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ACTIONNEUR ÉLECTROMAGNÉTIQUE BISTABLE
DOMAINE
La présente divulgation porte sur un actionneur électromagnétique bistable.
L'actionneur peut servir à actionner les contacts d'un interrupteur sous vide
dans un
réseau électrique de transmission d'électricité. Un circuit magnétique d'un
actionneur
électromagnétique linéaire comprenant une bobine électrique et un aimant
permanent
est décrit. Dans un mode de réalisation, l'actionneur est un actionneur
linéaire
bistable. Dans un mode de réalisation, l'actionneur est à force
bidirectionnelle
commandé par un seul courant. Dans un mode de réalisation, l'actionneur
comporte
un mode de freinage régénérateur.
ÉTAT DE L'ART
Les réseaux électriques de transport ou de distribution d'électricité à
courant alternatif
comportent des disjoncteurs localisés à l'entrée des lignes dont la fonction
est
d'interrompre le courant électrique en cas d'un incident de surcharge ou de
court-
circuit sur le réseau électrique, ou pour effectuer des manoeuvres. Dans les
réseaux
électriques à courant alternatif à moyenne tension (1 à 35 kilovolts), on
utilise dans
les disjoncteurs un interrupteur localisé dans une bouteille scellée contenant
un vide
poussé, communément appelé "interrupteur sous vide" parmi les moyens pour
briser
ou former un lien conducteur. L'interrupteur sous vide comporte un contact
fixe monté
à une des deux extrémités internes de la bouteille, et un contact mobile
rattaché à
l'autre extrémité par l'entremise d'un soufflet pour permettre son mouvement.
A
l'assemblage, on pompe un vide poussé autour des contacts et on scelle la
bouteille.
Une fois assemblé, le contact mobile peut se mouvoir linéairement pour séparer
les
contacts. Lorsque les contacts sont écartés, le différentiel entre la pression
du vide et
celle de l'ambiant exerce une force pour fermer les contacts. A cette force se
combine
aussi une force causée par la déformation élastique du soufflet. Cette force
du soufflet,
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d'une plus petite amplitude, s'ajoute ou se soustrait à celle dû au
différentiel de
pression selon que le soufflet soit étiré ou comprimé. Il en résulte alors une
force nette
de rappel pour fermer les contacts.
La séparation des contacts d'un interrupteur sous vide dans un lien inductif
d'un
réseau moyenne tension portant une onde de courant alternée provoque
l'apparition
d'un arc électrique. L'arc électrique se propage dans de la vapeur métallique
plasmagène provenant du métal en fusion érodé de la surface où se situe la
racine de
l'arc sur le contact qui assume le rôle de la cathode. Cet arc électrique
persiste
ensuite, à la limite, jusqu'à la fin de l'alternance, au prochain passage par
zéro du
courant. Au passage par zéro, l'énergie pour maintenir le plasma actif manque
et le
plasma s'éteint. Dépendamment de la vitesse à laquelle sont séparés les
contacts, la
présence résiduelle de vapeur métallique peut faire en sorte que la barrière
diélectrique soit insuffisante pour supporter la tension de recouvrement
apparaissant
à ses bornes, initiant alors un nouvel arc qui persistera, à la limite,
jusqu'au prochain
zéro de courant. Ce cycle peut se répéter sur quelques alternances pendant
l'éloignement des contacts jusqu'au moment où la barrière diélectrique obtenue
sera
suffisante pour empêcher tout réamorçage. Une fois la vapeur métallique
complètement dissipée, le vide poussé procure une rigidité diélectrique
supérieure à
200 kV quand les contacts sont maintenus à un écart prescrit par le
manufacturier.
Cet écart prescrit définit alors la course du contact mobile. A l'inverse,
quand on ferme
les contacts sur un lien électrifié bloquant une onde de tension alternée, la
tenue
diélectrique s'affaiblit avec le rapprochement des contacts. Durant le dernier
tiers de
la course, la moyenne tension présente aux bornes des contacts peut surpasser
la
tenue diélectrique pour qu'un arc électrique perce l'interstice séparant les
contacts
avant qu'ils se rejoignent. Si un point de contact est fait à l'endroit où se
situe la racine
de l'arc, le contact se fera sur du métal en fusion. Une fois durci, ce métal
peut créer
un point de soudure qu'il faudra casser à la prochaine ouverture.
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L'espérance de vie en service sur un réseau à courant alternatif d'un
interrupteur sous
vide peut être prolongée en réduisant l'usure des contacts due à la présence
d'un arc.
D'une part, on peut limiter la durée de l'arc à l'ouverture en actionnant les
contacts
avec une avance prédéterminée sur le prochain passage par zéro de l'alternance
du
courant. Les contacts sont dès lors séparés rapidement pour obtenir un écart
suffisant
au moment de l'atteinte de ce passage par zéro pour éteindre définitivement
l'arc. Et
d'autre part, on peut limiter la formation d'un arc à la fermeture en
actionnant les
contacts avec une avance prédéterminée sur le prochain passage par zéro de
l'alternance de tension. Cette avance est déterminée pour fermer les derniers
mm
d'écart dans un intervalle de temps incluant ce passage par zéro et qui soit
suffisamment court pour limiter la durée et l'intensité de l'arc initié. Dans
les deux cas,
l'actionnement des contacts doit être rapide et synchronisé avec le réseau
électrique
alternatif.
L'interrupteur sous vide a aussi une capacité limite à faire circuler un
courant. A
l'échelle microscopique, les surfaces des contacts montrent une rugosité. A
cause de
cette rugosité, la section effective en contact n'est qu'une fraction de la
section totale
disponible quand les contacts sont fermés. Réduire la section en contact a
pour
conséquence d'augmenter la résistance au passage du courant, et donc,
d'augmenter
l'échauffement Joule. On peut augmenter la section effective en appliquant une
pression sur les contacts. De plus, la constriction du flux de courant au
passage par
les points de contact produit une force magnétique de répulsion ayant tendance
à
séparer les contacts, et donc, à réduire la section effective. La force de
rappel exerce
déjà une pression constante sur les contacts à laquelle est associé un courant
maximum admissible. Pour rehausser ce maximum, il faut superposer une force
externe une fois les contacts fermés.
L'actionnement des contacts de l'interrupteur sous vide s'effectue à l'aide
d'un
actionneur linéaire. L'actionneur génère une force mécanique d'accélération
qui fait
basculer le contact mobile rattaché au soufflet entre la position ouverte et
fermée, et
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vice versa, en suivant un mouvement rapide et rectiligne sur plusieurs
millimètres. En
position ouverte, l'actionneur doit soutenir la force de rappel. En position
fermée,
l'actionneur doit ajouter à la force de rappel une force de pression aux
points de
contact pour accroître le courant maximum admissible. Et en actionnement, la
durée
de la course dépend de l'intensité de la force mécanique appliquée pour
accélérer la
masse mobile comprenant le contact mobile et l'assemblage mobile du mécanisme
de l'actionneur. Pendant l'accélération, la masse mobile acquiert une énergie
cinétique qui sera transférée à la structure lors de son impact en bouts de
course.
Le comportement des contacts suivant l'impact à la fermeture de l'interrupteur
sous
vide dépend essentiellement des propriétés de l'ensemble de la structure,
incluant la
partie sur laquelle l'interrupteur sous vide est monté. Lorsque le contact
mobile,
accéléré par une force, impacte le contact fixe avec une certaine vitesse, il
y a
transmission à la structure de l'énergie cinétique acquise par la masse
mobile. A sa
première mise en service, l'interrupteur sous vide subit d'abord une période
de rodage.
Les terminaux supportant les contacts sont constitués de cuivre pauvre en
oxygène.
Ce cuivre est soumis à un recuit lors de l'assemblage de la bouteille qui le
rend
relativement mous. Les premiers impacts d'une fermeture avec l'actionneur
entraîneront alors l'enfoncement du point de contact par le fluage du cuivre.
Par
contre, les impacts répétés écrouissent graduellement le cuivre jusqu'au
point,
qu'après environ une centaine de fermetures, il résiste dorénavant à la
déformation.
Plus l'énergie cinétique acquise par la masse mobile dans le mode de fermeture
choisi
sera grande, plus l'enfoncement sera significatif. Pour les impacts suivants,
le
document "A Study of the Contact Bounce Phenomenon", IEEE Transactions on
Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-86, no. 2., p. 231-240, mentionne que la
fermeture de contacts électriques est presque invariablement accompagnée par
une
série de rebonds dont l'amplitude caractéristique de quelques millièmes de
pouces
persiste pour quelques millisecondes. Lors de l'impact, une partie de
l'énergie
cinétique se dissipe dans la structure, et l'autre s'emmagasine sous forme
d'énergie
potentielle dans une déformation élastique. Cette énergie potentielle sera
ensuite
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restituée à la masse mobile par élasticité, en dissipant encore une partie de
l'énergie
dans la structure, pour qu'elle reparte dans la direction opposée. En
maintenant la
force, le contact mobile effectue alors quelques rebonds jusqu'à ce que toute
l'énergie
cinétique soit totalement dissipée dans la structure. Entre temps, chaque
rebond initie
un arc qui cause de l'usure additionnelle par la fusion du métal à la racine
de l'arc. De
plus, la propagation d'ondes de choc à répétition exerce une fatigue dans les
matériaux qui accélère le vieillissement des composantes mécaniques.
Une des composantes mécaniques sensible à la fatigue est le soufflet. Le
soufflet, en
se déformant, permet le mouvement du contact mobile tout en maintenant le vide
autour des contacts. De plus, l'impact en bout de course stop soudainement
l'extrémité du soufflet rattaché au contact mobile, et ce mouvement
impulsionnel
imposé au soufflet peut le faire osciller. Or le soufflet subit une petite
déformation
plastique, en plus de sa déformation élastique, à chaque fois que le contact
mobile
est actionné. Ce mouvement va-et-vient répété finit par fissurer le soufflet,
entraînant
alors la perte du vide. L'interrupteur sous vide a donc un nombre limité
d'actionnement
impactant sur sa vie utile. Il est possible de prolonger sa vie utile en
agissant sur la
façon d'actionner le contact mobile.
