Electroaimant rotatif La présente invention concerne un dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts, comprenant une armature mobile en rotation entre deux butées. Ce dispositif est particulièrement adapté pour un appareil interrupteur de puissance en basse tension tel qu'un contacteur ou un contacteur/disjoncteur, On connaît un dispositif de commande électromagnétique comprenant une armature mobile en rotation entre deux positions matérialisées par deux butées ménagées dans un cadre fixe, et comprenant au moins un aimant permanent et au moins une bobine sur le cadre fixe (voir demande de brevet n° FR9906592). L'aimant permanent sert à maintenir l'armature mobile dans une position donnée lorsque la bobine ne crée aucun champ magnétique. Ce dispositif est bistable et, pour commuter l'armature mobile d'une position vers une autre, il est nécessaire de faire circuler un courant dans la bobine soit dans un sens, soit dans un autre, ou alors d'utiliser deux bobines opposées, de façon à créer un champ magnétique, dans une direction ou dans une autre, supérieur à celui généré par l'aimant permanent. La consommation d'un tel dispositif est alors importante. Par ailleurs, le document DE3005921 montre un dispositif monostable de commande électromagnétique dans lequel au moins un aimant est monté sur l'armature mobile et dans lequel une bobine est montée sur le cadre fixe. Mais le fait de monter la ou les bobines dans le cadre fixe entraîne une augmentation pénalisante de la taille de l'ensemble du dispositif.

D'autre part, le document US5029618 montre un dispositif de commande électromagnétique appliqué à un mécanisme pour métiers à tisser. Ce dispositif est soit rotatif et bistable, soit linéaire et monostable grâce à une dissymétrie de l'entrefer des deux aimants qu'il comprend. Cependant, la puissance d'un tel dispositif n'est pas adaptée pour ouvrir et fermer efficacement des contacts de puissance d'un appareil interrupteur tel qu'il est souhaité dans l'invention.

Le but de la présente invention est de proposer un dispositif le plus simple possible de commande électromagnétique pour appareil interrupteur, capable de répondre à des contraintes d'encombrement et de consommation très sévères.

Pour cela, l'invention décrit un dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts d'un appareil interrupteur comprenant : -une armature mobile monostable qui est mobile en rotation autour d'un axe de rotation dans un cadre fixe entre deux butées délimitant respectivement une position repos et une position travail et qui coopère mécaniquement avec un levier d'actionnement des contacts, l'armature mobile comportant un noyau de forme allongée selon un axe longitudinal perpendiculaire à l'axe de rotation et présentant deux extrémités opposées de forme convexe, -au moins un aimant permanent monté dans le cadre fixe selon un axe d'aimantation passant par l'axe de rotation, et possédant une surface polaire de forme sensiblement concave en regard d'au moins une extrémité de l'armature mobile, -au moins une bobine montée (s) sur l'armature mobile, -des moyens de contrôle capables de délivrer un courant de commande dans la (les) bobine (s).

En présence d'un courant de commande dans la bobine d'une valeur nulle ou inférieure à un seuil de déclenchement, l'armature mobile commute vers une première des deux positions précitées (respectivement repos ou travail) grâce à la force d'attraction de (des) I'aimant (s) permanent (s). En présence d'un courant de commande d'une valeur supérieure à un seuil d'enclenchement plus grand ou égal au seuil de déclenchement, I'armature mobile commute vers la deuxième des deux positions précitées (respectivement travail ou repos), grâce à la force de répulsion de (des) )'aimant (s) permanent (s).

Selon une caractéristique, le cadre fixe comprend deux aimants permanents qui sont positionnés symétriquement par rapport à l'axe de rotation de l'armature mobile et qui possèdent chacun une surface polaire de forme sensiblement concave, coopérant avec une extrémité opposée convexe de l'armature mobile de façon à minimiser les efforts nécessaires aux mouvements de commutation de l'armature mobile. L'axe longitudinal du noyau de l'armature mobile est toujours décalé du mme côté par rapport à l'axe d'aimantation des deux aimants permanents.

La (les) bobine (s) est (sont) montée (s) sur l'armature mobile au moyen d'une carcasse qui entoure le noyau et qui présente des collerettes transversales dont au moins une coopère avec une face intérieure du cadre fixe.

Selon une autre caractéristique, les moyens de contrôle comportent d'un circuit électronique apte à recevoir en entrée un ordre de déclenchement et un ordre d'enclenchement et à délivrer en sortie un courant de commande dans la (les) bobine (s) (24,25).

