EP3608928A1 - Actionneur électromagnétique et appareil de commutation électrique comportant cet actionneur - Google Patents

Actionneur électromagnétique et appareil de commutation électrique comportant cet actionneur Download PDF

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EP3608928A1
EP3608928A1 EP19189283.5A EP19189283A EP3608928A1 EP 3608928 A1 EP3608928 A1 EP 3608928A1 EP 19189283 A EP19189283 A EP 19189283A EP 3608928 A1 EP3608928 A1 EP 3608928A1
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EP
European Patent Office
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equal
actuator
movable part
notches
magnetic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19189283.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rémy Orban
Olivier Theron
Sébastien Buffat
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic actuator and an electrical switching apparatus comprising this actuator.
  • Electrical switching devices such as circuit breakers, used in electrical distribution facilities, generally include an electromagnetic actuator whose function is to switch the electrical device from an electrically closed state to an electrically open state in response to a control signal.
  • an electromagnetic actuator whose function is to switch the electrical device from an electrically closed state to an electrically open state in response to a control signal.
  • a movable part of the actuator is coupled to a switching mechanism of the electrical device.
  • the actuator makes it possible in particular to interrupt the distribution of electricity in the event of detection of an electrical fault.
  • FR-2893445-B1 discloses a known electromagnetic actuator comprising a fixed body, a movable part, and a magnetic excitation circuit adapted to set in motion the movable part.
  • the magnetic circuit includes a permanent magnet and an excitation coil supplied by a control signal.
  • Such actuators must meet many requirements. They must be compact and have reduced dimensions so that they can be easily integrated inside switching devices. They must react quickly in response to the control signal, especially in the event of an electrical fault. They must be reliable and not trigger unexpectedly, as this would affect the operation of the switchgear. In particular, they must not trip when exposed to stray magnetic fields generated during short circuits downstream of the switching device. They must also be able to operate in switching devices in which the control signal is supplied from an on-board energy reserve.
  • the invention more particularly intends to remedy by proposing an electromagnetic actuator whose operation is improved.
  • the mobile part has one or more notches formed in a body of the mobile part.
  • the notches formed in the mobile part make it possible to limit the eddy currents which appear in the mobile part when the coil is excited.
  • the notches make it possible to modify the inductance of the magnetic circuit and therefore to reduce the amount of energy necessary to control the actuation of the actuator.
  • the invention relates to an electrical switching device comprising a switching mechanism and an electromagnetic actuator coupled to the switching mechanism, the electromagnetic actuator being as described above.
  • the figure 1 represents an electromagnetic actuator 2 comprising a fixed body 4 and a movable part 6 which forms a magnetic core of the actuator 2.
  • the movable part 6 is movable in translation relative to the fixed body 4 along a longitudinal axis Z2 of the actuator 2 between a deployed position and a retracted position.
  • a deployed position also called “release position”
  • the mobile part 6 In the deployed position, also called “release position”, the mobile part 6 is at least partially deployed outside the fixed body 4.
  • the retracted position also called “arming position”
  • the mobile part 6 In the retracted position, also called “arming position”, the mobile part 6 is retracted inside the fixed body 4.
  • the body 4 here forms a cylinder-shaped cylinder head centered on the longitudinal axis Z2.
  • the cylinder head guides in translation the movable part 6 during its movement between the retracted and deployed positions.
  • the actuator 2 also comprises a magnetic excitation circuit 8 comprising, in addition to the mobile part 6, a magnetic part 10 forming a core of the magnetic circuit and which creates a first magnetic force to retain the mobile part 6 in the retracted position when the actuator 2 is not energized.
  • the part 10 has the shape of a flat disc centered on the longitudinal axis Z2.
  • the main faces of the part 10 are perpendicular to the axis Z2.
  • the part 10 is made of material having a permanent magnetization, preferably of ferromagnetic material.
  • the magnetic circuit 8 also includes a coil 12 capable of generating a second magnetic force opposite to the first magnetic force when it is powered by an electric excitation current.
  • the second magnetic force is opposed to the first magnetic force and allows the mobile part 6 to be released, as explained below.
  • the coil 12 comprises for example turns of an electrically conductive wire wound concentrically around the axis Z2.
  • the magnetic circuit 8 also includes a part 14 for concentrating the magnetic flux.
  • the part 14 is in contact with an upper face of the magnetic part 10 by its lower face. In the retracted position, the mobile part 6 is in contact with an upper part of the part 14.
  • the actuator also comprises an elastic return member 16 mechanically coupled with the mobile part 6 and which exerts a return force, tending to move the mobile part 6 towards its deployed position.
  • the return member 16 is a spring, in particular a compression helical spring mounted coaxially around the axis Z2.
