Brevet FR2230060A1 — publié le 19741213

La présente invention concerne un interrupteur électrique comprenant deux éléments de contact, qui peuvent être amenés en contact l'un avec l'autre et qui peuvent être séparés l'un de l'autre au moyen d'un mécanisme approprié, et deux parois parallèles de matière isolante destinées au refroidissement de l'arc électrique engendré dans l'intervalle entre les éléments de contact lors de leur séparation. Un interrupteur similaire est décrit dans l'ar- ticle: "Löschung von Lichtbogen in engen Spalten zzischen Isolier- stoffwänden" (Extinction des arcs électriques dans des intervalles étroits compris entre des parois on matière isolante) E.T.Z.A. 82, H Il (1961), pages 336-342. Dans l'interrupteur électrique connu, l'arc qui se forme entre les éléments de contact lors do leur séparation est refoulé dans un intervalle étroit compris entre deux parois isolantes au moyen de conducteurs rectilignes (que l'on peut aussi appeler pistes) par effet de soufflage magnétique et prr convection. Pour cela, l'intervalle X des dimensions telles que l'arc est on contact thermique direct avec les parois isolantes. De cette façon, l'arc est refroidi et la tension de l'arc augmentée, ceci étant nécessaire pour la coupure-du courant de l'arc. Dans cet interrupteur connu, l'arc se trouve finalement entre les extrémités des conducteurs rectilignes précités et ceci persiste jusqu' ce que l'arc soit définitivement éteint. L'arc présente-des points d'enracinement fixes aux extrémités des conducteurs rectilignes, ce qui entratne une érosion accrue de ces conducteurs rectilignea, une vitesse d'arc réduite et un phénomène d'amorçage quand l'arc quitte l'intervalle séparant les parois isolantes. La présente invention a pour objet d'4liminer ces inconvénients en faisant en sorte que l'arc ne présente pas de points d'enracinement fixes pendant l'opération complote d'ouverture du circuit. A cette fin, l'interrupteur selon la présente invention est caractérisé par le fait que l'intervalle entre les éléments de contact séparés est cylindrique et limité de part et d'autre par lesdites parois isolantes tandis que dans cet intervalle est créé un champ magnétique dont une composante est dirigée perpendiculairement aux parois isolantes. Dans l'interrupteur selon la présente invention, le champ magnétique, perpendiculaire aux parois isolantes, refoule l'arc B travers l'intervalle à une grande vitesse, à la suite de quoi l'arc déplace continuellement ses points d'enracinement et vient régulièrement en contact avec de nouvelles parties de la paroi isolante. I1 en résulte que le refroidissement de l'arc agit d'une façon très énergique tandis que le matériau constituant l'élément de contact subit une érosion qui est moindre que celle subie avec un arc fixe. Par ailleurs, l'interrupteur selon la présente invention, présente l'avantage que la chambre de soufflage d'arc peut être fermée complètement, grâce è quoi aucun phénomène d'amorçage n'a lieu et aucun gaz conducteur ne s'échappe de sorte qu'en ce qui concerne les court-circuits avec le bóti, la distance entre les parties mises à la masse peut Autre faible et que, dans le cas interrupteur multiphasé, en ce qui concerne le risque de courtcircuits entre phases, la distance entre phases peut être faible. L'arc ne présentant aucun point d'enracinement fixe, il n1 existe au plus, entre les électrodes et les parois, qu'un faible amorçage d'arc de sorte que l'interrupteur présente une longue durée de vie utile. De plus, comme l'arc se forme directement dans l'inter- valle étroit, la tension de l'arc peut, en principe, entre atteinte beaucoup plus rapidement que dans les autres interrupteurs de sorte que l'interrupteur convient mieux pour un effet de limitation de courant. Du fait que l'inertie des parties mécaniques est extrême- ment faible, on peut obtenir des vitesses de coupure élevées, ce qui est des plus souhaitables, sinon essentiel, pour une commutation de limitation de courant. kn principe, l'interrupteur selon la présente invention, peut Stre réalisé dans des dimensions relativement réduites. L'interrupteur selon la présente invention est de préférence réalisé de manière telle que les éléments de contact ont respectivement