L'introduction dans le mécanisme d'un coussin ou d'un amortisseur hydraulique
est
une solution mise en pratique pour dissiper de l'énergie cinétique, limiter
les rebonds
et prolonger la vie de l'appareil. Il est aussi possible de découpler une
portion de la
masse mobile de l'actionneur de la masse du contact mobile en insérant un
adaptateur
entre les deux. L'adaptateur comprend un piston fixé sur la masse mobile de
l'actionneur qui comprime un ressort contre le contact mobile quand celui-ci
impacte
le contact fixe. Une partie de l'énergie cinétique de la masse mobile de
l'actionneur
est alors stockée dans le ressort, plutôt que transférée au point de contact.
Ces
solutions ajoutent cependant des pièces au mécanisme. Une autre solution
consiste
à limiter l'énergie cinétique à l'impact en minimisant la masse mobile de
l'actionneur
et en agissant sur la manière dont la force est appliquée.
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Le manufacturier recommande généralement une limite à la durée des rebonds
lors
de la fermeture d'un interrupteur sous vide. Selon le document "Bouncing
Phenomena
of Vacuum Interrupters", XXIVth Int, Symp. On Discharges and Electrical
Insulation in
Vacuum, Braunschweig, 2010, la durée des rebonds dans les disjoncteurs
incorporants des interrupteurs sous vide varie d'un appareil à l'autre, même
s'ils ont
la même conception. Il n'est donc pas possible de définir une durée
raisonnable des
rebonds pour un disjoncteur spécifique. Le rebond est considéré comme étant un
aspect intrinsèque difficile à contrôler. Le moyen de limiter les rebonds dans
un
interrupteur sous vide à l'aide de l'actionneur n'est donc pas évident.
De son côté, l'ouverture des contacts est moins exigeante. Il faut stopper le
déplacement du contact mobile à l'atteinte de l'écart prescrit par le
manufacturier. Le
mécanisme d'actionnement doit donc comporter une butée pour limiter la course.
D'une part, la course ne doit pas permettre au contact mobile de trop dépasser
l'écart
prescrit afin de ne pas surcomprimer le soufflet, car, la surcompression
augmente la
fatigue du matériau formant le soufflet, entraînant une réduction de son
espérance de
vie. Et d'autre part, on s'attend à ce que l'impact en bout de course soit
aussi suivi de
rebonds. Il faut assurer de maintenir un écart suffisant au rebond pour
empêcher le
réamorçage d'un arc entre les contacts.
Le document US7639460 divulgue un module de commutation pourvu d'interrupteurs
sous vide mus par des actionneurs pour commuter les sous-conducteurs de phase
en
faisceaux sur une ligne de transport d'électricité à très haute tension. Des
modules de
commutation sont embarqués sur chacune des trois phases et sont distribués le
long
de la ligne pour former des segments ayant chacun quelques dizaines de
kilomètres.
La subdivision de la ligne en segments permet de limiter à moins de 35
kilovolts la
chute de tension induite par le courant de la phase circulant à travers
l'impédance du
segment. Ainsi, on peut recourir à la technologie des interrupteurs sous vide
développés pour le réseau électrique moyenne tension. Dans une première
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application, le module de commutation sert à moduler l'impédance de la ligne
pour
contrôler l'écoulement de puissance. Les interrupteurs sous vide sont commutés
en
temps réel pour varier le nombre de conducteurs participant au transport du
courant
dans le but de moduler l'impédance du segment de la ligne le reliant au
prochain
module. Par un contrôle généralisé de tous les modules de commutation
distribués
sur une ligne de plusieurs centaines à quelques milliers de kilomètres, il est
alors
possible de moduler rapidement l'impédance de toute la ligne avec une
excellente
résolution. La modulation de l'impédance de plusieurs lignes maillées entre
elles dans
un réseau de transport d'électricité permet, entre autres, de contrôler le
flux de
circulation d'électricité sur chacune des artères pour augmenter de la
capacité de
transit. Dans une seconde application, le module de commutation sert à
déglacer la
ligne. En situation de verglas, les interrupteurs sous vide du commutateur
sont
commutés pour concentrer le courant d'une phase dans un seul sous-conducteur
sur
le segment de la ligne concerné. La concentration du courant dans le sous-
conducteur
augmente son échauffement et fait fondre la prise de glace à la jonction entre
la glace
et la surface du conducteur pour provoquer sa chute au sol. La séquence des
commutations est effectuée pour concentrer le courant tour à tour dans chacun
des
sous-conducteurs de chaque phase pour éliminer toute la glace sur la ligne.
Pour les
deux modes d'opération, chaque interrupteur sous vide commute un courant
parcourant un sous-conducteur ayant une impédance inductive qui provoque la
formation d'un arc entre les contacts.
L'installation d'un module de commutation en mode embarqué sur la ligne à très
haute
tension dans un réseau électrique étendu rend son accès difficile pour
effectuer une
maintenance. Cette accessibilité s'aggrave quand on distribue les modules sur
des
milliers de kilomètres de ligne parcourant un territoire souvent inhabité.
Puisque
l'accès est difficile, on s'attend de cet équipement qu'il ait une espérance
de vie
équivalente à celle de la ligne. Or la modulation en temps réel de l'impédance
d'une
ligne avec des modules de commutation requiert l'actionnement à répétition des
interrupteurs sous vide. Cela peut représenter plusieurs centaines de milliers
de
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commutations à effectuer sur la vie d'une ligne. La défaillance d'un
commutateur sur
un faisceau d'un segment de ligne, que ce soit par un bris de mécanisme, par
une
usure prématurée de ses contacts, ou par la fatigue de ses matériaux, présente
donc
un risque. Pour réduire le risque de défaillance par un bris de mécanisme,
l'actionneur
doit comporter le minimum de pièces mobiles. Pour réduire le risque de
défaillance
par une usure prématurée des contacts, l'actionneur doit les actionner
rapidement en
synchronisme avec le réseau électrique alternatif. Pour réduire le risque de
défaillance
par la fatigue des matériaux, l'actionneur doit atténuer l'impact de la masse
mobile en
bouts de course et limiter les rebonds.
Un module de commutation comporte plusieurs interrupteurs sous vide actionnés
par
des d'actionneurs dont la quantité dépend du nombre de sous-conducteurs en
faisceaux à commuter sur la ligne. Le boîtier du module de commutation doit
pourvoir
l'espace pour les contenir dans un volume relativement restreint. Pour limiter
l'encombrement, l'actionneur doit être compact.
Les contraintes électriques sur les interrupteurs sous vide dans le module de
commutation sont fonction du courant circulant dans la ligne et de la chute de
tension
induite par ce courant circulant par au moins un des sous-conducteurs sur le
segment
de ligne les séparant du prochain module de commutation. Or le lien dans la
ligne ne
peut être interrompu, car, toute la tension de la ligne apparaîtrait aux
bornes du
module de commutation. Advenant un défaut de court-circuit, le module de
commutation doit porter le courant de court-circuit le temps que la ligne soit
déclenchée par un disjoncteur localisé en amont dans un poste. Peu importe la
situation, le module de commutation doit toujours assurer la continuité de la
ligne sur
au moins un de ses sous-conducteurs. De plus, il doit contrer la force de
répulsion
entre les contacts lors du passage d'un courant de court-circuit et aussi
pallier la perte
accidentelle du scellé de la bouteille qui contribue par la force de rappel à
maintenir
une pression sur les contacts. Pour assurer la continuité de la ligne,
l'actionneur doit
produire une force de maintien significative sur les contacts fermés.
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L'exploitation d'un interrupteur sous vide dans un module de commutation
installé sur
un réseau électrique peut aussi s'effectuer dans des conditions climatiques
difficiles.
Plus particulièrement, les conditions climatiques peuvent être propices à la
formation
de givre. Le givre peut s'accumuler dans les interstices séparant les parties
fixes des
parties mobiles jusqu'à la formation d'un pont de glace qui contrecarre le
mouvement.
Dans une telle éventualité, la force d'actionnement pourrait ne pas suffire à
briser le
pont de glace, et l'actionneur demeure bloqué. Pour éviter le blocage des
contacts en
cas de givre, l'actionneur doit comprendre un moyen pour briser le pont de
glace.
Pour actionner ses interrupteurs sous vide, chaque module de commutation
comprend un système de conversion d'énergie pour convertir de l'énergie
électrique
en énergie cinétique d'actionnement. L'énergie électrique est puisée par deux
moyens
directement sur la phase afin d'éviter les contraintes d'isolation d'une
alimentation
électrique provenant d'un point référencé à la terre. Un premier moyen utilise
une
plaque supportée par le module sous tension avec des isolateurs pour capter le
champ électrique émanant de la surface. Et le second moyen utilise un
enroulement
sur un noyau encerclant le courant circulant sur la phase pour capter le champ
magnétique. L'énergie électrique puisée est ensuite stocké dans un réservoir
capacitif
pour fournir de la puissance électrique au système de conversion. Dans les
deux cas,
la taille physique du moyen dépend de la quantité d'énergie consommée par le
système pour gérer et actionner les interrupteurs sous vide, et tel que
mentionné
précédemment, le module de commutation a une contrainte d'espace.
Parmi les actionneurs linéaires de l'état de l'art utilisés pour actionner un
interrupteur
sous vide, il y a les mécanismes bistables à ressorts. Dans ces actionneurs,
un ressort
est graduellement déformé en appuyant sur un levier avec de l'air comprimé ou
en
utilisant un petit moteur pour emmagasiner de l'énergie mécanique dans le
ressort
que l'on bloque ensuite avec un verrou. L'activation d'un dispositif de
déverrouillage
permet de relâcher cette énergie à travers un système de cames, bascules et
leviers
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pour basculer rapidement les contacts de l'interrupteur sous vide entre le
mode ouvert
et fermé. Entre deux opérations, ces mêmes mécanismes bistables à ressorts
maintiennent une force statique de compression sur les contacts en mode
fermés, et
une force statique d'écartement en mode ouvert. Ces mécanismes à ressorts
comprennent cependant plusieurs pièces mobiles qui augmentent le risque d'un
bris.