  • the first force exerted by the magnetic part 10 is greater than the restoring force exerted by the member 16, so that the movable part 6 remains in its retracted position.
  • the coil 12 is excited by means of an electric supply current, for example in response to a control signal sent to the actuator 2, it generates a magnetic field opposing that created by the part 10 thus decreasing the resulting magnetic force.
  • the restoring force exerted by the member 16 then moves the movable part 6 towards the deployed position.
  • the mobile part 6 comprises a main body of essentially cylindrical shape and a straight portion in the form of a narrow rod which extends longitudinally from an upper end of the main body.
  • the movable part 6 comprises a movable head 18 slidingly mounted along the rod-shaped portion and coupled with a secondary return member 20 itself mounted on the movable part 6.
  • the member 20 is a concentric helical spring with the axis Z2.
  • the return member 16 rests on the one hand on the body 4 and on the other hand, on the opposite end, on the head 18.
  • the fixed body 4 is formed by assembling at least two parts 22 and 24 arranged concentrically and for example connected together by a seal.
  • the reference 26 designates a bottom plate which closes the body 4 on its lower end.
  • the magnetic piece 10 is mounted on an upper face of the bottom plate 26.
  • the head 18 extends to the opposite end of the body 4.
  • the actuator 2 is analogous to the actuator described in the patent FR 2 893 445 B1 and works similarly.
  • the movable part 6 comprises one or more notches 30, such as slots or recesses, formed in the main body of the movable part 6.
  • the notches 30 extend from a peripheral edge 32 of the main body of the movable part 6.
  • the notches 30 are radial notches, that is to say notches arranged radially relative to the center of the movable part 6, that is to say here relative to the longitudinal axis of the mobile part 6.
  • the longitudinal axis of the mobile part 6 coincides with the axis Z2 when the mobile part 6 is mounted in the actuator 2.
  • the notches 30 extend essentially perpendicular to the peripheral edge 32 of the mobile part 6.
  • each notch 30 extends from the peripheral edge 32 of the movable part 6 towards the center of the movable part 6 by defining a portion of radial section of the movable part 6.
  • portion of radial section means here that the notch 30 does not form a complete radial section of the mobile part 6, because the notch 30 does not extend completely to the center of the mobile part 6.
  • each notch 30 is finished in the direction from the center by an inner end edge 34 which is located at a non-zero distance from the center.
  • the reference R6 designates the radius of the mobile part 6, measured at the main body of the mobile part 6 where the notches are formed 30.
  • the reference w30 designates the angle between the opposite edges of a notch 30. For example , the angle w30 is measured at the edge 32.
  • the reference l30 designates the width of a notch 30.
  • the notches 30 of the movable part 6 are identical.
  • the notches 30 are regularly spaced from one another, that is to say that they are distributed uniformly around the entire periphery of the movable part 6.
  • the movable part 6 has a symmetry of revolution around the axis Z2 when the mobile part 6 is mounted inside the actuator 2.
  • the number of radial notches 30 is greater than or equal to one and, preferably, between 1 and 10 and, more preferably, between 3 and 10. In the example illustrated, the number d 'notches 30 equals four.
  • the angle w30 of a notch is greater than or equal to 5 ° and less than or equal to 50 °, or the angle w30 is greater than or equal to 20 ° and less than or equal to 40 °.
  • the width l30 is greater than or equal to 5 ° and less than or equal to 20 °. Other angle values are possible.
  • the notches 30 extend in height along the main body of the mobile part 6 parallel to the longitudinal axis of the mobile part 6.
  • the notches 30 have a height greater than or equal to 20% of the length of the main body of the movable part 6.
  • the radius R6 of the movable part 6 is preferably greater than or equal to 3 mm and less than or equal to 10 mm.
  • the length L30 of the radial notches is greater than or equal to 30% of the radius R6 and less than or equal to 90% of the radius R6 and, preferably, is greater than or equal to 40% of the radius R6 and less than or equal to 70 % of radius R6.
  • the precise values of the number and dimensions of the slots 30 are optimized according to the applications and in particular the performance expected by the actuator 2. According to examples, it is preferable to increase the perimeter of the mobile part 6 while retaining a section w30 high enough for the first magnetic force to be sufficient to ensure correct operation of the actuator 2.
  • the ratio of the length of the perimeter of the movable part 6 to the perimeter of a disc of the same radius devoid of notches 30 is greater than or equal to 1.5 and preferably greater than or equal to 2 and, more preferably, greater than or equal to 5.
  • each notch 30 has an oblong shape whose lateral edges are parallel to each other.
  • each notch 30 has a quadrilateral shape, for example a rectangular shape.
  • the width l30 is the same whether it is measured at the edge 34 of the movable part 6 or at the edge 32 of the part.
