Brevet FR2282710A1 — publié le 19760319

La présente invention concerne la réalisation de matériels électriques ayant pour but d'assurer le passage, ou de couper, à volonté, entre 2 bornes A et 3, des courants qui peuvent être très importants . Deux grandes catégories de matériels électriques sont ainsi intéressées:-les contacteurs électriques, encore appelés interrupteurs, le contact électrique est ouvert ou fermé par action mécanique volontaire directe. -les relais électriques: le contact électrique est ouvert ou ferm-é, par action indirecte, un cicuit électrique primaire devant être parcouru par un courant, pour provoquer et maintenir la fermeture du contact d'un circuit électrique secondaire, les tensions et les intensités délivrées par les sources des deux circuits pouvant être très différentes, les deux circuits pouvant avoir ou ne pas avoir de borne commune. Les dispositifs connus, ayant une fonction semblable, peuvent être classés en deux grandes catégories - les contacteurs électriques,dont le contact est obtenu, soit par flexion commandée d'une lame élastique,liée à la borne A, qui vient alors toucher une pièce fixe liée à la borne B ; soit par déplacement commandé d'une pièce intermédiaire, qui vient alors toucher à la fois les bornes A et R ; soit par renversement, ou basculement, commandé, d'un récipient non conducteur de l1élec- tricité, et dont les deux bornes A et B ne baignent toutes deux dans un liquide conducteur de l'électricité,(par exemple le mercure ),que lorsque le récipient occupe une position déterminée. - les relais électriques, dont la partie "contact de travail", de leur circuit secondaire, entre les bornes A et 3, est identique à celle des contacteurs précédemment décrits, leur circuit d'excitation, ou circuit secondaire, étant constitué par un enroulement électro-magnétique, ou même par un aimant permanent mobilepar rapport à la lame magnétique, ou à la pièce magnétique, qutil peut attirer. Certains relais comprennent des contacts de travail mouillés au mercure, les lames métalliques fixes, et mobiles ou souples, étant alors enfermés dans une enceinte étanche, non conductrice de 11 électricité, contenant du mercure, ou tout amalgame liquide bon conducteur de ltélectricité, qui mouille les parties fixes et mobiles du contact. A l'exception des contacteurs et relais a liquide conduc teur de l'électricité, les contacts de ces appareils nécessitent des surfaces placées e vis à vis d'autant plus importantes, et des pressions de contact d'autant plus importantes, que les intensités à couper ou établir sont élevées, ils nécessitent donc des réalisations mécaniques soignées, et une énergie, mécanique pour les commutateurs ou électrique pour les relais, généralement non négligeable. Leurs prix de revient sont donc élevés, ou leur durée de vie très réduite. les contacteurs et relais å liquide conducteur de l'électricité, bien que plus simples à réaliser, sont généralement fiables, doivent être généralement placés dans une position déterminée, et sont toujours fragiles aux chocs et vibrations; et s'ils sont parfois peu encombrants, leur réalisation redevient alors coûteuse, et les intensités de coupure alors peu élevées. Les dispositifs réalisables selon l'invention ne comportent, pour la réalisation de leur partie "contact électrique" aucun élément mécanique flexible ou mobile, des fluides étant seuls mas-en- xeu event. I1 s'en suit une extrême simplicité, et une extrème fiabilité, des dispositifs réalisés selon l'invention. Dans le texte et sur les figures jointes, les mêmes éléments portent toujours le même numéro, ou chiffre repère. De plus, la position du liquide conducteur de l'électricité est toujours représentée contact de travail ouvert ( circuit électrique ouvert entre les bornes A et B ) Selon la figure 1 le dispositif branché entre 2 bornes A et 3 d'un circuit électrique alternatif ou continu,permet l'établisse- ment ou la rupture du passage du courant entre les dites bornes, par action manuelle directe ou mécanique télécommandée le récipient 1, partiellement ou totalement élastiquement déformable, contenant un fluide 2, est assemblé par son extrémité ouverte 3,conductrice de l'électricité, à un autre récipient 4, conducteur de ltélectricité côté extrémité ouverte 6, contenant un fluide 5 , non conducteur de l'*lé-rtricité, les récipients 1 et 4 étant assemblés entre eux, de façon étanche, par llintermé- diaire