Les documents US3218409, US3035139 proposent d'éliminer des pièces du
mécanisme de l'actionneur en utilisant la force d'attraction magnétique
produite dans
un entrefer à réluctance magnétique variable par un électroaimant.
L'électroaimant
10 comporte un noyau plongeur pouvant se déplacer sur un axe par rapport à
un noyau
fixe, les noyaux étant constitués d'un matériau ferromagnétique. Le duo forme
un
parcours magnétique en boucle fermée pourvu d'un entrefer d'écart variable
pour
permettre la circulation des lignes d'un champ magnétique produites à l'aide
d'un
courant électrique circulant dans le conducteur d'une bobine enlacée à travers
la
fenêtre du parcours. Le flux magnétique qui traverse l'entrefer exerce alors
une force
d'attraction magnétique sur le noyau plongeur dans le sens du mouvement sur
l'axe
qui entraine une réduction de la réluctance magnétique sur le parcours bouclé.
Or la
force n'agit sur le noyau plongeur que dans une seule direction. Pour
actionner le
mouvement dans les deux directions, on propose de jumeler le noyau plongeur de
l'électroaimant à une force de rappel exercée par un ressort dans la direction
opposée
à celle de la réluctance décroissante de l'entrefer (Actionneur monostable).
Quand la
bobine de l'électroaimant n'est pas alimentée, le ressort maintient la
pression sur le
noyau plongeur en un bout de la course. En énergisant le circuit magnétique,
on crée
alors une force qui s'oppose au ressort pour provoquer le basculement du noyau
plongeur vers l'autre bout de la course. A l'atteinte de la fin de course, on
maintient le
circuit magnétique énergisé avec un faible courant pour maintenir la position.
Pour
rebasculer le noyau plongeur dans l'autre direction, on désactive le circuit
magnétique
pour ramener le noyau plongeur avec la force du ressort. Un inconvénient avec
cet
agencement provient du fait qu'il faut grossir le volume et le poids du
circuit
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magnétique afin de compenser la force opposée produite en permanence par le
ressort et qu'il faut maintenir un courant afin de conserver une des deux
positions.
Les documents W09001788, US5912604 et GB2289374 proposent d'introduire dans
le circuit magnétique de l'actionneur monostable le champ produit par un
aimant
permanent. Ce champ se substitue à celui produit par le courant de maintien
nécessaire pour contrer la force du ressort et maintenir la position en bout
de course.
L'usage de l'aimant permet ainsi d'éliminer la consommation d'énergie entre
deux
actuations. Lorsqu'il faut basculer le noyau plongeur à l'autre bout de la
course, on
injecte un courant de polarité prédéterminé dans la bobine pour contrecarrer
le champ
de l'aimant et octroyer la balance des forces au ressort.
Le document US7639460 propose d'utiliser un mécanisme bistable à ressorts que
l'on
relie à un moteur linéaire pour actionner un interrupteur à vide dans un
module de
commutation. Ce système contrôle le courant injecté dans le moteur linéaire
pour
produire une force d'actionnent pour faire basculer le mécanisme à ressort.
Malgré
que l'utilisation d'un moteur linéaire offre des avantages supplémentaires par
rapport
aux actionneurs à électroaimant, comme par exemple un contrôle asservi de la
force,
le mécanisme bistable à ressorts comporte néanmoins plusieurs pièces qui
augmentent le risque d'un bris.
Les documents W09001788, W003030188, US6009615 et US6084492 proposent
d'utiliser deux électroaimants et le champ d'un aimant permanent pour éliminer
à la
fois le courant de maintien et l'usage de ressort (Actionneur bistable à
aimant
permanent). Le circuit magnétique comporte en outre une seconde bobine enlacée
sur un second parcours magnétique possédant sur le même axe de mouvement du
noyau plongeur un second entrefer dont la réluctance magnétique décroit dans
la
direction opposée à celui d'un premier parcours. Le mouvement du noyau
plongeur
dans un sens augmente la réluctance magnétique de l'un des entrefers tout en
diminuant celle de l'autre, et vice versa. En absence de courant dans les
bobines, les
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deux entrefers demeurent magnétisés par le champ de l'aimant, et chaque
entrefer
exerce une force électromagnétique d'attraction sur le noyau plongeur pour
l'attirer
dans sa direction. Les deux entrefers de l'actionneur sont formés pour créer
un point
sur l'axe de déplacement où les forces sur le noyau plongeur sont à
l'équilibre, et pour
octroyer la balance des forces à l'entrefer situé dans la direction du sens du
mouvement l'éloignant de ce point pour fermer cet entrefer et créer une force
de
maintien avec l'aimant (fonction bistable). Pour faire basculer l'actionneur
dans la
position opposée, on injecte un courant unidirectionnel et de sens
prédéterminé dans
la bobine située du côté de l'entrefer ouvert. Les lignes de champ émanant de
la
bobine se superposent à celles émanant de l'aimant pour provoquer le transfert
de la
balance des forces à l'entrefer ouvert et forcer le déplacement. A l'atteinte
du bout de
la course, le courant est coupé, et cet entrefer obtient à son tour la balance
des forces
pour maintenir la position.
Un inconvénient avec les actionneurs décrits au paragraphe précédent provient
de la
portion importante de la masse inertielle du noyau plongeur qui fait partie de
la masse
mobile qu'il faut accélérer avec la force produite par ces électroaimants.
Cette force
est produite par la variation de l'énergie magnétique contenue dans le circuit
magnétique de l'électroaimant, moins les pertes, par rapport au déplacement du
noyau plongeur. Dans le circuit magnétique d'un actionneur non magnétiquement
saturé, l'énergie magnétique se concentre dans le volume d'air des entrefers
par
lequel le champ circule. Les parties ferromagnétiques du circuit, qui
contiennent peu
d'énergie, incluant le noyau plongeur, servent de moyen pour canaliser le
champ vers
les entrefers. Dans un actionneur comme ceux des documents cités, une portion
significative de la longueur du parcours suivi par les lignes de champ
magnétique
circule par le noyau plongeur. Le noyau plongeur représente donc une part
importante
du circuit et de sa masse totale. Cette masse plus importante à accélérer
accentue
aussi l'énergie cinétique à l'impact en bouts de course et l'onde de choc dans
la
structure qui en découle. Ces actionneurs ne sont pas compacts, car ils
possèdent un
ratio (force d'actionnement)/(masse mobile) faible.
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Un autre inconvénient avec ces actionneurs est la caractéristique qu'ils ont
de
produire une force d'actionnement qui atteint un maximum en bout de course ou
à un
autre endroit prédéterminé le long de la course, seulement. Le fait que la
force ne soit
pas maintenue le long de la course réduit l'intégrale de la force
d'accélération
appliquée à la masse mobile et donc, affecte aussi la vitesse d'actionnement.
Pour
augmenter la vitesse d'actionnement, il faut alors grossir l'actionneur.
Un autre inconvénient avec ces d'actionneurs est l'attribution fonctionnelle
du sens de
la force créée par le courant unidirectionnel circulant dans une des deux
bobines au
sens du mouvement du noyau plongeur pour l'opération visée. Ces actionneurs
attribuent la fonction respective d'ouverture de l'interrupteur sous vide à
l'injection d'un
courant unidirectionnel dans une première bobine, et de fermeture de
l'interrupteur
sous vide à l'injection d'un courant unidirectionnel dans une seconde bobine.
C'est un
mode d'actionnement à une seule action où l'assemblage mobile est accéléré en
progressant vers le bout de sa course et où l'atteinte du bout de la course se
termine
par un impact suivi de rebonds. Attribuer à chaque bobine une action
différente grossit
la taille de l'actionneur, car les bobines sont sous-utilisées et occupent
plus d'espace
dans le circuit magnétique.
Tous les actionneurs des documents cités divulguent des modules destinés à
opérer
un disjoncteur de circuit dans un réseau électrique de puissance dont les
modes
d'opération diffèrent d'un module de commutation sur une ligne de transport
d'électricité. Cependant, les actionneurs de l'état de l'art ont beaucoup de
place à
l'amélioration pour les rendre plus adaptés à actionner un interrupteur sous
vide dans
un module de commutation monté sur une ligne de transport à très haute
tension.
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SOMMAIRE
Selon un aspect, un actionneur électromagnétique bistable pour actionner au
moins
un contact mobile d'un interrupteur sous vide est fourni. L'actionneur
comprend un
assemblage mobile et un assemblage fixe. L'assemblage mobile inclut : au moins
une
paire de noyaux-plongeurs ferromagnétiques se faisant face, chaque noyau-
plongeur
ayant un corps comprenant une protubérance avec des parois latérales, et un
chapeau; un cadre reliant solidairement les noyaux-plongeurs; et un élément de
guidage. L'assemblage fixe inclut : un noyau ferromagnétique ayant deux côtés
opposés, le noyau présentant sur chacun de ses côtés une cavité apte à laisser
pénétrer le noyau-plongeur correspondant de l'assemblage mobile, chaque cavité
ayant des parois latérales définissant entre elles un premier entrefer et
chaque paroi
latérale de chaque cavité définissant avec la paroi latérale opposée de son
noyau-
plongeur correspondant un deuxième entrefer, les côtés opposés du noyau
ferromagnétique faisant face respectivement à des surfaces opposées des
chapeaux
des noyaux-plongeurs, chaque côté du noyau définissant avec la surface opposée
du
chapeau correspondant un troisième entrefer; au moins un aimant situé dans le
noyau
et entre les cavités, ledit au moins un aimant étant apte à créer un premier
flux
magnétique dans les premiers, deuxièmes et troisièmes entrefers; au moins un
bobinage apte à créer, à partir d'un courant d'excitation, un second flux
magnétique
dans les premiers, deuxièmes et troisièmes entrefers; et un élément de guidage
apte
à coopérer avec l'élément de guidage de l'assemblage mobile de façon à
permettre
une course de l'assemblage mobile entre une première et une seconde position
stables.
