Brevet FR2021999A1 — publié le 19700724

La présente invention concerne d'une manière générale un interrupteur de circuit dans le vide et plus particulièrement un arrangement de protection perfectionné destiné à protéger l'isolement de l'interrupteur. les interrupteurs de circuit dans le vide de type classique comprennent habituellement un blindage métallique généralement tubulaire qui environne l'in- tervalle d'amorçage d'arc entre les électrodes. le blindage métallique est isolé électriquement a' la fois des électrodes et de la masse. De plus, le blindage métallique est disposé pour intercepter et condenser essentiellement toute les particules métalliques provenant de ltintervalle d'amorçage d'arc qui, si elles n'étaient pas interceptées par le blindage1 constitueraient un revêtement conducteur sur les surfaces isolantes oui isolent le blindage de ltélectrode et les électrodes l'une de l'autre. Normalement, le blindage métallique est contenu dans une ampoule à vide pous sé constitue par une enveloppe de forme générale tubulaire faite d'un matériau isolant. De plus, le blindage métallique qui environne les électrodes doit se prolonger d'une distance suffisante de part et d'autre de l'intervalle d'amorçage d'are de manière que sa surface interne puisse intercepter et condenser les va- peurs métalliques se propageant depuis l'intervalle d'amorçage d'arc en direction de la surface isolante interne de l'enveloppe.Du fait que le blindage métallique est isole électriquement à la fois des électrodes et de la masse, il doit être supporté sur l'enveloppe par un matériau isolant se présentant par exemple sous la forme d'un support de blindage tubulaire. Une telle structure est complexe du fait que le blindage métallique doit hêtre fixé de façon store dans l'enveloppe au moyen de matés .u isolant, ce qui entraine des problèmes de structure tout en au gmentant les risques d'un vide imparfait. De plus, le blindage métallique, en raison de son étroite proximité avec l'enveloppe, entraine une non uniformité de répartition de tension dans l'enveloppe. Une telle structure est de s'roit d'une fabrication conteuse. En vue d'éliminer les inconvénients inhérents aux interrupteurs de circuit dans le vide de la technique antérieure, la présente invention a pour objet doit miner la nécessité d'un blindage métallique à l'interieur de l'enveloppe de l'am- poule. De plus, les particules métalliques qui sont émises d l'intervalle d'amorçage d'arc et se déposent sur l'ampoule ne peuvent exercer d'effets nuisibles sur le fonctionnement de l'interrupteur.Enfin, l'élimination du blindage métallique élève la tension de rupture pour une enveloppe de trame longueur Suivant l'une des caractéristiques de l'invention, il est prévu une enveloppe de matériau isolant destinée à intercepter les particules metalliques, comportant une surface irrégulière qui est formée sur le matériau isolant en vue de provoquer des discontinuités dans le dépôt des particules. La surface put acore constituée par une série de cavités. En variante, la surface peut entre formée par des cristaux d'alumine almagamés par fusion sur la surface de ltenveloppe avec une couche de matériau d'émaillage. Las objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisations, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans les- quels La figure 1 représente une vue d'ensemble, partiellement en coupe, d'un exemple préféré de mise en oeuvre de l'interrupteur de circuit dans le vide conçu selon les principes de la présente invention. La figure 2 représente schématiquement les cavités utilisées dans le diapo- sitif de la figure 1. la figure 1 représente un interrupteur de circuit dans le vide conçu selon les principes de l'invention, dans lequel un contact fixe 12 et un contact mobile 14 sont disposés à l'intérieur d'un boitier de commutateur. Bien que la présente invention soit décrite en relation avec un interrupteur dans le vide, on coNpren- dra clairemant que le boitier conçu selon 1 'invention peut également Outre utille dans un relais intermédiaire pour en constituer le blindage ou dans la fabrication des condensateurs dans le vide où une pulvérisation de cuivre vaporisé peut se produire sur les parois isolantes en céramique. les contactes 12 et 14 sont contenus dans une carcasse en céramique générale ment cylindrique 