EP0282858A1 - Dispositif de stockage d'énergie mécanique à force d'accrochage nulle - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a mechanical energy storage device, by means of springs and intended in particular for the actuation of an electric circuit breaker.
- circuit breakers for example by means of a compression spring.
- the energy necessary for the operation is then stored in the banded spring.
- the spring is kept bandaged by a more or less complex hooking device, which necessarily comprises a hooking member immobilizing a wheel or a cam.
- This patent FR-1,588,485 describes a spring device, impulse-controlled, for the operation of electrical devices, in particular switch and disconnector, in a long time by compared to the duration of said pulse.
- This device comprises a spring driving, via a cable and a cam, the trigger control shaft. Its rearming is carried out using a shaft provided with a non-return means comprising in particular a ratchet wheel cooperating with a ratchet carrying at its end a hooking roller and driving, by means of a reduction kinematic chain. , said control shaft in the opposite direction to said triggering.
- the pulse causes the permanent locking of the non-return means and allows the completion of the trigger.
- the fastening member and the wheel exert a mutual force between them which it is necessary to overcome to unlock the wheel and allow the spring to relax. This effort is all the greater the greater the energy stored in the springs. The greater this effort, the greater the energy of the triggering mechanism to overcome it.
- the subject of the invention is a device for storing mechanical energy at zero latching force, comprising a first rod sliding along an axis, and subjected to the axial action of a first spring, this rod being integral, at its first end, hooking means and being coupled, at its second end, to energy storage means, the hooking means comprising a rod provided with a transverse bore in which, in the engaged position, is introduces a hooking member controlled by an electromagnet, characterized in that the energy storage means comprise a second rod sliding along the same axis, and subjected to the axial action of a second spring, the free end, which faces the free end of the first rod, is connected to means for coupling to this first rod and for locking in an engaged position of the hooking member.
- Such a device has the great advantage of being very simple to implement.
- FIG 1 there is a first rod 10 provided at its first end with a flange 11, and at its second end with a nozzle 12.
- This first rod 19 is slidably mounted along an axis ⁇ inside of a bore 13 pierced in a cover 15 which closes a cage 16 fixed at its first end: this cage is here square in shape, and with axis of symmetry the axis ⁇ . It ends at its second end with a flared part 28.
- the first end of this rod 10 is secured to hooking means constituted here by a rod 18, for controlling the circuit breaker for example, provided with a transverse bore 10 in which, in the engaged position, is introduced a hooking member 120 controlled, for example, by an electromagnet 121 which keeps the first rod 10 in a fixed position when the first spring 17 is banded.
- hooking means constituted here by a rod 18, for controlling the circuit breaker for example, provided with a transverse bore 10 in which, in the engaged position, is introduced a hooking member 120 controlled, for example, by an electromagnet 121 which keeps the first rod 10 in a fixed position when the first spring 17 is banded.
- a second rod 20 is provided at its first end which faces the second end of the first rod, with a flange 21.
- This second rod 20 is slidably mounted along the axis ⁇ , inside a bore 22 drilled in a fixed frame 23.
- a second spring 34 with a flange for example, is arranged around this rod 20 while being fixed on the one hand to the flange 21, and on the other hand to the frame 23.
- Two arms 24 and 24A provided at their first ends with bearings 25, 26 and 25A, 26A, for example with balls, whose axes of rotation 29 and 29A are perpendicular to the axis ⁇ , are mobile, at their second ends, around two axes 27 and 27A, in directions parallel to axes 29 and 29A, which are located symmetrically with respect to the axis ⁇ and integral with the external part of the flange 21.
- the end piece 12 is formed by several symmetrical bearing surfaces with respect to the axis ⁇ , being successively: two first planar bearing surfaces 31 and 31A parallel to the rolling surfaces 30 and 30A, two inclined bearing surfaces 33 and 33A towards the axis ⁇ , and two second planar bearings 32 and 32A parallel to the first.
- the relative ball bearings at each axis 29 (29A) respectively consist of two first bearings 25 (25A) which roll on the rolling surface 30 (30A) inside the cage 16, surrounding a bearing 26 (26A), of smaller diameter, which rolls on the outer surface of the nozzle 12, that is to say on the surfaces 31, 33 and 32 (31A, 33A and 32A).
- the second spring 34 is self-locked: in fact the first bearings 25 and 25A rest inside the flared part 28 of the cage 16, and the second bearings 26 and 26A rest on the first flat bearings 31 and 31A respectively, which prevents movement of these bearings in the direction 40 shown in FIG. 2.
- the coil 121 is supplied, the latching member 120 is then released.
- the first spring 17 begins to relax by driving the rod 10 in the direction of the arrow 40. Without any thrust which would be due to the second spring 34, the bearings 25, 25A, 26, 26A pass from their first position as shown in Figure 1, in their second position shown in Figure 2. The second bearings 26 and 26A, part of the outer surface then rests on the inclined surfaces 33 and 33A used to transmit to the first rod 10 the thrust of the second spring 34 .