Selon un aspect, une méthode est fournie pour actionner un contact mobile d'un
interrupteur à vide pour briser ou former un lien conducteur, le contact
mobile étant lié
à un assemblage mobile d'un actionneur électromagnétique bistable. La méthode
comprend les étapes de: a) faire circuler un courant d'excitation I dans un
bobinage
de l'actionneur, selon une première direction, afin de produire un flux
magnétique dans
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l'actionneur pour provoquer un basculement de l'assemblage mobile d'une
première
position stable vers une seconde position stable; et b) lorsque l'assemblage
mobile
est en mouvement vers la seconde position stable, faire circuler le courant
d'excitation
I dans le bobinage, selon une deuxième direction opposée à la première
direction
Dans une mode de réalisation, l'actionneur électromagnétique comprend un
assemblage mobile et un assemblage fixe. L'assemblage mobile inclut : au moins
une
paire de noyaux-plongeurs ferromagnétiques se faisant face, chaque noyau-
plongeur
ayant un corps comprenant une protubérance avec des parois latérales, et un
chapeau; un cadre reliant solidairement les noyaux-plongeurs; et un élément de
guidage. L'assemblage fixe inclut : un noyau ferromagnétique ayant deux côtés
opposés, le noyau présentant sur chacun de ses côtés une cavité apte à laisser
pénétrer le noyau-plongeur correspondant de l'assemblage mobile, chaque cavité
ayant des parois latérales définissant entre elles un premier entrefer et
chaque paroi
latérale de chaque cavité définissant avec la paroi latérale opposée de son
noyau-
plongeur correspondant un deuxième entrefer, les côtés opposés du noyau
ferromagnétique faisant face respectivement à des surfaces opposées des
chapeaux
des noyaux-plongeurs, chaque côté du noyau définissant avec la surface opposée
du
chapeau correspondant un troisième entrefer; au moins un aimant situé dans le
noyau
et entre les cavités, ledit au moins un aimant étant apte à créer un premier
flux
magnétique dans les premiers, deuxièmes et troisièmes entrefers; au moins un
bobinage apte à créer, à partir d'un courant d'excitation, un second flux
magnétique
dans les premiers, deuxièmes et troisièmes entrefers; et un élément de guidage
apte
à coopérer avec l'élément de guidage de l'assemblage mobile de façon à
permettre
une course de l'assemblage mobile entre une première et une seconde position
stables.
Date Reçue/Date Received 2022-09-29
15a
DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
Figure 1 est une vue en coupe schématisée montrant un actionneur
électromagnétique dans un mode de réalisation.
Figure 2 est la portion image du circuit magnétique de la figure 1 par rapport
à un axe
de symétrie
Figure 3 est un graphique montrant la force exercée sur un noyau en relation
avec un
ratio de deux paramètres géométriques.
Figure 4 est un graphique montrant des courbes du profil de la force exercée
sur
l'assemblage mobile de l'actionneur des figures 1 et 2 en fonction de la
position pour
un courant nul et nominal dans une condition sans et avec saturation
magnétique
Figue 5 est un graphique montrant des courbes de la force exercée sur
l'assemblage
mobile de l'actionneur des figures 1 et 2 en fonction de la position pour
différents
niveaux de courant et avec saturation magnétique.
Figure 6 est un graphique montrant la position, la vitesse, la force et le
courant de
l'actionneur en fonction de la position dans un mode de pilotage.
Figure 7 est un graphique montrant la force produite par l'actionneur en
relation avec
la position et l'évolution du courant piloté à différents instants dans le
temps
Date Reçue/Date Received 2022-09-29
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Figure 8 est un graphique montrant la position, la vitesse, la force et le
courant de
l'actionneur en fonction de la position dans un second mode de pilotage.
Figure 9 est un graphique montrant la position, la vitesse, la force et le
courant de
l'actionneur en fonction de la position dans un troisième mode de pilotage.
Figure 10 est un graphique montrant l'évolution de la force dans le temps
quand un
courant alternatif est superposé à la consigne de courant afin d'ajouter un
mode
vibratoire à la force d'actionnement.
Figure 11 est une vue en perspective de l'assemblage fixe de l'actionneur,
dans un
mode de réalisation.
Figure 12 est une vue en coupe de l'assemblage fixe de l'actionneur de la
Figure 11,
selon la ligne A¨A.
Figure 13 est une vue en perspective de l'assemblage mobile de l'actionneur,
dans
un mode de réalisation.
Figure 14 est une vue en coupe de l'assemblage mobile de l'actionneur de la
Figure
13, selon la ligne B¨B.
Figure 15 est une vue en perspective de l'actionneur dans un mode de
réalisation.
Figure 16 est une vue en coupe de l'actionneur de la Figure 15, selon la ligne
C¨C.
Figure 17 est un schéma illustrant un circuit pour alimenter un actionneur,
selon un
mode de réalisation.
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DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Si l'on se réfère à la figure 1, elle montre le circuit magnétique d'un
actionneur bistable
à aimants permanents, selon un mode de réalisation. Les éléments de support
sont
intentionnellement omis. Le circuit magnétique comprend un assemblage fixe 50
et
un assemblage mobile 52. L'assemblage mobile 52 peut se mouvoir par rapport à
l'assemblage fixe 50 avec un déplacement x suivant un mouvement de va-et-vient
le
long de l'axe 1 sur une course M. Le déplacement x est déterminé en temps réel
par
un capteur de position 53. Le capteur de position 53 peut être un encodeur ou
un
capteur de proximité de type optique, inductif, capacitif, ou aimanté.
L'assemblage fixe 50 comprend une armature centrale 2 disposée entre deux
armatures latérales 3. Les trois armatures ont la même longueur dans le sens
de l'axe
1. A chaque extrémité sur l'axe, les faces latérales sont perpendiculaires et
coplanaires. Dans le présent mode de réalisation, le matériau des armatures
est
ferromagnétique, à forte perméabilité magnétique, laminé et empilé sur une
hauteur
h perpendiculaire sur le plan de la figure. L'ensemble des armatures forment
le noyau
de l'actionneur.
Dans le présent mode de réalisation, l'assemblage fixe 50 comprend en outre
deux
aimants 4, de section rectangulaire et de hauteur h, disposés de part et
d'autre de
l'armature centrale 2. Chaque aimant 4 a une face appuyée contre l'armature
centrale
2, et a sa face opposée appuyée contre l'armature latérale 3 adjacente, de
manière à
être coincé entre les deux armatures. Chaque aimant 4 a son dipôle
d'aimantation
perpendiculaire à l'axe 1 et situé dans le plan de la figure, avec le même
pôle (nord
ou sud) orienté face à l'armature centrale 2 qui lui fait face. L'épaisseur z
de chaque
aimant 4 peut être choisie pour extraire le maximum d'énergie magnétique du
volume
de l'aimant.
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L'assemblage 50 fixe comprend en outre deux bobines 5a, 5b comportant chacune
un nombre prédéterminé de spires d'un conducteur. Les deux bobines 5a, 5b sont
enroulées autour de l'armature centrale 2 et sont localisées de part et
d'autre des deux
aimants 4. Dans le présent mode de réalisation, chaque bobine 5a, 5b est
d'abord
préenroulée sur un support ayant la même forme que la portion de l'armature
centrale
2 sur laquelle chaque bobine 5a, 5b est montée. Chaque bobine 5a, 5b est
ensuite
montée sur l'armature centrale 2 en la glissant par l'extrémité latérale
correspondante.
L'ajout dans l'assemblage des armatures latérales 3 est réalisé après cette
étape.
Chaque bobine 5a, 5b possède deux terminaux pour permettre le branchement à un
circuit électrique. Dans le présent mode de réalisation, les terminaux des
bobines 5a,
5b sont branchés au circuit électrique afin d'obtenir, lorsqu'il y circule un
courant I, des
ampères-tours dans chacune des bobines qui bouclent dans le même sens de
rotation
autour de l'axe 1 et de l'armature centrale. Le sens de circulation du courant
/ dans
les bobines 5a, 5b est illustré dans la figure par un cercle contenant un
point pour
signifier des ampères-tours sortant du plan, et un cercle contenant une croix
pour
signifier ampères-tours entrant dans le plan. La figure montre un des deux
sens
possibles, l'autre étant les opposés des sens illustrés. Dans le présent mode
de
réalisation, les bobines 5a, 5b sont électriquement branchées en séries pour
être
alimentées avec un même courant I.
Le noyau fixe est caractérisé en outre en ce que l'armature centrale 2 et les
deux
armatures latérales 3 s'étendent de chaque côté au-delà des bobines 5a, 5b sur
une
distance prédéterminée pour former quatre cavités rectangulaires 6. Chaque
cavité 6
est destinée à recevoir un noyau plongeur 7 qui peut, par exemple, être
configuré en
forme d'un T. Dans le présent mode de réalisation, le matériau du noyau
plongeur 7
est aussi ferromagnétique, laminé et empilé sur une même hauteur h
perpendiculaire
sur le plan de la figure. Les quatre noyaux plongeurs 7 s'intègrent dans
l'assemblage
mobile 52 de l'actionneur. Ils sont groupés sur un support ou un cadre, non
montré,
pour former deux paires mécaniquement solidaires, les deux paires étant
respectivement localisées aux extrémités du noyau fixe sur l'axe 1 et
disposées en
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opposition pour se faire face. Un déplacement x de l'assemblage mobile 52 sur
l'axe
1 oblige, d'une part, la paire de noyaux plongeurs 7 situés à une extrémité à
entrer
dans les cavités 6 et, d'autre part, la paire de noyaux plongeurs 7 situés à
l'extrémité
opposée à sortir des cavités 6, et vice versa. Dans certains modes de
réalisation, si
la géométrie des cavités 6 et des plongeurs 7 est la même sur les deux
extrémités, le
volume des entrefers entre les surfaces des plongeurs 7 et du noyau demeura
constant lorsque l'assemblage mobile 52 se déplacera sur l'axe.