la forme d'un anneau plat et d'un disque plat, l'élément de contact en forme de disque étant placé b l'intérieur de l'élément de contact en forme d'anneau, cependant que les deux parois parallèles de matière isolante sont placées de part et d'autre des deux éléments de contact au voisinage immédiat de ces derniers, tandis qu'un champ magnétique, dirigé principal e- ment dans le sens axial, ast créé dans l'espace entre les deux éléments de contact. Les éléments de contact ont, de préférence, respecti vement la forme d'un disque circulaire et d'un anneau circulaire. Des ouvertures d'échappement peuvent entre prévues entre les élément de contact et au moins une des parois isolantes. De cette façon, le pression du gaz qui est engendré en avent de l'arc tournant rapidement dans l'interozlle se se trouve réduite. On obtient le champ magnétique principalement axial par exemple au moyen du courant passant à travers l'interrupteur. Toutefois, il est aussi possible de créer ce champ au moyen d'aimants permanent. Selon un mode de réalisation préféré, le contact intérieur en forme de disque comporte une ouverture centrale dans laquelle est ajusté un tOton formant prise bt monté excentriquement sur un arbre d'entraînement. Le courant parvint à l'élément de contact en forme de disque par l'intermédiaire du têton formant prise et du palier de l'arbre t'entraînement. Toutefois, il est aussi possible de déplacer l'élément de contact en forme de disque le long dfun trajet linéaire dans son propre plan. De plus, le mouvement de l'élément de contact en forme de disque peut entre une rotation autour de son propre axe. L'riment permanent servant à créer le champ magnétique peut aussi agir comme support de l'élément de contact extérieur en forme d'anneau ou comme l'élément de contact extérieur en forme d'anneau lui-même. L'intervalle entre les deux éléments de contact peut entre rempli d'air ou d2Un autre gaz bien que l'on puisse aussi maintenir le vide dans cet intervalle. De préférence, on applique une mince couche d'oxyde sur la surface des éléments de contact. Il est également possible de réaliser les éléments de contact en divers matériaux. L'élément de contact en forme d'anneau peut comprendre plusieurs segments. Si l'interrupteur est réalisé de telle sorte que le champ magnétique régnant dans l'intervalle entre les Vlé- ments de contact présente un gradient dans la direction radiale, l'arc est attiré contre l'une des parois isolantes d'où il résulte une amélioration du refroidissement de l'arc. Enfin, il est possible d'appliquer des cloisons circulaires ou autres reliefs aux parois isolantes, grtce b quoi on obtient une subdivision de l'arc et une augmentation de la surface active des parois. On va maintenant décrire la présente invention en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure la est une représentation schématique d'un élément de contact en forme de disque et d'un élément de contact en forme d'anneau en position fermée; la figure lb est une vue similaire dans laquelle les éléments de contact sont maintenant en position séparée; la figure lo est une coupe faite selon lc-lc de la figure lb; la figure 2 est une coupe selon la figure lc et dans laquelle une ouverture d'échappement est maintenant ménagée entre les éléments de contact et l'une des parois isolantes; la figure 3 est une coupe identique à la figure lo et à la figure 2 et dans cette figure on a indiqué que le champ magnétique présente un gradient dans la direction radiale;; la figure 4a est une vue de dessus d'un élément de contact en forme d'anneau et d'un élément de contact en forme de disque, respectivement, ce dernier élément de contact étant entrainé par un téton excentré formant prise; la figure 4b est une coupe faite suivant 4b-4b de la figure 4a; la figure Sa est une vue d'un élément de contact en forme d'anneau et d'un élément de contact en forme de disque, 11 élément de contact en forme de disque étant déplacé rectilignement; la figure 5b est une coupe faite selon 5b-3b de la figure 5a; la figure 6 montre les aimants permanents au moyen desquels le champ magnétique est créé dans l'intervalle. Sur la figure la, on a représente un élément de contact 1 en forme de disque et un élément de