16. le contact fixe 12 est fixé à l'extrémité d'une colonnette: 18 la colonette 18 est fixée à une tige 22 qui passe dans une ouverture 24 non gée dans la parois d'extrémité métallique 26 de la carcasse 16.Le contact mobile 14 est brasé ou soudé à un disque 28. le disque 28, à son tour, est soudé à un flasque 32 et à une colonnette34 se terminant dans une ouverture centrale du flasque 32. le flasque 32 est également fixé à un élément en forme de coupelle 36 > sur la plaque d'extrémité extérieure 38 de celui-cl. la plaque d'extrémité 38 de l'élément en forme de coupelle 36 présente une ouverture par laquelle passe la tige 34. L'autre extrémité de la tige 34 est fixée à une tige 40. Un soufflet 42 relie la face intérieure de la plaque d'extrémité 38 et 1 'extrémité de la colonnette 34 à un flasque d'extrémité 44, établissant ainsi un joint étanche tout en permettant le déplacement du contact mobile 14 pour se rap procher et s'éloigner du contact fixe 12. les moyens particuliers utilisés pour assurer le montage des contacts 12 et 14 ne sont pas critiques et le dispositit représenté sur la figure ne constitue qu'un exemple des divers types de structures avec lesquelles la présenta invention peut hêtre utilisée. Il est évident, à la lecture de ce qui précède, que le soufflet 42, les colonnettes 18 et 34, le disque 28 et les contacts 12 etl4, lorsqu'ils sont assemblés bout à bout constituent un conducteur qui s'étend entre les parois d'extrémité de l'ampoule. Le flasque 44 est brasé ou soudé à une plaque d 'extrémité 46 de l'ampoule. De plus, un joint 48 est préu entre la carcasse en céramique cylindrique 16 > la plaque d'extrémité 46 et le flasque 44. Un joint semblable 52 est prévu à l'autre extrémité de la carcasse en céramique cylindrique 16, qui constitue un joint étanche entre la plaque d'extrémité 26 le flasque 54 et la carcasse 16. Une ouverture 56 ménagée dans la plaque d'extrémité 26 permet le passage d'une tubulure 58 à travers le flasque 54 et permet de faire le vide dans l'interrupteur. la figure 2 représente un exemple de réalisation de la surface intérieure de la carcasse en céramique cylindrique 15 qui est constituée par une série de cavités 62. Ces cavités constituent des poches ouvertes destinées à capter le matériau vaporisé émis dansltintervalle d'amorçage d'arc entre les contacts 12 et 14. Ies cavités sont constituées par application de silicate de potassium vendu communé- ment sous la marque de fabrique water Glass" qui est ensuite chauffé dans une atmosphère d'hydrogène ou d'air à environ 8000 centigrades. le "Water Glass" constitue des bulles qui crèvent finalement pour constituer les cavités. Le matériau ne fond plus lorsqu' il est chauffé par la suite approximativement, à la mame température, les las cavités v lus proches de l'intervalle d'amorçage d'arc se recouvrent de plus grandes quantités de particules métalliques que celles qui en sont plus éloignées.Les cavités formées sur la surface de la carcasse 15, directement face à l'intervalle d'amorcage d'arc tendent à recevoir des particules de métal provenant d'une direction représentée par la flèche 65, et qui recouvrent la portion de cavité correspondant approximativement à la zone 68. les cavités formées à droite de l'intervalle d'amorçage d'arc tendent à recevoir les particules métal liques principalement de la direction indiquée par la flèche 72, et la portion 74 de la cavité tend à se recouvrir de ces particules de métal. De plus les cavits à gauche de l'intervalle d'amorçage d'arc tendent à recevoir des particules métalliques provenant de la direction indiquée par la flèche 75 et qui tendent à recouvrir la portion de cavité indiquée en 78.Ainsi, comme on le constatera aisément, seules certaines portions des cavités tendent à être recouvertes en fonction de leur position par rapport à l'intervalle d'amorçage d'arc. En variante, la surface intérieure de la carcasse en céramique cylindrique peut autre préparée en appliquant tout d'abord sur la surface un matériau se vitrifiant à haute température et en appliquant ensuite des cristaux d'alumine sur le matériau d'émaillage, sur une épaisseur allant dtenviron 79/100 à 158/100 de m/m, La céramique est ensuite portée à une température de 142500 durant une demi-heure. Cette opération a pour résultat d'amalgamer par fusion les cristaux d'alumine