Le circuit magnétique de l'actionneur dans le présent mode de réalisation
montre une
symétrie dans le plan de la figure par rapport à l'axe 1, avec les ampères-
tours
circulant à contresens d'un côté par rapport à l'autre. Les phénomènes
électromagnétiques créés d'un côté de l'axe sont alors la réflexion de ceux
créés de
l'autre côté. La description des phénomènes peut donc être réalisée en se
référant
uniquement à la portion de circuit magnétique dans le plan qui borne seulement
un
côté de l'axe 1 telle que montrée dans la figure 2. Dans la description qui va
suivre,
chaque référence faite à un élément de la figure 2 s'applique aussi à
l'élément miroir
situé de l'autre côté sous l'axe de symétrie 1 dans la figure 1. Par exemple:
l'amplitude
de la force magnétique d'attraction exercée sur un noyau plongeur 7 de la
figure 2 est
doublée sur l'assemblage mobile de l'actionneur de la figure 1 par la présence
du
noyau plongeur 7 miroir situé de l'autre côté de l'axe 1.
Avec référence à la figure 2, chaque cavité 6 avec son noyau plongeur 7 forme
un
entrefer a, de largeur f variable avec x, et de profondeur h. Chaque noyau
plongeur 7
comprend une protubérance rectangulaire 8 munie d'un chapeau 9 à sa base. La
protubérance 8 possède une épaisseur d plus petite que l'entrefer a avec un
écart 2b.
Chaque protubérance 8 d'un noyau plongeur 7 est alignée avec la cavité 6 qui
lui fait
face et peut se mouvoir dans la cavité 6 en formant de chaque côté avec sa
paroi
voisine un entrefer b, de largeur g variable avec x, et de profondeur h. Le
chapeau 9
d'un noyau plongeur 7 s'étend de chaque côté de la protubérance 8 pour former
entre
le chapeau 9 et une des faces latérales du noyau fixe un entrefer c variable
avec x,
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de largeur e, et de profondeur h. Lorsque nous faisons référence dans la
présente
description à la géométrie d'un noyau plongeur opposé (i.e.: situé à gauche
dans la
figure 2), les paramètres géométriques sont annotés à l'aide d'une apostrophe
(a', b',
C', d', e', f', g').
Les bouts de la course M correspondent à l'entrefer c=0 pour un bout, et c1=0
pour
l'autre bout. En associant x=0 à c=0, le déplacement x de l'assemblage mobile
52
possible est alors délimité par 0 x M. Dans le présent mode de réalisation,
les
entrefers c et c' sont limités à un minimum A, (ck A). Le déplacement x
de
10 l'assemblage mobile est donc limité à une course réduite à /1.x.(1W-i1).
Le minimum A
dans l'entrefer c ou c' peut être assuré, par exemple, par des butées
mécaniques
installées sur l'actionneur. La butée mécanique peut comprendre un mécanisme
amortissant, par exemple un mince coussinet en caoutchouc d'une épaisseur
accolée contre chacune des faces latérales des noyaux 2 et 3, dans les
entrefers c et
c'. Dans le présent mode de réalisation, le mouvement de l'assemblage mobile
52 ne
permet pas aux protubérances 8 de sortir complètement de leurs cavités 6 (g>0,
g'>0).
Le fonctionnement de la présente invention va maintenant être décrit en
s'appuyant
sur certains principes de base de l'électromagnétisme. Dans un entrefer i
coupant un
20 noyau ferromagnétique à forte perméabilité sur une largeur j et une
profondeur k,
l'application d'une force magnétomotrice E aux bornes de l'entrefer i produit
dans cet
entrefer une densité de flux magnétique connu par Bi = po-Eh., lorsqu'on
néglige les
effets de bord et l'effet de la saturation dans le fer, et où po représente la
perméabilité
du vide. A cette densité de flux magnétique E3; correspond une densité
volumétrique
d'énergie magnétique contenue dans cet entrefer et équivalente à B,2/2p0 =
po.82/2/2.
Cet entrefer j délimite un volume ij-k qui englobe alors une énergie
magnétique W =
p0-E2 j-k/2i. Dans le présent mode de réalisation, une force magnétomotrice
appliquée
directement aux entrefers bornant une cavité 6 entre les armatures 2 et 3
provoque le
passage d'un flux magnétique directement à travers un entrefer a et
indirectement à
travers deux entrefers successifs b ou c par l'entremise du noyau plongeur 7
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concerné. L'énergie dans chaque entrefer équivaut alors approximativement à ce
qui
suit.
Entrefer a: Wa= po.e=h=f/2a
Entrefer b: Wb = PO-S2-h-g/8b
Entrefer c: w = po* E2-.11-e/8c
La présence de cette énergie dans ces entrefers produit une force magnétique
d'attraction exercée sur le noyau plongeur 7 qui est équivalente au taux de
changement de l'énergie magnétique contenue dans ces entrefers par rapport au
déplacement du noyau plongeur 7 uniquement libre de se mouvoir selon x, soit:
IdW/dx. La force d'actionnement dans le présent mode de réalisation résulte de
la
superposition de deux forces magnétiques distinctes, soit: la force magnétique
Fp
exercée sur la protubérance 8 par les entrefers a et h; et la force magnétique
Ft
exercée sur le chapeau 9 par les entrefers c. Pour le noyau plongeur 7 situé à
droite
sur l'axe 1 de la figure 2, on a les dérivées dx = df = -dg = dc. Les deux
forces
magnétiques Fp et Ft sont alors exprimées par:
Fp = dWa/dx + 2dWb/dx = dWa/df ¨ 2dWb/dg = -1.10-E2-h-(1/a -1/2b)
Ft = 2d1/14/dx = 2dWc/dc = -Xpo-E2-h-e/c2
La force Fp montre une soustraction entre deux termes (lia - 112b). Et puisque
a = 2b + d, on peut reformuler l'équation de la force Fp par:
Fp = -1A=mo=82-1/ = (d/2b)/(d/2b+1) (1)
Le module de la force Fp (IFpl) de l'équation (1) est reporté dans le
graphique de la
figure 3 en fonction du ratio d/2b. Selon la courbe, l'épaississement de la
protubérance
8 (augmenter d/2b) n'apporte plus un gain significatif à la force IFpl qui
plafonne au-
delà d'un point P situé sur le genou de la courbe. Aller au-delà de ce point
ne fait
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qu'alourdir inutilement l'assemblage mobile. Dans le présent mode de
réalisation, le
choix du ratio d/2b centre la force [Fp' sur le genou de la courbe autour du
point P pour
maximiser la force IFpl tout en limitant le poids afin d'obtenir un ratio
force/masse
élevé.
Dans les équations des forces Fp et Ft, les paramètres géométriques h, a, b et
e sont
constants, et seul c varie directement avec x (c=x). Les forces magnétiques
peuvent
donc s'approximer à ce qui suit,
Fp = KrE2
Ft = -K2-E2/x2
où Ki et K2 sont des constantes positives définis par la géométrie des
entrefers
bornant le noyau plongeur 7.
Pour le noyau plongeur 7 situé à gauche sur l'axe 1 (paramètres avec un
apostrophe),
on a les dérivées dx = -df' = dg' = -dc'. Et puisque les noyaux plongeurs 7
aux
extrémités sont mécaniquement solidaires, la variation des entrefers à chaque
extrémité est limitée par la course M de l'assemblage mobile avec x' = M ¨ x.
Les
forces magnétiques donnent ce qui suit.
= -K11-E'2
Fit = K"2-&12/(M-x)2
On approxime alors la force exercée sur l'assemblage mobile à la somme des
deux
composantes suivantes.
Fmp = Kre- Kru2 (2)
Fmt = K`2 = '24 M-42 - K2 -E2/X2
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Les composantes de force sur l'assemblage mobile dépendent des forces
magnétomotrices appliquées aux entrefers. Le circuit magnétique du présent
mode
de réalisation utilise deux forces magnétomotrices pour magnétiser les
entrefers:
l'aimant 4 et les ampères-tours circulant dans les bobines 5. L'aimant 4 crée
un
premier dipôle magnétique intercalé entre les noyaux plongeurs 7 et
perpendiculaire
à l'axe 1 qui applique essentiellement une même force magnétomotrice Ea
directement sur les entrefers des noyaux plongeurs 7 disposés en parallèle
dans le
circuit magnétique. Cette force magnétomotrice Ea n'est cependant qu'une
fraction de
celle que l'aimant 4 produit. L'autre fraction se trouve aux bornes de
l'entrefer
physiquement comblé par l'aimant 4. Les ampères-tours circulant dans les
bobines
5a, 5b créent un second dipôle magnétique orienté sur l'axe 1 qui produit une
force
magnétomotrice Eb essentiellement répartie sur les entrefers des noyaux
plongeurs 7
placés en séries.
Dans le circuit magnétique de la figure 2, les noyaux plongeurs 7 et les
cavités 6 sont
identiques (Ki = 1(2 = K'2). Pour un courant /=0 (E=E'=Ea), les forces
magnétiques
exercées par les protubérances 8 dans l'équation (2) s'annulent quel que soit
x, et la
force magnétique Fm résultante sur l'assemblage mobile est alors attribuable
uniquement à la présence des chapeaux 9.