d'un organe de liaison tubulaire 7, non conducteur de l'électricité. En l'absenne-de toute action directe volontaire sur le récipient 1, le liquide conducteur 8 qui obstrue par capillarité le tube 7 et l'extrémité 3 de 1 n'est pas en contact avec 6. Toute action mécanique volontaire sur 1, réduit le volume tinté rieur de ce récipient, l'augmentation de la pression du fluide 2 amène un depla- cement du liquide conducteur 8, qui vient au contact de 6 tout en restant en contact électrique avec 3. Le contact électrique est alors établi entre les bornes A et B, il cesse dès que l'action mécanique visant à réduire le volume intérieur du récipient 1 cesse, le liquide conducteur 8 reprenant sa place primitive.De façon à rendre le contacteur insensible à la température ambiante,le volume intérieur du récipients est égal à celui du récipient 4,et le fluide compressible qu'ils contiennent est le même (exemple: un gaz réducteur,tel que l'azote ou l'hydrogène ou un mélange de ces deux gaz,si le liquide conducteur 8 est du mercure ou un amalgame liquide de mercure). - La figure 2 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes chiffres repères. Un récipient rigide 9 ,totalement conducteur de ltélectricité,ou partiellement conducteur de l'électricité, à son extrémité I0, comporte à son autre extrémité une meabrane élastique étanche Il. La réduction du volume intérieur du récipient 9 résulte d'une action volontaire sur la membrane Il, la Qdme cause (réduction du volume intérieur du récipient 9 ),produisant alors les mêmes effets que ceux décrits précédemment à propos du fonctionnenent du contacteur réalisé selon la figure 1 : le contact est établi entre les bornes À et B, le relachement de la pression exercée sur la neibrane élastique 11, qui peut être du type "cloquante1, à 2 positions, fait que, là encore, et pour les mêmes raisons que ce qui a été dit à propos du fonctionnement du contacteur réalisé selon la figure 1, le contact électrique entre les bornes A et B est interrompu.De façon à rendre le contacteur insensible à la température ambiante ,le volume intérieur du récipient 9 est égal à celui du récipient 4, et le fluide compressible qu'ils contiennent est le meme (exemple: un gaz réducteur tel que l'azote ou l'hydrogène,ou un mélange de ces deux gaz,si le liquide conducteur 8 est du mercure,ou un amalgame liquide de mercure) . il est à noter que la longueur 1 du récipient rigide 9 peut être très grande, cette partie du récipient étgit alors constituée par un mareetube rigide - La figure 3 représente une autre variante de réalisation du dispositif de la figure 1, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes chiffres repères. Un récipient rigide 12, totalement conducteur de l'électricité, ou partiellement conducteur de l'électricité, son extrémité 13, comporte à son autre extrémité un piston étanche 14. La réduction du volume intérieur du récipient 12 résulte d'une action volontaire sur le piston 14, la même cause (réduction du volume du récipient 12 ),produisant alors les mêmes effets que ceux précédemment décrits à propos du fonctionnement du contacteur réalisé selon la figure 1, le contact électrique est établi entre les bornes A et B. Le retour volontaire du piston, à sa position-~primitive, fait que, là encore et penr les mimes raisons que ce qui a été dit à propos du fonctionnement du contacteur réalisé selon la figure 1, le contact électrique entre les bornes A et B est interrompu.De façon à rendre le contacteur insensible à la température ambiante, le volume intérieur du récipient 12 est égal à celui du récipient 4, et le fluide compressible qu'ils contiennent est le même (exemple: un gaz réducteur,tel que l'azote ou lthydrogène,ou un mélange de ces 2 gaz, si le liquide conducteur 8 est du mercure, ou un amalgame liquide de mercure ) Il est à noter que la longueur 1' du récipient rigide 12 peut être très grande, cette partie du récipient étant alors constituée par un mince tube rigide. - Selon les figures 4, 5et 6 ,les dispositifs comportent des éléments identiques et désignés par les mêmes chiffres repères. Un récipient 15,chauffé électriquement,par une résistance interne, (fig.6),ou externe (fig.5) ou du fait de sa propre résistance électrique,qu'il offre au passage d'un courant établi entre les bornes A et C (fig.4) contient un fluide 2 qui, se dilatant, va repousser le fluide conducteur 8, établissant un contact