à la carcasse en céramique avec une couche de matériau vitreux et constitue une surface en céramique rugueuse.la surface de céramique offre l'avantage de permettre à la carcasse en céramique de présenter une répartition de tension assez uniforme sur toute la longueur du cylindre en céramique, contrairement à ce qui se passe pour le blindage métallique de la technique antérieure qui, du fait qu'il était monté dans une position très proche du cylindre en céramique, entrainait une non uniformité de la répartition de tension sur ce denier. Ainsi, le dispositif conçu selon omette invention présente une tension de rupture plus élevée pour la même longueur de céramique tout en permettant simultanément la fabrication d'un interrupteur de circuit dans le vide relativement peu coûteux. Un interrupteur de circuit dans le vide dont la surface de céramique intérieure était recouverte de cristaux d'alumine pour constituer une surface rugueuse a été soumis à des essais consistant en 50 opérations pour un courant de faute de 2000 ampères. La résistance de l'isolement est restée satisfaisante pour un niveau d'impulsion fondamental de 95 KV. La résistance de l'isolement était aussi satisfaisante que celle d'un cormutateur contenant un blindage métallique et dépassant 100 000 mégohms. le eommutateur a ensuite été soumis à des essais pour une charge résistive de 200 ampères sous 14 500 volts et à une charge capacitive de 100 ampères b 14 500 volts et il a fonctionné de façon satisfaisante.D'autres essais ont été effectués à 230V sous 300 ampères, (ce qui rnrédait de 100 ampères l'étalonnage normal) et aucune détérioration visible n'a été constatée. Au bout de 122 000 opérations, le soufflet a été finalement mis hors d'usage. Sans cette défaillance du soufflet,le computateur aurait continué à fonctionner de façon satisfaisante. De plus, le type de cavité de la figure 2 a été soumis à des essais pour un relais intermédiaire dans lequel normalement, à 2 ampères environ, 10 000 opéra- tions peuvent être exécutées et, à 3 ampères, moins de 100 opérations peuvent être exécutées. En utilisant une surface comprenant des cavités telles que celle de la figure 2, 10 000 opérations ont été exécutées à cinq ampères avec des charges résistives, les essais ayant été arrêtés à ce moment en raison d'une sur- charge résultant de 1' érosion des contacts. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisations, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS. 1. Interrupteur de circuit dans le vide, caractérisé en ce qu'il comporte une ampoule à vide poussé comprenant une enveloppe de forme générale tubulaire en matériau isolant et une paire d'embouts d'extrémité disposés aux extrémités de cette enveloppe, une paire d'électrodes placées à l'intérieur de ladite enveloppe isolante et espacées l'une de l'autre durant une operation d'interruption de circuit de manière à définir entre elles un intervalle d'aznorçage dtarc, et des moyens sur la surface de l'enveloppe pour intercepter les particules métalliques émises par ledit intervalle d'amorçage d'arc. 2. Interrupteur de circuit dans le vide selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface est constituée par une série de cavités. 3. Interrupteur de circuit dans le vide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de l'enveloppe contient des cristaux d'alumine qui ont été almagamés par fusion à la surface de l'enveloppe, dans une couche de matériau d'émaillage. 4. Enveloppe de matériau isolant pour intercepter les particules métalliques, caractérisée en ce qu'elle comprend une surface irrégulière formée sur ledit matériau isolant pour provoquer des discontinuités dans le dépit desdites par ticules. 5. Enveloppe de matériau isolant selon la revendication 4J caractérisée en ce que ladite surface irrégulière comprend des cavités formées sur ledit matériau isolant de manière que lesdites particules métalliques recouvrent seulement certaines portions desdites cavités. 6. Enveloppe de matériau isolant selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite surface irrégulière est constituée par des cristaux d'alumine qui ont été almagamés par fusion à la surface de l'enveloppe avec une couche de matériau d'émaillage, de manière que lesdites particules métalliques ne recouvrent que certaines portions de ladite surface.