Fm = Fmt = K2-Ea2[1/x2 - 1/(M-x)2] (3)
Cette équation suppose l'application d'une force magnétomotrice constante aux
bornes des entrefers des noyaux plongeurs 7. Or la longueur des entrefers c et
c'
change avec x. Ce changement influence donc la répartition de la force
magnétomotrice produite par l'aimant entre la réluctance de l'entrefer qu'il
occupe et
Sa aux bornes des entrefers des noyaux plongeurs. Cette approximation permet
néanmoins d'expliquer correctement le comportement des chapeaux 9 dans le
circuit
magnétique du présent mode de réalisation. Si l'on revient à la figure 2, la
présence
des chapeaux 9 dans le circuit magnétique sert à introduire un débalancement
de la
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force magnétique exercée sur l'assemblage mobile en bout de course. L'équation
(3)
montre que la différence entre les forces magnétiques respectives des chapeaux
9
donne zéro à une position intermédiaire x=M/2 sur la course, et octroi la
balance des
forces magnétiques au chapeau 9 la plus rapprochée du noyau fixe au-delà de
part et
d'autre de cette position. La force magnétique d'attraction exercée en bout de
course
sur le chapeau 9 située très proche du noyau fixe domine sur celle exercée sur
le
chapeau 9 du noyau plongeur 7 opposé. Une simulation numérique avec la méthode
des éléments finis et en mode linéaire (sans saturation) du circuit magnétique
de
l'actionneur de la figure 2 montre ce comportement. La simulation a produit la
courbe
de la force Fm représenté par le trait interrompu 10 dans la figure 4 pour une
position
x couvrant lt=x(M-i1), et où le sens positif de chaque axe est indiqué par une
flèche
sur l'axe 1 des figures 1 et 2. Comme pour la tendance exprimée par l'équation
(3), la
force Fm est nulle à un point intermédiaire et augmente non linéairement vers
les bouts
de la course. La symétrie dans la géométrique des entrefers c et c' de part et
d'autre
du noyau fixe crée une symétrie inversée de la balance des forces sur l'axe de
la
position par rapport à un point situé au centre de la course. Il est cependant
possible
d'éliminer la symétrie et d'augmenter la balance des forces pour un côté de la
course
en déséquilibrant, par exemple, la largeur e entre les deux noyaux plongeurs 7
opposés.
Lorsqu'il circule un courant / dans les bobines 5, une force magnétomotrice
produite
par les ampères-tours Sb s'ajoute à celle Sa de l'aimant 4 et affecte donc la
circulation
du flux. Selon le sens donné au courant I, une fraction q de la force
magnétomotrice
des bobines 5a, 5b s'ajoute à celle de l'aimant 4 aux entrefers bornant le
noyau
plongeur 7 situé à gauche, 81=Sa+reb, et la fraction restante 1-q se soustrait
à celle
de l'aimant 4 aux entrefers bornant le noyau plongeur 7 situé à droite, &=&a-P-
teb.
L'inverse s'applique pour un courant I dans le sens opposé, SI=Ea-feb ;
E=Ea+[/-/eb.
Pour le noyau plongeur 7 situé du côté où il y a soustraction, l'énergie dans
ses
entrefers s'estompe et donc, il subit une force d'attraction plus faible. Pour
le noyau
plongeur 7 situé du côté où il y a addition, l'énergie dans ses entrefers
augmente et
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donc, il subit une force d'attraction plus forte. Ainsi, le courant / dans les
bobines 5a,
5b octroie la balance de la force à un noyau plongeur 7, celui qui l'obtient
étant
déterminé par le sens du courant I, et l'intensité de la balance de la force
dépend de
l'amplitude du courant I.
Le trait interrompu 11 dans la figure 4 montre le profil de la force Fm obtenu
dans la
simulation en injectant dans les bobines 5a, 5b du modèle linéaire (non
saturé) un
courant / égal à 100% d'une amplitude dite nominale In (1=100%in). Le courant
nominal
In correspond au niveau où la résultante de la force magnétomotrice aux bornes
des
10 entrefers d'un noyau plongeur 7 est essentiellement nulle, celui ciblé
étant déterminé
par la polarité du courant I. En absence d'une force magnétomotrice
significative dans
les entrefers du noyau plongeur 7 de droite, la force mécanique de déplacement
résulte alors presque uniquement de la force magnétique d'attraction exercée
sur le
noyau plongeur 7 situé à gauche. Le profil du trait interrompu 11 montre une
portion
relativement constante sur les deux premiers tiers de la course en partant de
la
gauche avant de croître rapidement sur le dernier tiers de la course. Ce
profil de force
est associé à la dominance de la composante de force Fmp par rapport à la
composante Fmt sur les deux premiers tiers de la course. Or la force Fmp est
indépendante de la position et dépend seulement de la force magnétomotrice,
telle
20 que donnée par l'équation (2). A l'approche du bout de la course à
gauche, la force
Fmt devient significative et s'ajoute à la force Fmp. La force résultante Fm
croit alors
rapidement et non linéairement près du bout de la course.
Lorsque le courant I dépasse 100%/n, la fraction de la force magnétomotrice eb
soustraite devient supérieure à celle provenant de l'aimant Ea aux entrefers
bornant
le noyau plongeur 7 situé à droite. La résultante de la force magnétomotrice
n'est plus
nulle et progresse maintenant en augmentant négativement. Il réapparaît alors
une
force d'attraction sur le noyau plongeur 7 situé à droite qui lutte contre
celui situé à
gauche. Cela a comme conséquence de limiter la croissance de la force sur
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l'assemblage mobile. Dans le présent mode de réalisation, la force Fm est donc
optimale pour un courant I=100%/n.
L'expression et la simulation des forces ont jusqu'à présent été formulées en
absence
de saturation dans le noyau magnétique. Dans la réalité, la magnétisation du
matériau
ferromagnétique qui compose le noyau fixe et les noyaux plongeurs 7 atteint la
saturation lorsque le champ magnétique devient élevé. La géométrie doit donc
être
ajustée pour éviter la saturation, si l'on veut conserver le profil non
linéaire de la force
des traits interrompus 10 et 11 de la figure 4, dans certains modes de
réalisation.
Dans d'autres modes de réalisations, le profil non linéaire de la force
exercée sur
l'assemblage mobile est linéarisé en ajustant la géométrie pour causer de la
saturation
magnétique dans certaines zones prédéterminées afin d'obtenir une force
relativement constante tout au long de la course il=x(M-il) pour un courant
/=100%/n.
En utilisant cette fois-ci une courbe d'aimantation non linéaire
représentative du
comportement d'une tôle magnétique au fer-silicium, la simulation a été
relancée avec
un courant1=100%/n. A partir d'une série de simulations, la largeur w de
l'aimant et le
ratio de l'épaisseur p à la base du chapeau 9 par rapport à la largeur e,
(pie), ont été
ajustés pour provoquer de la saturation magnétique dans les régions 13 et 14
dès que
le noyau plongeur 7 de droite atteint les deux tiers de la course, là où force
Fmp devient
significative et s'ajoute à la force Fmp, jusqu'à l'obtention du profil
relativement constant
montré par le trait continu 15 dans la figure 4. La saturation dans la région
14 atténue
aussi le profil de la force en bouts de course pour un courant 1=0, tel que
montré par
le trait continu 16. L'amplitude de cette force en bout de course correspond à
une
force de maintien significative par comparaison à la force produite pour un
courant
/=100%/n. Avec ce circuit magnétique, l'actionneur du présent mode de
réalisation
possède l'avantage, en plus d'être bistable, de produire une force
d'actionnement
relativement constante tout le long de sa course.
Un actionneur a été construit avec la géométrie du circuit magnétique non
linéaire issu
de la simulation numérique. Cet actionneur a ensuite été installé sur un banc
d'essai
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dans un laboratoire pour mesurer la force produite selon la position pour des
niveaux
de courant I dans les bobines variant de -125% à +125% du courant nominal In
avec
un incrément de 25%. La figure 5 montre les profils de la force Fm mesuré en
fonction
de la position x pour A...5x:5(M-A) et pour chaque niveau de courant injecté.
Les courbes
montrent la distorsion progressive obtenue sur la balance des forces en
augmentant
progressivement le courant I dans les bobines pour les deux polarités.
L'augmentation
progressive du courant I déplace le point d'équilibre des forces sur l'axe de
la course
jusqu'à octroyer la balance des forces à un seul noyau plongeur 7 sur toute la
course
dès que le courant /dépasse environ 50% du courant nominal In, la polarité du
courant
déterminant le noyau plongeur qui l'obtient. Le profil de la courbe de la
force Fm
mesuré pour un courant /=100%/n confirme la courbe 15 de la figure 4. Dans le
présent
mode de réalisation, la balance des forces octroyée au noyau plongeur 7 ciblé
demeure donc relativement constante tout le long la course par l'effet de la
saturation
magnétique dans les régions 13 et 14. Les mesures montrent que cette balance
relativement constante des forces est maintenue pour un courant I située dans
une
bande bornée par 100%/n et 125%/n. Pour un courant I situé dans la bande, les
entrefers bornant le noyau plongeur 7 où la force magnétomotrice des bobines
se
soustrait à celle des aimants englobent une énergie négligeable par rapport à
celle
englobée dans les entrefers bornant le noyau plongeur 7 opposé. Ce
déséquilibre
d'énergie, à son maximum, produit une force d'attraction sur un noyau plongeur
7 ciblé
sans l'opposition d'une force significative du noyau plongeur opposé, et vice
et versa,
selon la polarité du courant I appliqué. Cette situation maximise la densité
de force de
l'actionneur avec comme bénéfice de le rendre plus compact. Avec le circuit
magnétique de la présente invention, il est donc possible d'induire une force
relativement constante sur l'assemblage mobile à n'importe quelle position sur
la
course, et dans les deux directions par l'inversion de la polarité du
courant!, (I=+/-In).
Avec l'actionneur du présent mode de réalisation, il est possible de contrôler
la
dynamique du déplacement de l'assemblage mobile de l'actionneur relié sur le
contact
mobile d'un interrupteur sous vide en asservissant la force de l'actionneur en
relation
28
avec des paramètres comme: sa position, la température, sa vitesse, son
accélération, et/ou le temps. Dans un mode de réalisation qui est montré à la
figure
17, les bobines 5a, 5b de l'actionneur sont branchées par deux commutateurs 58
à
une source d'alimentation électrique capable de piloter le courant / injecté
dans les
bobines 5a, 5b de l'actionneur en relation du mouvement de l'assemblage
mobile.