  • the coil 12 When the coil 12 is energized to control the actuator 2, it creates a magnetic flux aligned along the axis Z2. This magnetic flux generates eddy currents inside the movable part 6, which leads to an energy loss. These eddy currents generally circulate in the plane of the movable part 6 perpendicular to the direction of the magnetic flux, along the peripheral edge 32.
  • the arrangement of the notches 30 tangentially to the magnetic flux created by the coil 12 makes it possible to increase the length of equivalent path traveled by eddy currents, which hinders their circulation and reduces energy loss.
  • the choice of the number and the size of the notches 30 makes it possible to modify the reluctance of the mobile part 6, which makes it possible to optimize the value of the inductance of the mobile part 6 and therefore to reduce the amount of energy required to trigger the actuator 2.
  • the notches 30 reduce the mass of the moving part 6.
  • the moving part 6 is thus easier to move.
  • the response time of response of the actuator 2 is therefore reduced.
  • the movable part 6 is made of an iron-silicon alloy.
  • the mass concentration of silicon in the iron-silicon alloy is greater than or equal to 2% and less than or equal to 6.5%, preferably greater than or equal to 2.5% and less than or equal to 3, 5%.
  • the mobile part 6 is produced according to a metal injection molding process (“Metal Injection Molding” in English).
  • Iron - Silicon makes it possible to obtain magnetic performances close to those of pure iron, in particular in terms of saturation induction and magnetic permeability, while having an electrical resistivity at least two to three times higher than that of pure iron, which makes it possible to limit the energy losses by eddy currents when the second magnetic force is applied to the part 10.
  • the manufacture of the movable part 6 according to a metal injection molding process makes it possible to manufacture the movable part 6 in an iron-silicon alloy more easily than with known shaping techniques, for example by machining or by turning. , which do not give satisfactory results on an Iron - Silicon alloy, in particular for the manufacture of small parts, as is the case of the movable part 6.
  • the figure 4 represents a mobile part 6 'corresponding to another embodiment of the mobile part 6.
  • the elements of the mobile part 6' which are similar to the mobile part 6 have the same references increased by the symbol "'" and are not described in detail, as far as the above description can be transposed.
  • the mobile part 6 ′ is in particular capable of being integrated inside the actuator 2 in place of the mobile part 6.
  • the notches 30 ′ are here arranged on either side of a central geometric plane of the movable part 6 ′ and are aligned perpendicular to this plane in parallel directions.
  • the central plane is perpendicular to the cutting plane illustrating the movable part 6 'on the figure 4 and therefore parallel to the axis Z2.
  • a first group of notches 30 ' is arranged on one side of the central plane and a second group of notches 30' is arranged on the other side of the central plane.
  • the number of notches 30 ′ is the same in each of the first and second groups.
  • the central plane is a plane of symmetry of the movable part 6 '.
  • the number of notches 30 'in each of the first and second groups is greater than or equal to 2 and less than or equal to 6.
  • the number and dimensions of the notches 30' depend on the manufacturing process. of the movable part 6 'and in particular of the demouldability constraints.
  • each of the first and second groups has four notches 30 '.
  • the mobile part 6 ′ is made of the same material as the mobile part 6, and according to a manufacturing process similar to that of the mobile part 6.
  • the respective inner end edges 34 of the notches 30 'situated on the same side of the central plane are aligned and located at the same distance from the central plane. Due to the circular shape of the peripheral edge 32, the notches 30 'whose inner end edges 34 are aligned along the same axis may in this case have different lengths L30'.
  • the reference “LA” designates the distance between the inner end edges 34 of the notches 30 'of the first group and the second group.
  • the distance LA here is greater than or equal to 5% of the diameter of the mobile part 6 'and less than or equal to 30% of the diameter of the mobile part 6'.
  • the dimensions of the notches 30 ' such as the maximum value of the length L30' of the notches 30 ', the spacing W30' between two consecutive notches 30 'and the width l30' of the notches 30 'are chosen in a similar fashion.
  • the figure 5 shows an electrical switching device 40, such as a circuit breaker, or a contactor, or a relay, or any other equivalent device.
  • the apparatus 40 includes connection terminals 41 for input / output of the current, separable electrical contacts 42, a switching mechanism 44 and the actuator 2.
  • the separable contacts 42 are connected between the terminals 41 and are switchable between an open state and a closed state to prevent or authorize, respectively, the flow of electric current, under the action of the switching mechanism 44.
  • the actuator 2 is coupled to the switching mechanism 44 so as to trigger the opening of the separable contacts 42, for example in response to a control signal supplied by a trigger or by a control unit external to the device 40.