L'invention a également pour objet un appareil interrupteur équipé d'un tel dispositif de commande électromagnétique.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention vont ressortir de la description détaillée qui va suivre, illustrée par les dessins annexés parmi lesquels : -la figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif de commande électromagnétique d'ouverture et de fermeture de contacts en position repos, -la figure 2 représente le mme dispositif de commande électromagnétique en position travail, -la figure 3 schématise l'allure des différentes courbes d'efforts s'exerçant sur l'armature mobile du dispositif, -la figure 4 détaille les moyens de contrôle du dispositif.

Le dispositif de commande électromagnétique est destiné à l'ouverture et à la fermeture des contacts d'un appareil interrupteur. Selon le mode de réalisation représenté en figure 1, II comprend un cadre fixe 10 métallique, creux, à l'intérieur duquel se situe une armature 20 mobile entre deux butées ménagées sur le cadre fixe 10, délimitant une position repos R et une position travail T, autour d'un axe de rotation 21 perpendiculaire à un axe longitudinal 22 de l'armature mobile 20. Une première butée, délimitant la position repos R, est constituée par deux premières faces intérieures 12,12' du cadre fixe 10, symétriques par rapport à l'axe de rotation 21. Une seconde butée, délimitant la position travail T, est constituée par deux rebords 14,14' situés sur deux secondes faces intérieures 13,13'du cadre fixe 10, symétriques par rapport à l'axe de rotation 21. L'armature mobile 20 est constituée d'un noyau métallique 29 de forme allongée selon l'axe longitudinal 22, présentant deux extrémités opposées 23,23' de forme convexe, montées de façon symétrique autour de son axe de rotation 21.

L'armature mobile 20 coopère mécaniquement avec un levier 30 d'actionnement des contacts de l'appareil interrupteur par exemple au moyen d'un ergot 19 monté sur l'armature mobile 20, de façon à ce que, en position repos R, I'armature mobile 20 commande la séparation entre des contacts mobiles 32 et des contacts fixes 31 de l'appareil interrupteur. En position repos R, cette commande est transmise par l'ergot 19 qui actionne le levier 30, lui-mme entraînant par pivotement un poussoir 33 solidaire d'un porte-contacts 34 supportant les contacts mobiles 32 (voir figure 1). Lorsque l'armature mobile 20 est en position travail T, I'ergot 19 est désolidarisé du levier 30 (voir figure 2). L'application des contacts mobiles 32 sur les contacts fixes 31 de l'appareil interrupteur est alors assurée par un ressort 35 de pression des contacts, qui prend appui sur le porte-contacts 34 et sur un support fixe 36 de l'appareil interrupteur.

En référence à la figure 1, I'armature mobile 20 possède une carcasse 28 entourant le noyau métallique 29 et sur laquelle est disposée au moins une bobine. De façon préférée, deux bobines 24,25, montées électriquement en série, sont situées de part et d'autre de l'axe de rotation 21, le long de l'axe longitudinal 22 de l'armature mobile 20. La carcasse 28 des bobines présente en outre à ses extrémités des collerettes 26,26' transversales. La limitation des mouvements de l'armature mobile 20 est obtenue : -par au moins une des collerettes 26,26'qui coopère avec une butée matérialisée par au moins une des deux premières faces intérieures 12,12' du cadre fixe 10, délimitant ainsi la position repos R, -par le noyau 29 dont au moins une des deux faces latérales 27,27' coopère avec une butée matérialisée par au moins un des deux rebords 14,14' du cadre fixe 10, délimitant ainsi la position travail T.

Ce type d'assemblage permet de diminuer fortement l'encombrement total du dispositif en ne nécessitant pas d'emplacement pour les bobines 24,25 sur le cadre fixe 10.

Au moins un aimant permanent 15,15'est fixé dans le cadre fixe 10. De façon avantageuse, le cadre fixe 10 comporte sur sa partie intérieure deux aimants permanents 15 (respectivement 15') positionnés symétriquement par rapport à l'axe de rotation 21 de l'armature mobile 20 et possédant chacun une surface polaire 16 (respectivement 16') de forme sensiblement concave positionnée en regard d'une mme extrémité convexe 23 (respectivement 23') de l'armature mobile 20. La forme

sensiblement concave des surfaces polaires 16,16' et la forme convexe des extrémités 23,23' sont particulièrement adaptées pour que ces surfaces polaires 16,16'coopèrent avec ces extrémités 23,23'de façon à minimiser la valeur de l'entrefer créé entre les aimants 15,15' et le noyau 29 et de façon à minimiser aussi les variations de cet entrefer durant les mouvements de l'armature mobile 20. Ceci permet donc de réduire les efforts nécessaires aux mouvements de commutation de l'armature mobile 20.