Cette source d'alimentation électrique peut être, par exemple montré à la
figure 17,
un contrôleur 56 relié: au capteur de position 53 pour déterminer en temps
réel la
position de l'assemblage mobile par rapport à l'assemblage fixe; à un capteur
de
courant 57 pour déterminer en temps réel le courant I; et à un inverseur CA 54
à semi-
conducteurs de puissance combiné à une source de tension CC 55. Selon des
instructions qu'il a reçues par une entrée externe 65, le contrôleur 56 pilote
l'inverseur
CA 54 afin d'imposer l'amplitude et la direction du courant / circulant dans
les bobines
5a, 5b de l'actionneur à partir des informations transmises par le capteur de
position
53 et le capteur de courant 57. Pour raffiner le pilotage, le mode de
réalisation peut
en outre comprendre un capteur de température 59 relié au contrôleur 56 pour
déterminer en temps réel la température des aimants 4 afin de compenser son
influence sur l'aimantation des aimants, et donc, sur la force produite.
Malgré qu'il soit
possible de calculer la vitesse et l'accélération de l'assemblage mobile en
échantillonnant la position en temps réel, on peut raffiner davantage le
pilotage dans
le mode de réalisation comprenant en outre un capteur de vitesse 60 et/ou un
accéléromètre 61 reliés au contrôleur 56 pour déterminer en temps réel la
vitesse
et/ou l'accélération de l'assemblage mobile par rapport à l'assemblage fixe.
Les
informations des capteurs transmises régulièrement au contrôleur permettent
donc de
piloter l'amplitude et la direction du courant / injecté dans les bobines
selon les
diverses conditions de l'actionneur. Un contrôle dans le temps de l'actionneur
peut
être effectué en intégrant dans le mode de réalisation un capteur de tension
63 relié
au contrôleur 56 pour déterminer en temps réel la tension aux bornes des
contacts de
l'interrupteur sous vide et un capteur de courant 62 aussi relié au contrôleur
56 pour
déterminer en temps réel le courant circulant dans l'interrupteur sous vide
afin de
synchroniser l'actionnement de l'interrupteur sous vide avec le réseau
électrique où il
Date Reçue/Date Received 2022-09-29
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est monté. Le mode de réalisation peut en outre incorporer dans une mémoire
digitale
un doublon numérique de tout le mécanisme de l'actionneur avec l'interrupteur
sous
vide, incluant aussi un modèle de l'inverseur électronique de puissance. Le
jumeau
numérique est mis à jour dans sa base de données avec les données recueillies
durant les opérations, par exemple: le niveau d'usure des contacts de
l'interrupteur
sous vide. Le contrôleur peut utiliser ce doublon numérique et l'historique
des
actionnements pour optimiser l'opération de l'actionneur avec l'interrupteur
sous vide.
Le déplacement de l'assemblage mobile couplé au contact mobile d'un
interrupteur
sous vide comprend un mode d'actionnement à impact limité en fin de course.
L'écartement possible des contacts se situe dans le déplacement A,5_x5..(M-A).
La
position avec les contacts fermés correspond à x= /1-173-a, où p est un
déplacement de
réserve pour palier à l'usure progressive des contacts de l'interrupteur sous
vide après
que la période de rodage soit passée, et où a représente la déformation
élastique de
la structure causée par la force de maintien (/=0). La position x=M-il
correspond à
l'écart d'ouverture maximum avec l'assemblage mobile appuyée sur la butée.
Pour les
besoins de la description: les contacts de l'interrupteur sous vide sont
initialement
fermés et cet état est représenté avec l'assemblage mobile (noyaux plongeurs
7)
placée à gauche dans la figure 2. La figure 6 montre l'évolution de quatre
paramètres:
courant I; force d'actionnement F; vitesse de l'assemblage mobile V; et la
position x,
tous en fonction du temps T Le courant I injecté par l'inverseur CA dans les
bobines
5a, 5b est piloté par le contrôleur en relation avec l'information reçu des
capteurs. La
force magnétique F produite sur l'assemblage mobile le long de son déplacement
est
montrée dans la figure 7. Les six instants To à T5 indiqués dans la figure 6
sont
reportés à la figure 7. Le pilotage de l'actionneur relié au contact mobile à
l'interrupteur
sous vide se déroule comme suit.
A l'instant T= To, le courant 1=0, et une force négative est appliquée sur
l'assemblage
mobile par la balance des forces appartenant au noyau plongeur 7 situé à
droite dans
la figure 2. Cette force négative s'ajoute à la force de rappel de
l'interrupteur sous vide
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pour produire la force de maintien. A cet instant, le contrôleur pilote
l'inverseur CA
pour imposer un courant 1=100%/n dans les bobines 5a, 5b et transférer la
balance
des forces au noyau plongeur 7 situé à gauche dans la figure 2. La montée du
courant
I n'est pas instantanée. La réactance propre des bobines 5 oppose une tension
contre-
électromotrice à l'inverseur CA qui affecte le taux de variation du courant I.
La force F
exercée sur l'assemblage mobile s'inverse pour atteindre l'amplitude positive
correspondant au point Ti référencé sur la figure 7 au moment où le courant I
atteint
100%/n. La force F générée par l'actionneur s'oppose et surpasse maintenant la
force
de rappel. La résultante de la force accélère alors la masse mobile comprenant
le
10 mécanisme de l'actionneur et le contact mobile. L'assemblage mobile
acquiert de la
vitesse et elle progresse rapidement vers l'extrémité droite de la course dans
la figure
2. Pendant la progression, la force F reste pratiquement constante, telle que
montrée
à la figure 7 par le trait continu tracé entre les points Ti et T2 sur une
portion du trait
interrompu correspondant au profil de force pour un courant /=100%/n. Rendue à
l'instant T2, l'assemblage mobile a atteint une position proche de la mi-
parcours. Cet
instant, déterminé par le contrôleur, correspond à une condition où la
décélération doit
être entamée afin d'arriver en bout de course avec douceur. Le contrôleur
pilote alors
avec l'inverseur CA un changement de polarité du courant 1=-100%/n pour
transférer
la balance des forces au noyau plongeur 7 situé à droite. Pendant la
transition,
20 l'assemblage mobile continue néanmoins sa progression. A l'instant T3,
le courant 1=-
100%/i, et soumet maintenant la masse mobile à une force négative de
décélération
combinée à la force de rappel. Pendant la décélération, la force négative
appliquée
sur l'assemblage mobile reste pratiquement constante, telle que montrée à la
figure 7
par le trait continu tracé entre les instants T3 et T4 sur une portion du
trait interrompu
correspondant au profil de force pour un courant 1=-100%/n. Une part majeure
de
l'énergie cinétique acquise à l'accélération est alors retournée sous forme
d'énergie
électrique à la source de tension CC par l'entremise de l'inverseur CA. A
l'instant T4,
la masse mobile approche de la fin de sa course et elle a presque perdu toute
sa
vitesse. Le contrôleur pilote l'inverseur CA à cet instant pour forcer le
courant I à
30 descendre à zéro au moment où la position atteint le point de butée x=M-
il avec une
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vitesse presque nulle. Cette condition est atteinte à l'instant T5. Lorsque le
courant I
est ramené à zéro (/=0), la balance des forces est alors redonnée au noyau
plongeur
7 situé à gauche pour contrer la force de rappel et maintenir les contacts
ouverts.
Grâce à ces moyens, l'ouverture des contacts d'un interrupteur à vide
s'effectue sans
dépasser l'écart prescrit lors de l'atteinte du bout de la course et sans
produire de
rebond. Ce mode d'actionnement permet, entre autres, d'atténuer l'impulsion de
mouvement appliqué sur le soufflet. Lorsque l'actionnement de l'interrupteur
sous vide
est opéré dans un réseau électrique énergisé, l'instant To du déclenchement de
l'ouverture peut être décidé avec une avance prédéterminée sur le prochain
passage
par zéro de l'alternance du courant CA circulant dans l'interrupteur sous vide
pour
limiter la durée de l'arc entre les contacts.
Le même mode de pilotage s'applique aussi pour provoquer la fermeture des
contacts
en inversant la polarité dans la séquence du courant / piloté. Ce mode, montré
à la
figure 8, est cependant différent de celui de la figure 6 en ce qu'à l'instant
T4, le
contrôleur pilote l'inverseur CA pour injecter un courant /=-100%/n afin de
presser avec
le maximum de force sur les contacts dès l'instant où ils se rejoignent,
plutôt que de
presser uniquement avec la force de maintien produite par les aimants. Ce
maximum
de force permet de contrecarrer la force de répulsion produite au passage
d'une
surintensité de courant de courte durée. L'assemblage mobile de l'actionneur
atteint
alors la position x=i1+0-a-p, où p représente la déformation supplémentaire
associée
à l'écart entre la force au courant / et la force de maintien au courant 1=0.
Une fois la
surintensité passée, le courant I est piloté pour le ramener graduellement à
zéro entre
les instants T6 et T7, et ainsi laisser la place à la force de maintien
produite par les
aimants. L'assemblage mobile de l'actionneur retourne alors à la position de
maintien
x=A-Fp-o-. Lorsque l'actionnement de l'interrupteur sous vide est opéré dans
un réseau
électrique énergisé, l'instant To du déclenchement de la fermeture peut être
décidé
par le contrôleur pour synchroniser l'instant T4 avec un passage par zéro de
l'alternance de tension AC présente aux bornes de l'interrupteur sous vide.
Cette
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synchronisation contribue à limiter la surintensité du courant circulant dans
l'interrupteur sous vide au moment de la fermeture des contacts.
Comme on peut l'apprécier, la tenue diélectrique entre les contacts de
l'interrupteur
sous vide descend sous le seuil de la moyenne tension sur le dernier tiers de
la
course. Il y aura l'amorce d'un arc si l'onde de tension surpasse la tenue
diélectrique
avant que les contacts se rejoignent. On peut cependant restreindre l'amorce
d'un arc
à quelques degrés électriques autour du passage par zéro si le dernier tiers
de la
course s'effectue à une vitesse moyenne prédéterminée. Cette vitesse prescrite
assure alors une tenue diélectrique supérieure tout le long du rapprochement
pendant
la descente de l'onde de tension qui précède son passage par zéro. Il est
alors
possible que le mode de fermeture à impact limité ne puisse satisfaire cette
vitesse.