électrique entre les bornes et B, l'équilibre thermique étant tel que 8 reste toujours en contact avec 15. Une intensité électrique faible entre A et C pouvant. amener l'effet recherché, et une intensité de coupure élevée pouvant être obtenue entre A et X,- le présent dispositif constitue un relais électrique,la borne A étant le commun des deux circuits du relais. Selon la valeur de la résistance électrique amenant la dissipation thermique qui provoque la dilatation du fluide 2 contenu dans 15, selon le volume intérieur de 15, selon le coefficient de dilatation cubique du fluide 2, selon la surface de la section de l'extrémité 16 du récipient 15, et celle de l'organe tubulaire 7, ainsi que la distance séparant, au repos, le liquide conducteur 8 du récipient 4,on obtiendra des relais- électriques dont les temps de réponse à la fermeture, entre A et B, pourront varier de façon très importante: du I/I0~090 de seconde anpinen à-plusmauBs minettes. Les volumes intérieurs de gaz contenus dans 1es récipient 15 er4 sont identiques, de façon à rendre le dispositif insensible à la température ambiante. Selon que, l'équilibre thermique du dispositif étant atteint, le liquide conducteur 8 pénétrera plus ou moins profondement dans 4, et que le refroidissement du fluide 2 sera plus ou moins rapide, selon son coefficient de dilatation, selon la nature interne de 15, et selon la nature et l'épaisseur des parois de 15, on obtiendra des relais électriques dont les temps de réponse à l'ouverture, entre A et B, pourront varier de façon très importante : là encore, du I/I0.000 de seconde environ, à plusieurs minutes. - Selon la figure 7, une réalisation particulière des relais électriques, temporisés ou non, à l'ouverture ou à la fermeture, est obtenu de façon que le circuit électrique secondaire du relais (circuit d'intensité),ntait aucun point commun avec le circuit électrique primaire (excitation électrique du relais) les éléments constitutifs du dispositif, qui sont communs à certains éléments des dispositifs réalisés selon les figures 1 à 6, portent les mêmes chiffres repères. Un récipient I5, contenant un fluide 2,est chauffé lorsque le courant passe entre les bornes C et D, de par sa propre résistanc électrique (comme sur la fig.4) ou parcequ'il comporte une résistance électrique externe (commme sur la figure 5 ) ou parce qu'il comporte une résistance électrique interne (comme sur la figure 6).Au moins l'extrémité ouverte 16 de ce récipient est conductrice de l'électricité, et reliée sans résistance électrique à la borne D du circuit d'excitation du relais. Un organe tubulaire I7, non conducteur de l'électricité, est assemblé de façon étanche, d'une part à l'extrémité 16 du récipient 15, d'autre part à l'extrémité 20 d'un autre organe tubu laire I9, conducteur de l'électricité, et relié sans résistance électrique à la borne A du circuit secondaire du relais.A son autre extrémité 21 ,l'organe tubulaire 19 est assemblé de façon étanche avec l'organe tubulaire non conducteur de l'électricité 7, l'autre extrémité de cet organe tubulaire 7 étant assemblée de façon étanche à l'ouverture 6 d'un récipient 4, l'extrémité 6 au moins de ce récipient étant conductrice de l'électricité, et reliée sans résistance électrique à la deuxième borne,soit B, du circuit secondaire du relais. En l'absence de tout courant électrique dans le circuit primaire du relais, c'est à dire entre les bornes C et D, une goutte ou petite colonne de liquide conducteur I8, composée par du mercure par exemple, obstrue l'organe tubulaire 17, par capillarité, ou par gravité,si cet organe 17 est non rectiligne.Cette petite colonne e liquide conducteur I8 est alors en contact électrique avec l'extrémité conductrice de l'électricité 16 du récipient chauffant fg,mais ne touche tas à l'organe conducteur de l'électricité 19. Une autre goutte ou petite colonne de liquide conducteur 8, composée par du mercure par exemplesobstrue l'organe tubulaire 7, par capillarité,ou par gravité, si cet organe 7 est non rectiligne. Cette autre petite colonne de liquide conducteur 8 est alors en contact électrique avec l'extrémité 21 de l'organe conducteur de l'électricité I9, mais pas avec l'extrémité conductrice de l'électricité 6 du récipient 4.Lorsqu'un courant est établi entre les bornes C et D du circuit d'excitation du relais, le récipient 15 est chauffé, et le fluide 2 qu'il contient,2 étant un gaz de