ferromagnétique 402

permet de confiner les lignes de champ des champs magnétiques générés par les deux aimants permanents 400, 401 autour du dispositif magnétique 40 (figure 4).

La figure 7 montre un dispositif magnétique 41 selon un deuxième mode de réalisation comportant un seul aimant permanent 410. Ce dispositif magnétique comporte également une pièce 412 symétrique en matériau ferromagnétique présentant pour sa part une section longitudinale en forme de U. L'aimant permanent

410 est positionné symétriquement entre les deux branches de la pièce en U, en laissant un creux de part et d'autre. La figure 8 montre les lignes de champ L du champ magnétique généré par l'aimant permanent 410 dans ce dispositif magnétique

41. La présence de la pièce ferromagnétique 412 permet également de confiner les lignes de champ L autour du dispositif magnétique 41 (figure 8).

Sur sa face supérieure, le dispositif magnétique 41 selon ce deuxième mode de réalisation présente successivement une première partie ferromagnétique d'extrémité, un creux, une partie magnétique centrale constituée par l'aimant permanent 410, un second creux et une deuxième partie ferromagnétique d'extrémité.

Selon l'invention, les micro-interrupteurs 2a, 2b enfermés dans un boîtier 24 sont montés sur un circuit imprimé 25 fixé en vis-à-vis de la plaquette mobile 5 (figures 1A à 1 C).

Les micro-interrupteurs 2a, 2b sont positionnés de sorte que leurs axes de rotation (R) soient parallèles au plan de translation de la plaquette mobile 5 et perpendiculaires à la direction de translation de la plaquette mobile 5.

Dans une première configuration, la plaquette mobile 5 porte le dispositif magnétique 40 à deux aimants permanents 400, 401.

Dans cette première configuration, les deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont par exemple orientés dans le même sens.

Dans la position basse de la plaquette mobile 5 (figure 1A), les membranes 20 des deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont toutes deux alignées suivant une même orientation des lignes de champ du premier aimant permanent 400, leur imposant une position de fermeture (figure 5A).

Dans la position haute de la plaquette mobile 5 (figure 1 B), les membranes 20 des deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont toutes deux alignées suivant une même

orientation des lignes de champ du second aimant permanent 401 , leur imposant une position d'ouverture.

Dans la position médiane de la plaquette mobile 5 (figure 1 C), les membranes 20 des deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont en vis-à-vis de la partie ferromagnétique centrale du dispositif magnétique 40. La membrane 20 du premier micro-interrupteur 2a est alignée suivant une orientation des lignes de champ du premier aimant permanent 400 lui imposant une position de fermeture et la membrane 20 du second micro-interrupteur 2b est alignée suivant une orientation des lignes de champ du second aimant permanent 401 lui imposant une position d'ouverture.

Dans une seconde configuration, la plaquette mobile 5 porte le dispositif magnétique 41 à un seul aimant permanent 410. Dans cette configuration, les deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont par exemple orientés dans un sens différent, par exemple adossés l'un par rapport à l'autre suivant leur axe de rotation (R). Dans la position basse de la plaquette mobile 5 (figure 9A), les membranes

20 des deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont alignées suivant une même orientation des lignes de champ de l'aimant permanent 410, imposant une position de fermeture à la membrane 20 du premier micro-interrupteur 2a et une position d'ouverture à la membrane 20 du second micro-interrupteur 2b. Dans la position haute de la plaquette mobile 5 (figure 9C), les membranes

20 des deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont alignées suivant une même orientation des lignes de champ de l'aimant permanent 410, cette orientation étant inversée par rapport à celle des lignes de champ vues par les membranes 20 lorsque la plaquette 5 est en position basse. Le premier micro-interrupteur 2a est alors en position d'ouverture et le second micro-interrupteur 2b est en position de fermeture.

Dans la position médiane de la plaquette mobile 5, les deux microinterrupteurs 2a, 2b sont positionnés symétriquement de part et d'autre de l'axe de symétrie du dispositif magnétique 41 de sorte que leurs membranes 20 sont chacune alignées suivant les deux orientations différentes des lignes de champ de l'aimant permanent 410. Les deux micro-interrupteurs 2a, 2b adossés sont donc dans une position d'ouverture.

Dans les deux configurations, les deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont commandés pour former, dans chaque position de la plaquette 5, une combinaison

différente d'ouverture et/ou de fermeture de leurs membranes 20 et ainsi générer à chaque fois un signal différent représentatif de la position de la plaquette 5 mobile et donc de la position de la manette 1 1 et de l'état du disjoncteur 1.

Selon une variante de réalisation, le dispositif magnétique est constitué d'un simple aimant permanent 43 monté fixement sur un châssis 60 actionné en rotation autour d'un axe par une tringle 61 couplée mécaniquement avec la manette 11 directement ou indirectement par l'intermédiaire d'un mécanisme coopérant d'une part avec la manette 1 1 et d'autre part avec un déclencheur (non représenté). De manière connue, cette tringle 61 est déplaçable en translation pour prendre trois positions : une position "Marche", une position "Arrêt" et une position "Déclenché", en fonction de l'état du mécanisme, pour représenter respectivement l'état "Marche" du disjoncteur, son état "Arrêt" et son état "Déclenché". Ce type de dispositif est décrit plus abondamment dans les brevets FR 2 834 379 et FR 2 827 703. Dans cette variante, le dispositif magnétique n'est pas actionné en translation mais en rotation autour d'un axe. Une combinaison d'un mouvement de translation et de rotation du dispositif magnétique peut également être envisagée.

En rotation, l'aimant permanent 43 soumet les deux micro-interrupteurs 2a, 2b, par exemple enfermés dans leur boîtier 24, à un champ magnétique présentant des lignes de champ L de différentes orientations pour leur imposer leur position d'ouverture ou de fermeture.