Le cas échéant, l'actionneur du présent mode de réalisation offre une
alternative pour
la fermeture. Le second mode de fermeture consiste à retarder l'instant T2
pour
augmenter la vitesse moyenne sur le dernier tiers de la course jusqu'à la
valeur
requise. Agir ainsi produit inévitablement un impact sur le contact en bout de
course.
Ce second mode possède néanmoins l'avantage de limiter l'énergie à l'impact,
en plus
de maîtriser les rebonds. La figure 9 illustre ce mode. D'abord, malgré qu'il
y ait un
impact, celui-ci se produit à énergie minimum puisque le dernier tiers de la
course
s'effectue uniquement en décélération. La décélération enlève de l'énergie
cinétique
à l'assemblage mobile en retournant cette énergie à la source de tension CC de
l'inverseur CA. L'impact se produit donc à une énergie cinétique réduite.
Ensuite, il est
possible de limiter les rebonds, voir même les éviter, en agissant sur la
manière dont
l'actionneur est piloté. Dès que l'impact survient, une partie de l'énergie
cinétique de
la masse mobile s'emmagasine en énergie potentielle dans une déformation
élastique
de la structure. C'est une restitution de cette énergie potentielle en énergie
cinétique
à l'assemblage mobile et dans la direction opposée qui peut créer le rebond.
Dans le
présent mode, le rebond est contré en pilotant le courant / à l'instant T.4
pour inverser
la force afin d'appliquer une force de pression à l'instant T5. L'instant T5
est déterminé
pour qu'il coïncide avec le moment où la déformation élastique atteint son
maximum.
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L'amplitude du courant / à T5, et donc de la force de maintien, est ajustée
pour opposer
une force égale à la force générée par la déformation élastique. L'ajout de
cette force,
à ce moment précis, permet de retenir la déformation élastique et ainsi
limiter la
restitution d'énergie qui favorise le rebond. La force est maintenue jusqu'à
l'instant
7-6, le temps que le système se stabilise. La force est ensuite doucement
ramenée à
la force de maintien produite par les aimants à l'instant T7, en ramenant le
courant I à
zéro.
L'actionneur du présent mode de réalisation comprend en outre un mode
d'actionnement pour débloquer l'assemblage mobile lorsque du givre s'accumule
dans ses interstices, ou pour casser un point de soudure qui s'est formée
entre les
contacts. La figure 10 montre l'évolution dans le temps de la force produite
par
l'actionneur lorsque le courant / injecté dans les bobines de l'actionneur
comporte une
composante alternative d'une fréquence donnée. Ce courant / peut être généré
par
l'inverseur CA en ajoutant à la consigne de courant / un signal alternatif
temporel.
L'actionneur produit alors une force constante additionnée d'une composante
oscillatoire qui cause la vibration de la partie mobile afin de la débloquer.
L'actionneur du présent mode de réalisation comprend en outre un mode
dynamique
pour contrer des oscillations mécaniques dans la structure. En réaction à une
oscillation provoquée par exemple lors de l'impact à la fermeture des contacts
d'un
interrupteur sous vide, le contrôleur peut injecter avec l'inverseur CA, en
plus du
courant / d'actionnement, une composante de courant / oscillatoire dont
l'amplitude et
la phase sont ajustées pour produire une onde de force qui supprime ladite
oscillation.
L'actionneur du présent mode de réalisation comprend en outre un mode
d'actionnement pour basculer la partie mobile à partir d'une source auxiliaire
dans
l'éventualité de la défaillance de l'inverseur CA et/ou de son contrôleur.
Comme illustré
dans la figure 17, l'actionneur peut comprendre une commande externe 66 pour
débrancher avec les commutateurs 58 l'inverseur CA en défaut et permettre le
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branchement d'un condensateur C préalablement chargé à une tension 14 par un
chargeur 64. Le branchement soudain du condensateur C sur les bobines 5a, 5b
provoque le transfert son énergie potentielle, 1Cµ./02, à l'inductance propre
L des
bobines 5a, 5b de l'actionneur qui emmagasine cette énergie dans le circuit
magnétique avec un courant I = V. Une fois le condensateur déchargé,
une
diode 65 placée en antiparallèle à ses bornes prend le relais du courant /
circulant
dans les bobines 5a, 5b. Ce courant I s'essouffle ensuite graduellement par
échauffement Joule. La montée suivie de l'essoufflement du courant I assure le
basculement de la partie mobile. Ce mode peut être requis, par exemple, pour
forcer
la fermeture d'un interrupteur sous vide dans un module de commutation monté
sur
une ligne de transport d'électricité à multifaisceaux.
Les figures 11, 12, 13, 14, 15 et 16 montrent un actionneur tel que décrit ci-
dessus,
selon un mode d'assemblage.
Les figures 11 et 12 montrent l'assemblage fixe 50 comprenant les noyaux fixes
2 et
3, les aimants 4 et les bobines 5a, 5b du circuit magnétique montrés dans la
figure 1.
Les noyaux fixes 2 et 3 comportent des orifices 17 pour permettre le passage
de tiges
d'encrage 18 afin de retenir les noyaux avec les supports 19. Ces orifices
sont
pratiqués dans les régions des noyaux fixes de manière à ne pas perturber la
circulation du flux. Des tiges de guidage 20 sont placées de part et d'autre
de
l'assemblage fixe et sont fixées sur des supports 21 qui eux sont fixés aux
supports
19. Ces tiges 20 servent comment un élément de guidage pour coopérer avec un
élément de guidage dans l'assemblage mobile pour permettre une course de
l'assemblage mobile entre une première et une seconde position stable. Les
supports
19 sont pourvus d'une fenêtre pour dégager les têtes 22 des bobines 5a, 5b.
Les
deux bobines 5a, 5b sont électriquement branchées en série par le raccord 33.
L'ensemble des deux bobines peut être raccordé à une source d'alimentation
capable
de générer un courant contrôlé, comme un inverseur, par l'entremise des deux
35
terminaux 34 et 35. Dans le présent mode de réalisation, les supports 19 et 21
sont
composés d'un matériau qui est non magnétique, rigidement fort et de faible
densité
massique. Les faces latérales des noyaux 2 et 3 sont recouvertes d'un mince
coussinet en caoutchouc 23 d'une épaisseur A.
Les figures 13 et 14 montrent l'assemblage mobile 52 comprenant les noyaux
plongeurs 7 de la figure 1. Chaque noyau plongeur 7 est solidement supporté
par un
moyen d'ancrage 24 sur un support 25. Les supports 25 sont maintenus en
opposition
avec un écart prédéterminé par les supports 26 pour faire le pont entre les
paires de
noyaux plongeurs 7 localisés aux extrémités. L'espace entre les supports 26
permet
l'insertion de l'assemblage fixe tout en conservant un dégagement afin de
permettre
le mouvement. Dans le présent mode de réalisation, les supports 25 et 26 sont
composés d'un matériau qui est non magnétique, rigidement fort et de faible
densité
massique. Chaque support 25 contient des paliers à glissement 27 servant comme
un
élément de guidage pour coopérer avec l'élément de guidage de l'assemblage
fixe
50. Dans le présent mode de réalisation, chaque palier à glissement 27 est
destiné à
recevoir une tige de guidage 20 sur laquelle il peut glisser librement avec un
minimum
de friction. Un des deux supports 25 comprend un bras 28 retenu à sa base
entre
deux roulements à billes 29 encastrés dans le support 25 correspondant. Par
l'action
des deux roulements à billes 29, le bras 28 est libre de pivoter sur son axe.
Le bras
28 se fixe sur la charge à déplacer avec l'adaptateur 30. Dans le présent mode
de
réalisation, la charge à déplacer est le contact mobile d'un interrupteur sous
vide, mais
il est apprécié que d'autres charges sont possibles. Le mouvement libre de
pivoter du
bras 28 assure qu'aucune contrainte de rotation ne soit appliquée sur le
soufflet de
l'interrupteur sous vide. L'adaptateur 30 est monté et retenu sur le bras 28
par deux
attaches 31 placées de chaque côté. Alternativement, l'adaptateur 30 peut être
directement coincé sur l'axe du bras 28 par les deux attaches 31, ou
indirectement
par l'entremise d'un ressort à friction 32. L'ajout du ressort à friction 32,
constitué dans
le cas montré d'un empilement parallèle/série de rondelles de Belleville,
permet de
découpler une partie de la masse mobile de l'actionneur du contact mobile de
Date Reçue/Date Received 2022-09-29
36
l'interrupteur sous vide en comprimant le ressort à friction sur l'adaptateur
30 lorsque
le bras 28 pousse sur l'adaptateur 30. La nature à friction du ressort à
friction 32 sert
à empêcher le mouvement oscillatoire du contact mobile après un impact avec le
contact fixe pour éviter le rebond.
Les figures 15 et 16 montrent l'assemblage mobile assemblé avec l'assemblage
fixe.
Chaque tige de guidage 20 peut glisser sur un palier à glissement 27 pour
permettre
un mouvement de va-et-vient des noyaux plongeurs le long de l'axe "x",
permettant
une course de l'assemblage mobile 52 entre une première position stable où les
chapeaux d'une première paire de noyaux-plongeurs 7a sont accotés sur une
première face latérale 2a, 3a du noyau de l'actionneur, et une deuxième
position
stable où les chapeaux d'une deuxième paire de noyaux-plongeurs 7b sont
accotés
sur une deuxième face latérale 2b, 3b du noyau de l'actionneur opposé à la
première
face 2a, 3a. Le montage de l'actionneur sur la structure supportant
l'interrupteur utilise
des moyens d'attache, non montrés, qui se fixent sur les supports 21.
Les modes de réalisation décrits dans ce qui précède est à titre d'exemple et
est non
limitatif. Il est à la portée de l'homme de l'art d'apporter des modifications
et des
variantes aux modes de réalisation décrits sans pour autant sortir du cadre de
l'invention.
Date Reçue/Date Received 2022-09-29