Comme indiqué aux figures 1 et 2, les deux aimants 15,15'sont aimantés selon sensiblement un mme axe d'aimantation 17. Le sens de l'aimantation des deux aimants 15,15'est opposé l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire que le pôle de la surface polaire 16 est l'inverse du pôle de la surface polaire 16'. L'axe d'aimantation 17 passe par l'axe de rotation 21 de l'armature mobile 20 et est perpendiculaire à cet axe de rotation 21. L'avantage d'avoir les faces polaires des aimants qui coopèrent avec les extrémités de l'armature mobile permet de donner le maximum d'amplitude à la force d'attraction/répulsion des aimants sur l'armature mobile.

Le dispositif de la présente invention est construit de telle façon que l'axe longitudinal 22 du noyau 29 de l'armature mobile 20 croise l'axe d'aimantation 17 des aimants permanents sensiblement au niveau de l'axe de rotation 21. De plus l'axe longitudinal 22 est toujours décalé du mme côté par rapport à l'axe d'aimantation 17, quelle que soit la position de l'armature mobile 20, aussi bien en position repos R qu'en position travail T, avec un angle supérieur à 0° et inférieur à 60°.

En référence à la figure 4, le dispositif de commande électromagnétique comprend également des moyens de contrôle 40 capables de délivrer un courant de commande 44 dans les bobines 24,25. Ces moyens de contrôle 40 comportent un circuit électronique 41 qui peut recevoir en entrée un ordre d'enclenchement 42 et un ordre de déclenchement 43 et qui, en fonction de ces entrées, délivre en sortie le courant de commande 44 dans les bobines 24,25 de l'armature mobile 20.

Le fonctionnement du présent dispositif de commande électromagnétique va maintenant tre décrit.

Lorsqu'un ordre de déclenchement 43 est reçu par le circuit électronique 41, celui-ci délivre dans les bobines 24,25 un courant de commande 44 d'une valeur nulle ou inférieure à un seuil de déclenchement D mémorisé dans le circuit électronique 41.

Ce seuil de déclenchement D est calculé pour que le champ magnétique induit B qui en résulte dans les bobines 24,25 soit suffisamment inférieur au champ magnétique M

des aimants permanents pour que le noyau métallique 29 de l'armature mobile 20 soit attiré par les aimants permanents 15,15' et commute vers une première des deux positions, par exemple la position repos R. Comme l'axe longitudinal 22 du noyau 29 est toujours décalé du mme côté par rapport à l'axe d'aimantation 17 des aimants permanents, cela signifie que, mme quand l'armature mobile a atteint la position R, les aimants permanents 15,15' continuent d'exercer dans le mme sens une force d'attraction 61 sur l'armature mobile 20, permettant ainsi de maintenir fermement celle- ci dans la position repos R.

Lorsqu'un ordre d'enclenchement 42 est reçu par le circuit électronique 41, celui-ci délivre dans les bobines 24,25 un courant de commande 44 d'une valeur supérieure à un seuil d'enclenchement E mémorisé dans le circuit électronique 41. Ce seuil d'enclenchement E est supérieur au seuil de déclenchement D et est calculé pour que le champ magnétique induit B qui en résulte dans les bobines soit suffisamment supérieur au champ magnétique M des aimants permanents 15,15' pour que l'armature mobile 20 soit repoussée par les aimants 15,15' et commute vers la deuxième des deux positions, par exemple la position travail T. Quand l'armature mobile 20 est en position T, les deux faces latérales 27,27' du noyau 29 de l'armature mobile sont en contact avec les deux rebords 14,14' du cadre fixe 10 métallique, ce qui limite le mouvement et permet également au flux électromagnétique engendré par les bobines de se reboucler entre le noyau métallique 29 et le cadre fixe 10 de façon à assurer ainsi un maintien efficace en position T.