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Abstract

Cet actionneur électromagnétique (2) comporte :- un corps fixe (4) ;- une partie mobile (6) formant un noyau magnétique de l'actionneur et étant déplaçable en translation par rapport au corps fixe (4) entre une position rétractée et une position déployée ;- une pièce magnétique (10) formant un aimant permanent adapté pour générer une première force magnétique retenant la partie mobile dans la position rétractée ;- une bobine (12) adaptée pour engendrer une deuxième force magnétique opposée à la première force magnétique lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique d'excitation.La partie mobile (6) comporte une ou plusieurs encoches formées dans un corps de la partie mobile (6).

Description

  • La présente invention concerne un actionneur électromagnétique et un appareil de commutation électrique comportant cet actionneur.
  • Les appareils de commutation électrique, tels que les disjoncteurs, utilisés dans des installations de distribution d'électricité, comportent généralement un actionneur électromagnétique dont la fonction est de commuter l'appareil électrique d'un état électriquement fermé à un état électriquement ouvert en réponse à un signal de commande. Par exemple, une partie mobile de l'actionneur est couplée à un mécanisme de commutation de l'appareil électrique. L'actionneur permet notamment d'interrompre la distribution d'électricité en cas de détection d'un défaut électrique.
  • FR-2893445-B1 divulgue un actionneur électromagnétique connu comportant un corps fixe, une partie mobile, et un circuit magnétique d'excitation adapté pour mettre en mouvement la partie mobile. Le circuit magnétique comporte un aimant permanent et une bobine d'excitation alimentée par un signal de commande.
  • De tels actionneurs doivent répondre à de nombreuses exigences. Ils doivent être compacts et présenter des dimensions réduites afin de pouvoir être intégrés facilement à l'intérieur des appareils de commutation. Ils doivent réagir rapidement en réponse au signal de commande, notamment en cas de défaut électrique. Ils doivent être fiables et ne pas se déclencher intempestivement, car cela affecterait le fonctionnement de l'appareil de commutation. En particulier, ils ne doivent pas se déclencher lorsqu'ils sont exposés à des champs magnétiques parasites générés lors de courts-circuits en aval de l'appareil de commutation. Ils doivent pouvoir également fonctionner au sein d'appareils de commutation dans lesquels le signal de commande est fourni à partir d'une réserve d'énergie embarquée.
  • C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un actionneur électromagnétique dont le fonctionnement est amélioré.
  • A cet effet l'invention concerne un actionneur électromagnétique comportant :
    • un corps fixe ;
    • une partie mobile formant un noyau magnétique de l'actionneur et étant déplaçable en translation par rapport au corps fixe entre une position rétractée et une position déployée ;
    • une pièce magnétique formant un aimant permanent adapté pour générer une première force magnétique retenant la partie mobile dans la position rétractée ;
    • une bobine adaptée pour engendrer une deuxième force magnétique opposée à la première force magnétique lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique d'excitation.
  • La partie mobile comporte une ou plusieurs encoches formées dans un corps de la partie mobile.
  • Grâce à l'invention, les encoches ménagées dans la partie mobile permettent de limiter les courants de Foucault qui apparaissent dans la partie mobile lors de l'excitation de la bobine. De plus, les encoches permettent de modifier l'inductance du circuit magnétique et donc de réduire la quantité d'énergie nécessaire pour commander le déclenchement de l'actionneur.
  • Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel actionneur peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible :
    • La partie mobile est réalisée en alliage de Fer - Silicium.
    • La concentration massique de Silicium dans l'alliage est supérieure ou égale à 2% et inférieure ou égale à 6,5%, de préférence supérieure ou égale à 2,5% et inférieure ou égale à 3,5%.
    • La partie mobile est fabriquée selon un procédé de moulage par injection de métal.
    • Chaque encoche est disposée radialement par rapport au centre de la partie mobile.
    • Le nombre d'encoches est compris entre 1 et 10, de préférence égal à 4.
    • L'angle entre les bords opposés d'une encoche est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 50°.
    • Le rayon de la partie mobile est supérieur ou égal à 3 mm et inférieur ou égal à 10 mm, et la longueur des encoches radiales est supérieure ou égale à 30% du rayon et inférieure ou égale à 90% du rayon.
    • Les encoches sont disposées de part et d'autre d'un plan géométrique central de la pièce magnétique et sont alignées perpendiculairement à ce plan.