- the device of the invention therefore has the great advantage of allowing the storage of a surplus of mechanical energy due to the second spring 34 without the latter acting on the attachment. In fact, in the engaged position, only the first spring 17 presses on the coupling, the second spring 34 being blocked by the rolling system.
- the invention therefore makes it possible to simplify the mechanical controls of such a device: the thrust due to the first spring being weak, the attachment is simplified and can be direct, which makes it possible to avoid stages of reduction of the stored energy . In addition, this energy can be very important.
- the device of the invention can be used to perform the switching on and off functions of mechanical controls.
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Abstract
Description
- La présente invention est relative à un dispositif de stockage d'énergie mécanique, au moyen de ressorts et destiné en particulier à l'actionnement d'un disjoncteur électrique.
- On sait que l'actionnement mécanique des disjoncteurs est réalisé par exemple au moyen d'un ressort de compression. L'énergie nécessaire à la manoeuvre est alors stockée dans le ressort bandé. Le ressort est maintenu bandé grâce à un dispositif d'accrochage plus ou moins complexe, qui comprend nécessairement un organe d'accrochage immobilisant une roue ou une came.
- On se référera à cet égard au brevet français n° 1 588 485. Ce brevet FR-1 588 485 décrit un dispositif à ressort, commandé par impulsion, pour la manoeuvre d'appareils électriques, notamment interrupteur et sectionneur, en un temps long par rapport à la durée de ladite impulsion. Ce dispositif comporte un ressort entraînant, par l'intermédiaire d'un câble et d'une came, l'arbre de commande du déclenchement. Son réarmement est effectué à l'aide d'un arbre muni d'un moyen antiretour comportant notamment une roue à rochet coopérant avec un cliquet portant à son extrémité un galet d'accrochage et entraînant, par l'intermédiaire d'une chaîne cinématique démultiplicatrice, ledit arbre de commande en sens inverse dudit déclenchement. L'impulsion provoque le verrouillage permanent du moyen antiretour et autorise l'achèvement du déclenchement.
- L'organe d'accrochage et la roue exercent entre eux un effort mutuel qu'il est nécessaire de vaincre pour débloquer la roue et permettre la détente du ressort. Cet effort est d'autant plus grand que l'énergie stockée dans les ressorts est importante. Plus cet effort est important et plus l'énergie du mécanisme de déclenchement doit être grande pour le vaincre.
- Or, il est souhaitable d'utiliser un mécanisme à faible énergie.
- Il est également souhaité de pouvoir augmenter la quantité d'énergie stockée (par exemple en utilisant plusieurs ressorts et/ou des ressorts plus puissants), sans augmenter l'effort d'accrochage.
- Ce but est atteint par le dispositif de l'invention qui permet de stocker une énergie mécanique avec une force d'accrochage nulle.
- En effet l'invention a pour objet un dispositif de stockage d'énergie mécanique à force d'accrochage nulle, comprenant une première tige coulissant selon un axe , et soumise à l'action axiale d'un premier ressort, cette tige étant solidaire, à sa première extrémité, de moyens d'accrochage et étant couplée, à sa seconde extrémité, à des moyens de stockage d'énergie, les moyens d'accrochage comprenant une tige munie d'un alésage transversal dans lequel, en position enclenchée, est introduit un organe d'accrochage commandé par un électro-aimant, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie comprennent une deuxième tige coulissant selon le même axe , et soumise à l'action axiale d'un deuxième ressort, dont l'extrémité libre, qui fait face à l'extrémité libre de la première tige, est reliée à des moyens de couplage à cette première tige et de blocage en une position enclenchée de l'organe d'accrochage.
- Un tel dispositif présente le grand avantage d'être d'une grande simplicité de mise en oeuvre.
- Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- - la figure 1 est une vue schématique du dispositif de l'invention, prêt à fonctionner, les ressorts étant bandés ;
- - la figure 2 est une vue schématique du même dispositif en cours de fonctionnement ;
- - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2.
- Dans la figure 1, on distingue une première tige 10 munie à sa première extrémité d'une collerette 11, et à sa seconde extrémité d'un embout 12. Cette première tige 19 est montée coulissante selon un axe Δ à l'intérieur d'un alésage 13 percé dans un couvercle 15 qui ferme une cage 16 fixe à sa première extrémité : cette cage est ici de forme carrée, et à pour axe de symétrie l'axe Δ . Elle se termine en sa deuxième extrémité par une partie évasée 28.
- Un premier ressort 17, à boudin par exemple, est disposé autour de cette tige 10, en étant fixé d'une part à la collerette 11 et d'autre part à la partie extérieure de la cage 16.
- La première extrémité de cette tige 10 est solidaire de moyens d'accrochage constitués ici d'une tige 18, de commande de disjoncteur par exemple, munie d'un alésage transversal 10 dans lequel, en position enclenchée, est introduit un organe d'accrochage 120 commandé, par exemple, par un électro-aimant 121 qui permet de maintenir la première tige 10 en position fixe lorsque le premier ressort 17 est bandé.