préférence, se dilate, repoussant la colonne 18, l'équilibre thermique du dispositif étant tel que 18 reste toujours en contact avec l'extrémité 16 de 15, sans que 18 ne touche à l'extrémité 20 de 19, l'organe tubulaire 17 étant suffisamment long pour cela.Le déplacement de 18 provoque le déplacement de même sens da 8, le fluide non conducteur de l'électricité 22 devant toujours se trouver à la même pression que les fluides 2 et 5 . A l'équilibre thermique du dispositif 8 vient en contact électrique avec l'extréiité conductrice de ltélectricité 6 de 5, tout en restant en contact électrique avec l'extrémité 21 de I9, 8 étant, à l'origine, suffisamment engagée à l'intérieur de 19. Le liquide conducteur de l'électricité 8 met donc alors en contact entre elles les bornes A et B, bornes du contact électrique secondaire du relais. Lorsqu'on interrompt le courant entre les bornes d'excitation C et D du relais, le fluide 2 n'étant plus chauffé,se contracte: 18 se déplace vers l'intérieur de 15,-entrainant un déplacement de même sens de 8, allant plus vers l'intérieur de 19, le contact de 8 avec l'extrémité 6 de 4 cesse, et le circuit secondaire du relais est ouvert entre les bornes A et B. Pour rendre ce relais insensible aux conditions de température ambiante, le volume et la nature du fluide compressible 2 contenu dans 15, seront identiques à ceux de 5 contenu dans 4. Plusieurs circuits secondaires peuvent être obtenus sur un même relais, constituant autant de contacts indépendants semblables à celui que nous venons de décrire, entre les bornes A et B il suffit d'ajouter entre les éléments 4 et 7 autant d'ensemble constitués par les éléments 19 et 7, que de contacts supylémen- taires souhaités. - La figure 8 montre une réalisation particulière des organes non conducteurs 7 (ou 17),lorsqu'une section importante de ceux ci doit être adoptée, compte tenu de l'intensité électrique à supporter : Si les forces de cappllarité ne sont plus suffisantes pour assurer une bonne étanchéité de 8 ( ou I8), dans 7 (ou I7), un organe fixe intermédiaire 23, constitué par une (ou plusieurs) tige(s) isolée(s) et disposée(s) vers le centre de 7 (ou de I7), peut entre inclu au montage des appareils,contacteurs ou relais décrits précédemment. - La figure 9 montre une autre réalisation particulière des organes non conducteurs 7 (ou I7),lorsque,là encore, une section importante de ceux-ci doit être adoptée, compte tenu de f'inten- sité électrique à supporter, mais aussi compte-tenu du fait que les contacteurs et relais ne seront utilisés que dans une position bien précise, par rapport aux forces de gravité,et sans niveau de vibrations élevé.Le liquide conducteur de l'électricité 8,(ou 18),obture l'organe 7 (ou I7), car celui-ci a une forme courbe,par exemple celle d'un U, de telle sorte que 8 (ou I8) présente deux surfaces 24 ou 25, bien distinctes à tout instant, que le contacteur ou le relais soit en position "contact ouvert ou n contact fersé n, ~ Rien entendu, ces exemples de réalisation ne sont pas limitatifs de l'invention,d'autres combinaisons évidentes des éléments décrits étant possibles. L'invention est applicable aux contacteurs et interrupteurs,d'une part, et aux relais électriques, temporisés à l'ouverture et/ou à la fermeture, ou non temporisés, qui entrent dans la réalisation de toute installation électrique fixe ou abord d'un véhicule, que les courants à sectionner soient importants ou non, et alternatifs ou continus; par exemple, un relais selon la figure 4 ou selon la figure 7 permettra de couper des courants établis jus- qu'à 6 ou 7 ampères; réalisés selon la figure 8, ils permettront de couper des courants établis de 25 à 30 ampères, et seront donc utilisables,par exemple,pour le circuit d'allumage des phares à iode d'un véhicule routier, alimenté en I2 V. continu; réalisés selon la figure 9, des courants établis de I00 Ampères et plus pourront être coupés et établis. Ces relais et contacteurs peuvent remplacer avantageusement, en raison de leur bas prix de revient et de leur excellente fiabilité,la plupart des matériels existants, une nneér tios précise de cee applications dotant donc impossible et inutile. REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant la fermeture ou l'ouverture, volontaires, d'un circuit électrique, composé d'un récipient contenant un fluide, l'augmentation de pression de ce fluide provoquant le déplacement d'au moins une