  • Selon un autre aspect, l'invention concerne un appareil de commutation électrique comportant un mécanisme de commutation et un actionneur électromagnétique couplé au mécanisme de commutation, l'actionneur électromagnétique étant tel que décrit précédemment.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une illustration schématique d'une vue en coupe d'un actionneur électromagnétique selon des modes de réalisation de l'invention ;
    • la figure 2 est une illustration schématique, selon une vue en perspective, d'un premier mode de réalisation d'une partie mobile d'un circuit magnétique d'excitation de l'actionneur de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue en coupe de la partie mobile de la figure 2 dans le plan de coupe III selon un premier mode de réalisation ;
    • la figure 4 est une vue en coupe d'un mode de réalisation alternatif de l'actionneur des figures 2 et 3 ;
    • la figure 5 est une illustration schématique d'un appareil électrique comportant un actionneur électromagnétique selon des modes de réalisation de l'invention.
  • La figure 1 représente un actionneur électromagnétique 2 comportant un corps fixe 4 et une partie mobile 6 qui forme un noyau magnétique de l'actionneur 2.
  • La partie mobile 6 est déplaçable en translation par rapport au corps fixe 4 le long d'un axe longitudinal Z2 de l'actionneur 2 entre une position déployée et une position rétractée. Dans la position déployée, aussi nommée « position de déclenchement », la partie mobile 6 est au moins en partie déployée à l'extérieur du corps fixe 4. Dans la position rétractée, aussi nommée « position d'armement », la partie mobile 6 est rétractée à l'intérieur du corps fixe 4.
  • Le corps 4 forme ici une culasse en forme de cylindre creux centrée sur l'axe longitudinal Z2. La culasse assure le guidage en translation de la partie mobile 6 lors de son déplacement entre les positions rétractée et déployée.
  • L'actionneur 2 comporte également un circuit magnétique 8 d'excitation comprenant, outre la partie mobile 6, une pièce magnétique 10 formant un noyau du circuit magnétique et qui crée une première force magnétique pour retenir la partie mobile 6 dans la position rétractée lorsque l'actionneur 2 n'est pas excité.
  • La pièce 10 a une forme de disque plat centré sur l'axe longitudinal Z2. Lorsque la pièce 10 est montée à l'intérieur de l'actionneur 2, les faces principales de la pièce 10 sont perpendiculaires à l'axe Z2.
  • Selon des exemples, la pièce 10 est réalisée en matériau présentant une aimantation permanente, de préférence en matériau ferromagnétique.
  • Le circuit magnétique 8 comporte également une bobine 12 apte à engendrer une deuxième force magnétique opposée à la première force magnétique lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique d'excitation. La deuxième force magnétique s'oppose à la première force magnétique et permet la libération de la partie mobile 6 comme expliqué ci-après.
  • Dans l'exemple illustré, la première force et la deuxième force sont dirigées selon l'axe Z2. La bobine 12 comporte par exemple des spires d'un fil électriquement conducteur enroulées concentriquement autour de l'axe Z2.
  • Selon des exemples de mise en oeuvre, le circuit magnétique 8 comporte également une pièce 14 de concentration du flux magnétique. Dans cet exemple, la pièce 14 est en contact avec une face supérieure de la pièce magnétique 10 par sa face inférieure. Dans la position rétractée, la partie mobile 6 est en contact avec une partie supérieure de la pièce 14.
  • L'actionneur comprend également un organe de rappel élastique 16 couplé mécaniquement avec la partie mobile 6 et qui exerce une force de rappel, tendant à déplacer la partie mobile 6 vers sa position déployée. Par exemple, l'organe de rappel 16 est un ressort, notamment un ressort hélicoïdal à compression monté coaxialement autour de l'axe Z2.
  • Lorsque l'actionneur 2 est au repos, la première force exercée par la pièce magnétique 10 est supérieure à la force de rappel exercée par l'organe 16, de sorte que la partie mobile 6 reste dans sa position rétractée. Lorsque la bobine 12 est excitée au moyen d'un courant électrique d'alimentation, par exemple en réponse à un signal de commande envoyé vers l'actionneur 2, elle génère un champ magnétique s'opposant à celui crée par la pièce 10 diminuant ainsi la force magnétique résultante. La force de rappel exercée par l'organe 16 déplace alors la partie mobile 6 vers la position déployée.
  • Selon des exemples, la partie mobile 6 comporte un corps principal de forme essentiellement cylindrique et une portion rectiligne en forme de tige étroite qui s'étend longitudinalement depuis une extrémité supérieure du corps principal.
  • Selon le mode de réalisation illustré, la partie mobile 6 comporte une tête mobile 18 montée coulissante le long de la portion en forme de tige et couplée avec un organe de rappel secondaire 20 lui-même monté sur la partie mobile 6. Par exemple, l'organe 20 est un ressort hélicoïdal concentrique avec l'axe Z2. L'organe de rappel 16 s'appuie d'une part sur le corps 4 et d'autre part, sur l'extrémité opposée, sur la tête 18.