- Une seconde tige 20 est munie à sa première extrémité qui fait face à la seconde extrémité de la première tige, d'une collerette 21. Cette deuxième tige 20 est montée coulissante selon l'axe Δ , à l'intérieur d'un alésage 22 percé dans un bâti fixe 23.
- Un deuxième ressort 34, à boudin par exemple, est disposé autour de cette tige 20 en étant fixé d'une part à la collerette 21, et d'autre part au bâti 23.
- Deux bras 24 et 24A, munis à leurs premières extrémités de roulements 25, 26 et 25A, 26A, à billes par exemple, dont les axes de rotation 29 et 29A sont perpendiculaires à l'axe Δ , sont mobiles, en leurs secondes extrémités, autour de deux axes 27 et 27A, de directions parallèles aux axes 29 et 29A, qui sont situés symétriquement par rapport à l'axe Δ et solidaires de la partie extérieure de la collerette 21.
- Les extrémités libres de la première (10) et de la deuxième (20) tige se faisant face, les roulements 25, 26 et 25A, 26A peuvent rouler entre l'embout 12 et respectivement deux portées 30 et 30A de la cage 16 qui sont planes, parallèles et symétriques par rapport à l'axe Δ . Ces portées forment donc deux surfaces de roulement ou de guidage qui se terminent par la partie évasée 28.
- Comme représenté à la figure 1, l'embout 12 est formé de plusieurs portées symétriques par rapport à l'axe Δ , soient successivement : deux premières portées planes 31 et 31A parallèles aux surfaces de roulement 30 et 30A, deux portées 33 et 33A inclinées vers l'axe Δ , et deux secondes portées planes 32 et 32A parallèles aux premières.
- Comme représenté à la figure 3, les roulements à billes relatifs à chaque axe 29 (29A) sont respectivement constitués de deux premiers roulements 25 (25A) qui roulent sur la surface de roulement 30 (30A) intérieure à la cage 16, entourant un roulement 26 (26A), de plus petit diamètre, qui roule sur la surface extérieure de l'embout 12 c'est-à-dire sur les portées 31, 33 et 32 (31A, 33A et 32A).
- En position d'enclenchement, comme représenté à la figure 1, le ressort 17 est comprimé de telle sorte que l'organe 120 soit situé à l'intérieur de l'alésage 19.
- Dans cette position le deuxième ressort 34 est auto-bloqué :
en effet les premiers roulements 25 et 25A reposent à l'intérieur de la partie évasée 28 de la cage 16, et les seconds roulements 26 et 26A reposent sur les premières portées planes respectivement 31 et 31A, ce qui interdit un mouvement de ces roulements dans la direction 40 représentée à la figure 2. - En cours de fonctionnement comme représenté aux figures 2 et 3, les ressorts 17 et 34 se sont détendus. Les quatre premiers roulements 25 (25A) reposent alors sur la surface de roulement 30 (30A), et le second roulement 26 (26A) sur la portée inclinée 33 (33A).
- Lors du déclenchement c'est-à-dire du passage d'une position à l'autre, la bobine 121 est alimentée, l'organe d'accrochage 120 est alors libéré.
- Le premier ressort 17 commence à se détendre en entraînant la tige 10 dans le sens de la flèche 40. Sans aucune poussée qui serait dûe au second ressort 34, les roulements 25, 25A, 26, 26A passent de leur première position telle que représentée à la figure 1, à leur seconde position représentée à la figure 2. Les seconds roulements 26 et 26A dont une partie de la surface extérieure repose alors sur les portées inclinées 33 et 33A permettent de transmettre à la première tige 10 la poussée du deuxième ressort 34.
- Les poussées de ces seconds roulements 26 et 26A sur les portées de l'embout 12 freinent très peu le mouvement initial de la tige 10 puisqu'il y a déplacement des premiers roulements 25 et 25A sur les surfaces 30 et 30A.
- Le dispositif de l'invention présente donc le grand avantage de permettre le stockage d'un surplus d'énergie mécanique dûe au deuxième ressort 34 sans que cette dernière n'agisse sur l'accrochage. En effet, en position enclenchée, seul le premier ressort 17 appuie sur l'accrochage, le deuxième ressort 34 étant bloqué grâce au système à roulement.
- L'invention permet donc, de simplifier les commandes mécaniques d'un tel dispositif : la poussée dûe au premier ressort étant faible, l'accrochage est simplifié et peut être direct ce qui permet d'éviter des étages de démultiplication de l'énergie emmagasinée. De plus cette énergie peut être très importante.
- Le dispositif de l'invention peut être utilisé pour réaliser des fonctions d'enclenchement et de déclenchement de commandes mécaniques.
- Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans pour autant, sortir du cadre de l'invention.
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