En référence aux figures 1 1A à 11 C, l'aimant permanent 43 est animé d'un mouvement de rotation, au-dessus des micro-interrupteurs 2, autour d'un axe parallèle aux axes (R) de rotation des membranes 20 et de même direction. Les micro-interrupteurs 2a, 2b sont par exemple orientés dans le même sens et sont positionnés de part et d'autre de l'axe (A1 ) de l'aimant 43 de sorte que lorsque l'aimant permanent 43 est parallèle au substrat 3 portant les micro-interrupteurs 2a, 2b, la membrane 20 du premier micro-interrupteur 2a, alignée suivant une orientation des lignes de champ L du champ magnétique de l'aimant permanent 43, est en position d'ouverture et la membrane du second micro-interrupteur 2b, alignée suivant une orientation inverse des lignes de champ L, est en position de fermeture (figure 1 1 B).

Sur la figure 1 1 A, l'aimant permanent 43 est incliné dans le sens anti-horaire de sorte que la membrane 20 du premier micro-interrupteur 2a est alignée suivant une orientation des lignes de champ L lui imposant une position d'ouverture et que la membrane 20 du second micro-interrupteur 2b est alignée suivant une orientation des lignes de champ L lui imposant également une position d'ouverture.

Sur la figure 1 1 C, l'aimant permanent 43 est incliné en sens horaire de sorte que la membrane 20 du premier micro-interrupteur 2a est alignée suivant une orientation des lignes de champ L de l'aimant permanent 43 lui imposant une position de fermeture et que la membrane 20 du second micro-interrupteur 2b est alignée suivant une orientation des lignes de champ L de l'aimant permanent 43 lui imposant également une position de fermeture.

Selon l'état des deux micro-interrupteurs 2a, 2b, un signal différent peut être émis par un dispositif de signalisation 7 (figures 1A à 1 C) comportant le circuit électrique de signalisation C représenté en figure 14 et commandé par les deux micro-interrupteurs 2a, 2b. Le schéma représenté en figure 14 n'est qu'un exemple et n'est nullement limitatif. Le dispositif de signalisation 7 peut être monté sur le boîtier 10 du disjoncteur ou être déporté par rapport à celui-ci.

Le dispositif de signalisation représenté en figure 14 est adapté pour fonctionner lorsque dans un premier état du disjoncteur 1 , les deux microinterrupteurs 2a, 2b sont ouverts, dans un second état du disjoncteur 1 le premier micro-interrupteur 2a est ouvert et le second micro-interrupteur 2b est fermé et dans un troisième état du disjoncteur, le premier micro-interrupteur 2a est fermé et le second micro-interrupteur 2b est ouvert. Ces combinaisons sont celles obtenues avec le dispositif de détection décrit ci-dessus, doté du dispositif magnétique 41 selon le deuxième mode de réalisation.

Ce circuit électrique C comporte par exemple quatre branches C1 , C2, C3, C4 en parallèle. Deux branches C1 , C2 sont commandées chacune par l'un des micro-interrupteur 2a, 2b. Une diode D1 , D2 est montée en série de chacun des micro-interrupteurs, l'une étant orientée passante et l'autre bloquante. Les deux autres branches C3, C4 parallèles du circuit C portent chacune une LED L1 , L2 (pour "Light Emitting Diode" ou DEL pour Diode Electro-luminesecente), l'une étant orientée passante et l'autre bloquante.

Lorsque le premier micro-interrupteur 2a est fermé et le second microinterrupteur 2b est ouvert, la première LED L1 est allumée et la seconde LED L2 est éteinte. Cette combinaison correspond par exemple à l'état "Arrêt" du disjoncteur 1.

Lorsque le premier micro-interrupteur 2a est ouvert et le second micro- interrupteur 2b est fermé, la première LED L1 est éteinte et la seconde LED L2 est allumée. Cette combinaison correspond par exemple à l'état "Marche" du disjoncteur 1.

Lorsque les deux micro-interrupteurs 2a, 2b sont ouverts, les deux LEDS L1 , L2 sont allumées. Cette combinaison correspond par exemple à l'état "Déclenché" du disjoncteur 1.

Selon l'invention, à partir des deux micro-interrupteurs 2a, 2b, il s'agit donc de dresser une table de vérité représentant les états de chacun des microinterrupteurs 2a, 2b en fonction de la position de la plaquette mobile 5 et l'état résultant des LEDS du dispositif de signalisation. Cette table de vérité diffère en fonction de la configuration initiale des micro-interrupteurs 2a, 2b.

Le dispositif de signalisation 7 peut être déporté et peut être intégré à un système de surveillance destiné à surveiller l'état de plusieurs disjoncteurs montés sur un même tableau ou dispersés dans différents locaux. Avantageusement, dans ce système, les signaux électriques obtenus en sortie d'un dispositif de détection d'un disjoncteur 1 sont par exemple envoyés sur un bus de communication relié par exemple à un terminal informatique central chargé de traiter les signaux reçus et d'afficher les états de tous les disjoncteurs ainsi connectés au bus. L'affichage pourra être réalisé par l'intermédiaire d'un tableau lumineux à LEDS ou de l'écran du terminal.

Selon l'invention, il est possible de détecter plus de trois états mécaniques en employant plus de deux micro-interrupteurs agencés de manière appropriée.

Il est bien entendu que, selon la position du dispositif magnétique, les états des micro-interrupteurs sont dépendants de leur orientation, de la géométrie du ou des aimants permanents employés ou du mode d'actionnement du dispositif magnétique. Les différentes combinaisons obtenues décrites ci-dessus ne sont pas limitatives et d'autres configurations peuvent être envisagées.

II est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.