  • Selon un exemple de mise en oeuvre, le corps fixe 4 est formé par assemblage d'au moins deux parties 22 et 24 disposées concentriquement et par exemple connectées entre elles par un joint d'étanchéité. La référence 26 désigne une plaque de fond qui ferme le corps 4 sur son extrémité inférieure. Par exemple, la pièce magnétique 10 est montée sur une face supérieure de la plaque de fond 26. La tête 18 s'étend à l'extrémité opposée du corps 4.
  • Par exemple, l'actionneur 2 est analogue à l'actionneur décrit dans le brevet FR 2 893 445 B1 et fonctionne de manière similaire.
  • Comme illustré sur la figure 2, la partie mobile 6 comporte une ou plusieurs encoches 30, telles que des fentes ou des évidements, ménagées dans le corps principal de la partie mobile 6. De préférence, les encoches 30 s'étendent depuis un bord périphérique 32 du corps principal de la partie mobile 6.Selon des modes de réalisation, les encoches 30 sont des encoches radiales, c'est-à-dire des encoches disposées radialement par rapport au centre de la partie mobile 6, c'est-à-dire ici par rapport à l'axe longitudinal de la partie mobile 6. L'axe longitudinal de la partie mobile 6 est confondu avec l'axe Z2 lorsque la partie mobile 6 est montée dans l'actionneur 2. Ainsi, les encoches 30 s'étendent essentiellement perpendiculairement au bord périphérique 32 de la partie mobile 6.
  • Par exemple, chaque encoche 30 s'étend depuis le bord périphérique 32 de la partie mobile 6 vers le centre de la partie mobile 6 en définissant une portion de section radiale de la partie mobile 6. Par « portion de section radiale », on entend ici que l'encoche 30 ne forme pas une section radiale complète de la partie mobile 6, car l'encoche 30 ne s'étend pas complètement jusqu'au centre de la partie mobile 6. Au contraire, chaque encoche 30 est terminée en direction du centre par un bord d'extrémité intérieur 34 qui est situé à une distance non nulle du centre.
  • Sur la figure 3, la référence R6 désigne le rayon de la partie mobile 6, mesuré au niveau du corps principal de la partie mobile 6 où sont formées les encoches 30. La référence w30 désigne l'angle entre les bords opposés d'une encoche 30. Par exemple, l'angle w30 est mesuré au niveau du bord 32. La référence ℓ30 désigne la largeur d'une encoche 30.
  • Selon des modes de réalisation, les encoches 30 de la partie mobile 6 sont identiques.
  • De préférence, les encoches 30 sont régulièrement espacées les unes par rapport aux autres, c'est-à-dire qu'elles sont réparties uniformément sur tout le pourtour de la partie mobile 6. Dans ce cas, la partie mobile 6 présente une symétrie de révolution autour de l'axe Z2 lorsque la partie mobile 6 est montée à l'intérieur de l'actionneur 2.
  • Selon des modes de réalisation, le nombre d'encoches radiales 30 est supérieur ou égal à un et, de préférence, compris entre 1 et 10 et, de préférence encore, compris entre 3 et 10. Dans l'exemple illustré, le nombre d'encoches 30 est égal à quatre.
  • Selon des modes de réalisation, l'angle w30 d'une encoche est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 50°, ou l'angle w30 est supérieur ou égal à 20° et inférieur ou égal à 40°. Par exemple, la largeur ℓ30 est supérieure ou égale à 5° et inférieure ou égale à 20°. D'autres valeurs d'angle sont possibles.
  • De préférence, les encoches 30 s'étendent en hauteur le long du corps principal de la partie mobile 6 parallèlement à l'axe longitudinal de la partie mobile 6. Par exemple, les encoches 30 ont une hauteur supérieure ou égale à 20% de la longueur du corps principal de la partie mobile 6.
  • Selon des modes de réalisation particuliers, le rayon R6 de la partie mobile 6 est de préférence supérieur ou égal à 3 mm et inférieur ou égal à 10 mm.
  • Par exemple, la longueur L30 des encoches radiales est supérieure ou égale à 30% du rayon R6 et inférieure ou égale à 90% du rayon R6 et, de préférence, est supérieure ou égale à 40% du rayon R6 et inférieure ou égale à 70% du rayon R6.
  • En pratique, les valeurs précises du nombre et des dimensions des fentes 30 sont optimisées en fonction des applications et notamment des performances attendues par l'actionneur 2. Selon des exemples, il est préférable d'augmenter le périmètre de la partie mobile 6 tout en conservant une section w30 suffisamment élevée pour que la première force magnétique soit suffisante pour assurer un bon fonctionnement de l'actionneur 2.
  • Par exemple, selon des modes de réalisation, le rapport de la longueur du périmètre de la partie mobile 6 sur le périmètre d'un disque de même rayon dépourvu d'encoches 30 est supérieur ou égal à 1,5 et de préférence supérieur ou égal à 2 et, de préférence encore, supérieur ou égal à 5.