La commutation de la position travail T vers la position repos R ne consomme pas de courant puisqu'elle n'est due qu'à la force d'attraction des aimants permanents 15,15'sur l'armature mobile 20. Réciproquement, comme il n'existe pas de ressort de rappel pour maintenir l'armature mobile 20 dans cette position R, alors une faible valeur du courant de commande 44 dans les bobines 24,25 suffit pour basculer de la position R à la position T, entraînant ainsi globalement une très faible consommation de l'ensemble du dispositif. De mme, la force nécessaire pour plaquer les contacts mobiles 32 sur les contacts fixes 31 ne consomme pas non plus de courant puisqu'elle est assurée par le ressort 35.

Ainsi, étant donné que le dispositif de commande électromagnétique selon l'invention ne passe jamais par une position d'équilibre, puisque l'axe longitudinal 22 du noyau 29 est toujours décalé du mme côté par rapport à l'axe d'aimantation 17 des aimants permanents, et étant donné les faibles valeurs de l'entrefer et des variations de l'entrefer durant les mouvements de l'armature mobile 20, cela entraîne

que les efforts d'attraction/répulsion liés aux aimants permanents sont quasiment linéaires durant toute la course de l'armature mobile 20 et donc que les positions R et T sont des positions très stables. On obtient alors une grande efficacité permettant au dispositif de pouvoir plaquer et séparer rapidement les contacts mobiles 32 et les contacts fixes 31 d'un appareil interrupteur de puissance, mme pour des intensités électriques importantes.

La figure 3 schématise ce que pourrait tre l'allure des différentes courbes d'efforts s'exerçant sur l'armature mobile 20 du dispositif selon la présente invention.

Sur ce graphique, l'axe des abscisses représente la course de l'armature mobile entre la position travail T et la position repos R. La partie supérieure 50 du graphique représente les efforts lors du mouvement de l'armature mobile 20 de la position R vers la position T. La partie inférieure 60 du graphique représente les efforts lors du mouvement de l'armature mobile 20 de la position T vers la position R.

Entre la position T et une position médiane M située entre T et R, le levier d'actionnement 30 est dissocié de l'armature mobile 20. Entre la position M et la position R, le levier 30 est mécaniquement entraîné par l'ergot 19 de l'armature mobile 20 pour séparer les contacts mobiles 32 des contacts fixes 31 de l'appareil interrupteur. Les efforts liés aux aimants permanents 15,15'sont représentés par les courbes 51 et 61. Les efforts liés au ressort 35 de pression de contacts sont représentés par les courbes 52 et 62, ces efforts n'étant présents que entre la position M et la position R de l'armature mobile.

Dans la partie inférieure 60, les bobines 24,25 sont traversées par un courant 44 de valeur nulle ou inférieure au seuil de déclenchement D. Donc la force d'attraction des aimants permanents 15,15'génère un effort moteur sur l'armature mobile représenté par la courbe 61, cet effort faisant passer l'armature mobile de la position T vers la position R. L'effort 61 doit tre supérieur à l'effort de rappel représenté sur la courbe 62. Cet effort de rappel 62 correspond à la compression du ressort 35 de pression de contacts s'opposant à la force d'attraction des aimants permanents entre la position M et la position R, c'est-à-dire quand le levier d'actionnement 30 entraîne les contacts mobiles 32 de l'appareil interrupteur.

Dans la partie supérieure 50, les bobines 24,25 sont traversées par un courant 44 de valeur supérieure au seuil d'enclenchement E. L'effort moteur lié aux aimants permanents 15,15' est alors inversé et entraîne désormais l'armature mobile

20 de la position R vers la position T, comme l'indique la courbe 51. L'effort représenté par la courbe 52, qui est généré par le ressort 35 de pression de contacts entre la position R et la position M devient désormais un effort moteur qui s'additionne avec l'effort moteur 51 facilitant ainsi le passage de la position R vers la position T. On remarque que cet effort moteur 51 sur l'armature mobile n'a pas besoin d'tre important puisque, entre la position R et la position M, il est assisté par l'effort 52 dû au ressort 35 de pression de contacts et, après la position M, comme le levier d'actionnement 30 n'entraîne plus mécaniquement les contacts mobiles de l'appareil interrupteur, l'effort moteur 51 doit juste entraîner puis maintenir l'armature mobile de façon stable dans la position T, sans rencontrer de force de rappel. Ceci a pour effet la faible consommation du dispositif de commande électromagnétique, en abaissant le seuil d'enclenchement E du courant 44 dans les bobines 24,25.

Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de mme envisager l'emploi de moyens équivalents.