contact 2 en forme d'anneau. Ces éléments de contact 1 et 2 se trouvent en position de fermeture et sont en contact l'un avec l'autre en x. Sur la figure lb, l'élément de contact 1 en forme de disque a été séparé de l'élément de contact 2 en forme d'anneau et les éléments de contact 1 et 2 se trouvent dans la position séparée. De plus, on voit sur la figure lo les deux parois isolantes 3 et 4 limitant de part et d'autre, les éléments de contact I et 2. Au moment même où les éléments de contact 1 et 2 se séparent, un arc 6 prend naissance dans l'intervalle 5 entre ces éléments, arc qui prend un mouvement de rotation rapide dans l'intervalle 5 par suite du champ magnétique H représenté par des flèches sur la figure ld. De cette façon, les extrémités ou points d'enracinement de l'are 6 se déplacent rapidement respectivement le long de la circonférence intérieure de l'élément de contact 2 en forme d1an- neau et le long de la circonférence extérieure de l'élément de contact 1 en forme de disque, et l'arc 6 se trouve refroidi fortement par son déplacement å grande vitesse le long des parois isolantes 3 et 4. Sur la figure 2, on a représenté encore les deux éléments de contact 1 et 2 ainsi que les deux parois isolantes 3 et 4, la paroi 4 de droite étant maintenant placée å quelque distance des éléments de contact 1 et 2. De cette façon, il existe une ouverture d'échappement 7 grâce à laquelle on peut équilibrer la pression du gaz existant directement en avant de l'arc 6 en cours de rotation. Sur la figure 3, on peut voir que le champ magnétique H présente un gradient dans la direction radiale, grace k quoi l'arc 6 est tiré violemment vers une des parois isolantes 3, de sorte que cet ar 6 vient en contact thermique puissant ave la paroi respective 3. Le refroidissement de l'arc se trouve de ce fait amélioré, spécialement dans le cas de grondes distances entre les parois. Les parois isolantes 3 et 4 peuvent Entre pourvues, sur le cSté de l'intervalle 5, de cloisons ou rainures circulaires coaxiales grâce auxquelles l'arc 6 peut entre subdivisé et le refroidissement de l'arc augmenté. Sur les figures 4a et 4b, on a représenté un entratnement mécanique approprié pour le contact en forme de disque. Le contact 1 en forme de disque, qui est ici encore placé å I'intérieur du contact 2 en forme d'anneau, est monté sur un toton 8 formant prise et situé excentriquement à l'extrémité d'un arbre d'entratnement 9. Sur les figures 4a et 4b, les deux éléments de contact 1 et 2 sont fermés. Si on sépare les éléments de contact 1 et 2, l'arbre 9 est soumis à une torsion sur l'angle I-O, à la suite de quoi le contact 1 en forme de disque prend la position 1' représentée en traits interrompus.Dans la position fermée (voir figure 4b) le courant parvient, depuis la connexion 10, au palier 11 de lrarbre d'entraSnement 9, puis à l'arbre d'entratnement 9, au toton formant prise 8 présent sur cet arbre d'entratnement, au contact intérieur 1 en forme de disque et au contact extérieur 2 en forme d'anneau et à la seconde connexion 126 Les parois isolantes sont ioi encore réféaeneees 3 et 4. Sur les figures Sa et 5b, on a montré que le contact intérieur 1 en forme de disque peut aussi titre entratné de façon rectilic gne. Ici, le contact intérieur 1 en forme de disque a la forme dtune bobine tandis que l'on utilise deux contacts extérieurs 2, 2' en forme d'anneau. Les parois isolantes sont également doubles et référencées 3, 4 et 3', 4'. On fait passer le çontact intérieur 1 en forme de disque de la position fermée représentée sur les figures 5a et 5b à la position ouverte en le déplaçant de façon rectiligne vers la droite au moyen de la tige 13 (voir I-O). La position ouverte du contact intérieur 1 en forme de disque est référencée 1'. La figure 6 montre un interrupteur dans lequel le champ magnétique H est engendré par des aimants permanents. Le contact intérieur 1 en forme de disque se trouve ici encore à ltintérieur du contact extérieur 2 en forme d'anneau qui est supporté par l'aimant permanent 14. Celui-ci est pourvu de pôles 15 et 16 qui sont entourés partiellement par les parois isolantes 3 et 4, le champ magnétique H dans l'intervalle 5 étant indiqué par des flèches. I1 est clair qu'il n'est pas nécessaire que l'interrupteur suivant la présente invention, comporte un contact plat en forme de disque et un contact plat en forme d'anneau mais qu'il peut aussi, par exemple, Titre constitué par deux contacts tubulaires portant, suivant un angle obtus, l'un contre l'autre cependant que la jonction entre les deux contacts est recouverte, à l'extérieur et à l'intérieur, par deux bottiers isolants. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention tel.qu1ilest défini dans les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS 1. Interrupteur électrique comportant deux éléments de contact qui peuvent être amenés en contact l'un avec autre et séparés l'un de l'autre par un mécanisme d'interrupteur et deux parois parallèles de matière isolante destinées au refroidissement de l'arc électrique qui est engendré dans l'intervalle entre les éléments de contact lors de leur séparation, l'interrupteur élec- trique susvisé étant caractérisé par le fait que l'intervalle entre les éléments de contact séparés est cylindrique et limité de part et d'autre par les parois isolantes précitées tandis que dans cet intervalle est créé un champ magnétique dont une composante est dirigée perpendiculairement aux parois isolantes. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de contact ont la forme d'un anneau plat (2) et d'un disque plat (1) respectivement et que l'élément de contact (1) en forme de disque est placé à l'intérieur de l'élément de contact (2) en forme d'anneau tandis que les deux parois paral- lèles de matière isolante (3,4) sont placées de part et d'autre des deux éléments de contact et au voisinage immédiat de ces éléments qui se trouvent entre elles, cependant qu'un champ magnétique (E) dirigé principalement axialement est créé dans l'espace (5) entre les deux éléments de contact (1,2). 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les éléments de contact ont respectivement la forme d'un disque circulaire et d'un anneau circulaire. 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que des ouvertures d'échappement existent entre les éléments de contact et au moins une des parois isolantes. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le champ magnétique est créé par le courant traversant l'interrupteur. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le champ magnétique est engendré par un aimant permanent. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mouvement de l'élément de contact intérieur en forme de disque est communiqué à ce dernier par un toton excentré formant prisse. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le courant parvient à l'élément de contact en forme de disque par l'intermédiaire du toton formant prise et du palier de l'arbre d'entratnement. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mouvement de l'élément de contact en forme de disque a lieu le long d'une trajectoire rectiligne et dans son propre plan. 10. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le mouvement de l'élément de contact en forme de disque a lieu par rotation de ce dernier autour de son propre axe. 11. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'aimant permanent agit également comme support de l'élément de contact extérieur en forme dtanneau ou bien comme élément de contact en forme d'anneau lui-m8me. 12. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'arc se forme dans l'air, dans le vide ou dans un autre gaz. 13. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une mince couche d'oxyde est appliquée à la surface des éléments de contact. 14. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les éléments de contact sont réalisés à partir de divers matériaux. 15. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément de contact en forme d'anneau est constitué par plusieurs segments. 16. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le champ magnétique créé dans l'intervalle entre les éléments de contact présente un gradient dans la direction radiale. 17. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les parois isolantes sont pourvues de cloisons circulaires ou autres reliefs grâce à quoi on obtient une subdivision de l'arc et une augmentation de la surface active des parois.