  • Selon des variantes non illustrées, chaque encoche 30 présente une forme oblongue dont les bords latéraux sont parallèles entre eux. Ainsi, chaque encoche 30 présente une forme de quadrilatère, par exemple une forme rectangulaire. Dans ce cas, la largeur ℓ30 est la même qu'elle soit mesurée au niveau du bord 34 de la partie mobile 6 ou au niveau du bord 32 de la pièce.
  • Lorsque la bobine 12 est excitée pour commander l'actionneur 2, celle-ci crée un flux magnétique aligné selon l'axe Z2. Ce flux magnétique engendre des courants de Foucault à l'intérieur de la partie mobile 6, ce qui conduit à une déperdition d'énergie. Ces courants de Foucault circulent généralement dans le plan de la partie mobile 6 perpendiculairement à la direction du flux magnétique, le long du bord périphérique 32. La disposition des encoches 30 de façon tangentielle au flux magnétique créé par la bobine 12 permet d'augmenter la longueur du chemin équivalent parcouru par les courants de Foucault, ce qui entrave leur circulation et réduit les déperditions d'énergie.
  • Réduire les pertes énergétiques dues aux courants de Foucault permet de diminuer la quantité d'énergie requise pour alimenter la bobine 12. Cela est avantageux lorsque l'excitation de l'actionneur 2 au sein de l'appareil électrique est réalisée en utilisant une batterie ou une réserve d'énergie dont la capacité de stockage est limitée.
  • De plus, le choix du nombre et de la dimension des encoches 30 permet de modifier la réluctance de la partie mobile 6, ce qui permet d'optimiser la valeur de l'inductance de la partie mobile 6 et donc de réduire la quantité d'énergie requise pour déclencher l'actionneur 2.
  • Enfin, les encoches 30 réduisent la masse de la pièce mobile 6. La pièce mobile 6 est ainsi plus facile à déplacer. Le temps de réponse de réponse de l'actionneur 2 est donc réduit.
  • Selon des modes de réalisation avantageux, la partie mobile 6 est réalisée dans un alliage de Fer - Silicium.
  • De préférence, la concentration massique de silicium dans l'alliage de Fer - Silicium est supérieure ou égale à 2% et inférieure ou égale à 6,5%, de préférence supérieure ou égale à 2,5% et inférieure ou égale à 3,5%.
  • Selon des modes de réalisation particulièrement avantageux, la partie mobile 6 est fabriquée selon un procédé de moulage par injection de métal (« Metal Injection Molding » en langue anglaise).
  • L'utilisation de Fer - Silicium permet d'obtenir des performances magnétiques proches de celles du fer pur, notamment en termes d'induction à saturation et de perméabilité magnétique, tout en présentant une résistivité électrique au moins deux à trois fois supérieure à celle du fer pur, ce qui permet de limiter les pertes énergétiques par courants de Foucault lorsque la deuxième force magnétique est appliquée sur la pièce 10.
  • La fabrication de la partie mobile 6 selon un procédé de moulage par injection de métal permet de fabriquer la partie mobile 6 dans un alliage de Fer - Silicium plus facilement qu'avec les techniques de mise en forme connues, par exemple par usinage ou par tournage, qui ne donnent pas de résultats satisfaisants sur un alliage de Fer - Silicium, notamment pour la fabrication de pièces de petite taille, comme c'est le cas de la partie mobile 6.
  • La figure 4 représente une partie mobile 6' correspondant à un autre mode de réalisation de la partie mobile 6. Les éléments de la partie mobile 6' qui sont analogues à la partie mobile 6 portent les mêmes références augmentée du symbole « ' » et ne sont pas décrits en détail, dans la mesure où la description ci-dessus peut leur être transposée. La partie mobile 6' est notamment apte à être intégrée à l'intérieur de l'actionneur 2 à la place de la partie mobile 6.
  • La partie mobile 6' diffère notamment de la partie mobile 6 en ce que les encoches 30' de la partie mobile 6' ne sont pas orientées radialement. Au contraire, les encoches 30' sont ici disposées de part et d'autre d'un plan géométrique central de la partie mobile 6' et sont alignées perpendiculairement à ce plan selon des directions parallèles. Le plan central est perpendiculaire au plan de coupe illustrant la partie mobile 6' sur la figure 4 et donc parallèle à l'axe Z2.
  • Ainsi, un premier groupe d'encoches 30' est disposé d'un côté du plan central et un deuxième groupe d'encoches 30' est disposé de l'autre côté du plan central.
  • De préférence, le nombre d'encoches 30' est le même dans chacun des premier et deuxième groupes. Par exemple, le plan central est un plan de symétrie de la partie mobile 6'.