goutte ou colonne d'un liquide conducteur de l'électricité, contenu à la fois partiellement dans le récipient,côté extrémité ouverte qu'il obstrue, et dans un organe tubulaire non conducteur de l'électricité, auquel le récipient est assemblé de façon étanche, l'autre extrémité de cet organe tubulaire étant assemblé de façon étanche à un deuxième récipient dont l'ouverture au moins est conductrice de l'électricité, le liquide conducteur de l'électricité n'étant pas en contact avec ce récipient, pour une pression donnée PI du fluide non conducteur contenu dans le premier récipient : le contact électrique entre l'ouverture de ce premier récipient, et celle du second récipient est alors ouvert ; au contraire, le liquide conducteur de l'les tricité venant en contact avec le second récipient, dans lequel il pénètre partiellement, pour une pression P2 supérieure à P1 du fluide du premier récipient, provoque l'élévation de la pression du fluide compressible non conducteur contenu dans le second récipient, tout en restant en contact avec le premier récipient duquel il a été partiellement chassé, le contact électrique entre chacune des ouvertures des premier et second récipients est donc établi. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le value et la nature du fluide compressible non conducteur de l'électricité, contenu dans le premier récipient, et dans le second, sont identiques. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier récipient, est totalement nlastiquement déformable son volume intérieur étant ainsi variable à volonté. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier récipient est partiellement élastiquement déformable,la membrane élastique déformable pouvant être de type "cloquante à 2 positions d'équilibre ', son volume intérieur étant ainsi variable à volonté entre deux limites. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier récipient comporte un piston étanche, maneuvrable à volonté de l'extérieur, son volume intérier évent ainsi variable à volonté entre deux limites. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'augmentation de pression du fluide compressible contenu dans le premier récipient, résulte du passage d'un courant électri que à travers ce récipient, qu'il échauffe, ou à travers une résis tance électrique extérieure ou intérieure à ce récipient, la chaleur dégagée amenant dans tous les cas un échauffement, donc une élévation de pression du fluide contenu dans le premier récipient. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte, assemblés entre eux de façon étanche, entre le 1er et le 2e récipient, plusieurs éléments constitués par un organe tubulaire non conducteur de l'électricité, assemblé de façon étanche à un organe tubulaire conducteur de l'électricité, chacun de ces éléments contenant un liquide conducteur de l'électricité qui l'obstrue, et res toujours en contact d'un côté avec l'élément conducteur de l'électricité, sans l'être, de l'autre côté, avec un élément semblable en l'absence d'un déplacement volontaire du liquide conducteur de l'électricité. 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé eH ce que le liquide conducteur de l'électricité, adhère par capillarité aux extrémités tubulaires et conductrices de l'électricité des récipients, et/ou aux organes tubulairoeconducteurs et non con ducteurs de l'électricité, précédemment décrits, les forces de capillarité créant une liaison étanche entre le liquide conducteur et ses enveloppes, le liquide conducteur étant ainsi un véritable piston mobile dans un cylindre. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide conducteur de l'électricité adhère par capillarité,non seulement aux extrémités tubulaires et conductrices des récipients et/ou aux organes tubulaires conducteurs et non conducteurs de l'é lectricité, précédemment décrits, mais aussi à un ou plusieurs organes annexes,constitués de petites tiges disposées vers le cen tre des dites extrémités de récipients, et/ou vers le centre du ou des organes tubulaires conducteurs et non conducteurs de l'électricité. IO - Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce quelle liquide conducteur de l'électricité est contenu partiellement dans un ou plusieurs organes tubulaires, de section importante, conducteurs on non conducteurs de l'électricité, mais de forme courbe, de telle sorte que le liquide présente à tout instant deux surfaces bien distinctes.