  • Selon des modes de réalisation, le nombre d'encoches 30' dans chacun des premier et deuxième groupes est supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 6. En pratique, le nombre et les dimensions des encoches 30' dépend du procédé de fabrication de la partie mobile 6' et notamment des contraintes de démoulabilité. Dans l'exemple illustré, chacun des premier et deuxième groupes comporte quatre encoches 30'.
  • Par exemple, la partie mobile 6' est fabriquée dans le même matériau que la partie mobile 6, et suivant un procédé de fabrication analogue à celui de la partie mobile 6.
  • De préférence, les bords d'extrémité intérieurs 34 respectifs des encoches 30' situées d'un même côté du plan central sont alignés et situés à une même distance du plan central. Du fait de la forme circulaire du bord périphérique 32, les encoches 30' dont les bords d'extrémité intérieurs 34 sont alignés le long d'un même axe peuvent dans ce cas présenter des longueurs L30' différentes.
  • Sur la figure 4, la référence « LA » désigne la distance entre les bords d'extrémité intérieurs 34 des encoches 30' du premier groupe et du deuxième groupe. La distance LA est ici supérieure ou égale à 5% du diamètre de la partie mobile 6' et inférieure ou égale à 30% du diamètre de la partie mobile 6'.
  • En pratique, les dimensions des encoches 30', telles que la valeur maximale de la longueur L30' des encoches 30', l'espacement W30' entre deux encoches 30' consécutives et la largeur ℓ30' des encoches 30' sont choisis de façon analogue à la partie mobile 6, notamment dans le but d'augmenter la longueur du chemin équivalent parcouru par les courants de Foucault et d'optimiser la valeur d'inductance de la partie mobile 6'. La figure 5 représente un appareil de commutation électrique 40, tel qu'un disjoncteur, ou un contacteur, ou un relais, ou tout autre appareil équivalent.
  • L'appareil 40 comporte des terminaux de raccordement 41 d'entrée/sortie du courant, des contacts électriques séparables 42, un mécanisme de commutation 44 et l'actionneur 2.
  • Les contacts séparables 42 sont connectés entre les terminaux 41 et sont commutables entre un état ouvert et un état fermé pour empêcher ou autoriser, respectivement, la circulation du courant électrique, sous l'action du mécanisme de commutation 44.
  • L'actionneur 2 est couplé au mécanisme de commutation 44 de manière à déclencher l'ouverture des contacts séparables 42, par exemple en réponse à un signal de commande fourni par un déclencheur ou par une unité de commande extérieure à l'appareil 40.
  • Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation.

Claims (10)

  1. Actionneur électromagnétique (2) comportant :
    - un corps fixe (4) ;
    - une partie mobile (6 ; 6') formant un noyau magnétique de l'actionneur et étant déplaçable en translation par rapport au corps fixe (4) entre une position rétractée et une position déployée ;
    - une pièce magnétique (10) formant un aimant permanent adapté pour générer une première force magnétique retenant la partie mobile dans la position rétractée ;
    - une bobine (12) adaptée pour engendrer une deuxième force magnétique opposée à la première force magnétique lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique d'excitation ;
    caractérisé en ce que la partie mobile (6 ; 6') comporte une ou plusieurs encoches (30 ; 30') formées dans un corps de la partie mobile (6 ; 6').
  2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie mobile (6 ; 6') est réalisée en alliage de Fer - Silicium.
  3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la concentration massique de Silicium dans l'alliage est supérieure ou égale à 2% et inférieure ou égale à 6,5%, de préférence supérieure ou égale à 2,5% et inférieure ou égale à 3,5%.
  4. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie mobile (6 ; 6') est fabriquée selon un procédé de moulage par injection de métal.
  5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque encoche (30) est disposée radialement par rapport au centre de la partie mobile (6).
  6. Actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le nombre d'encoches (30) est compris entre 1 et 10, de préférence égal à 4.
  7. Actionneur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'angle (w30) entre les bords opposés d'une encoche (30) est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 50°.
  8. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le rayon (R6) de la partie mobile (6) est supérieur ou égal à 3 mm et inférieur ou égal à 10 mm, et en ce que la longueur (L30) des encoches radiales (30) est supérieure ou égale à 30% du rayon et inférieure ou égale à 90% du rayon.
  9. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les encoches (30') sont disposées de part et d'autre d'un plan géométrique central de la pièce magnétique (6') et sont alignées perpendiculairement à ce plan.
  10. Appareil de commutation (40) électrique comportant un mécanisme de commutation (44) et un actionneur électromagnétique couplé au mécanisme de commutation, caractérisé en ce que l'actionneur électromagnétique (2) est selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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