Brevet FR2337934A1 — publié le 19770805

La présente invention concerne un dispositif de limitation de courant à auto-rétablissement. Les dispositifs de limitation de courant du type à auto-rétablissement comprennent une certaine quantité de matériau. de limitation de courant du type à autorétablissement, sous forme d'un solide électriquement conducteur à la température ambiante, et réagissant à un écoulement d'excès de courant qui le traverse, pour s > évapo- rer et limiter l'excès de courant. Une fois que le courant a été limité, le matériau évaporé revient rapidement à son bon état électriquement conducteur d'origine. Dans des dispositifs de limitation de courant du type indiqué, l'opération de limitation de courant est déterminée par la surface en section transversale de la partie la plus étroite du passage du courant, où le matériau de limitation de courant s' évapore d ' abord La performance de la limitation de courant peut etre améliorée en rendant la surface en section transversale de la partie du passage du courant où le matériau de limitation de courant s'évapore d'abord, aussi faible que possible. Cependant, cette mesure produit une diminution de la grandeur du courant s'écoulant normal en ment dans le passage.Par conséquent, des dispositifs de limitation de courant du type indiqué doivent comprendre un passage de courant ayant une surface en section transversale aussi faible que possible, tandis que le courant s'écoulant normalement dans le passage est d'une importance élevée. C'est un objet de la présente invention de créer un dispositif de limitation de courant du type à autorétablissement, ayant une performance excellente de limitation de courant, et avec une importance accrue du courant le traversant normalement, en comparaison de l'Art antérieur. La présente invention permet d'atteindre cet objectif en prévoyant un dispositif de limitation de courant du type à auto-rétablissement et comprenant, en combinaison, une première électrode, une seconde électrode faisant face à la première, une plaque électriquement isolante et un isolement électrique traversé d'un trou, disposés face à face, entre les première et seconde électrodes, pour former un espace entre la plaque isolante et l'isolement, une certaine quantité d'un matériau de limitation de courant à auto-rétablissement remplissant l'espace pour former un passage de courant entre les première et seconde électrodes, et un espace annulaire étroit étant disposé dans une partie du passage de courant, le matériau de limitation de courant du type à auto-rétablissement réagissant à un excès de courant le traversant, en s'évaporant d'abord dans cette partie de l'espace annulaire radialement vers l'extérieur. De préférence, l'espace annulaire étroit a une surface en section transversale pour la conduction du courant, qui diminue de son pourtour radialement interne vers son pourtour radialement externe. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa rairont mieux au cours de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective de la moitié d'un dispositif de limitation de courant du type à autorétablissement construit selon les principes de la présente invention et coupé le long de son plan central longitudinal , - la figure 2 est une vue en perspective de la moitié du passage de courant illustré sur la figure 1 - la figure 3 est une vue semblable à la figure 1, mais illustrant une modification de la présente invention - la figure 4 est une vue en perspective d'une moitié du disque électriquement isolant illustré sur la figure 3 t - la figure 5 est une vue en perspective de la moitié du passage de courant illustré sur la figure 3 : - la figure 6 est une vue semblable à la figure 1, mais illustrant une autre modification de la présente invention , - les figures 7 et 8 sont des vues semblables aux figures 4 et 5 respectivement, mais illustrant l'agencement de la figure 6 - la figure 9 est une vue semblable à la figure 1, mais illustrant une autre modification de la présente invention ; et - la figure 10 est une vue en perspective de la moitié du passage de courant illustré sur la figure 9. En se reportant maintenant aux dessins et en particulier à la figure 1, elle illustre un dispositif de limitation de courant du type à auto-rétablissement, construit selon les principes de la présente invention. L'agencement illustré comprend un bottier métallique 10 ayant la forme d'un cylindre creux, et une paire de première et seconde électrodes métalliques cylindriques 12 et 14, respectivement, disposées en relation espacée et face à face dans le bottier 10, et qui s' étendent des deux extrémités de ce dernier respectivement. La première électrode 12 a un diamètre plus grand que la seconde électrode 14, et elle est munie sur sa surface extrême interne faisant face à la seconde électrode 14, d'une protubérance centrale d'un diamètre plus grand qu'une protubérance correspondante disposée sur la secnnde électrode 14. La première électrode 12 s'adapte rigidement à l'intérieur cylindrique du bottier 10, tandis que la seconde électrode 14 est disposée coaxialement dans le bottier 10, et est fixée à une position axiale prédéterminée dans ce dernier, par le moyen d'un isolement électrique creux 16 en tout matériau céramique approprié, d'une configuration complémentaire à l'espace échelonné annulaire formé entre la seconde électrode 14 et le bottier 10, et disposé dans cet espace. L'isolement électrique 16 a une surface extrême, dans ce cas, la surface extrême supérieure en regardant la figure 1, qui affleure sensiblement avec la surface extrême adjacente du bottier 10, et de l'autre surface ou surface extrême inférieure fait saillie la protubérance 14' sur une longueur prédéterminée de l'ordre de 0,1 à 0,5 mm. Dans le bottier 10, les protubérances 12' et 14' maintiennent entre elles en sandwich, un disque électriquement isolant 18 sensiblement coextensif avec la surface extrême de la protubérance 12'. Le disque isolant 18 peut être dans le même matériau que l'isolement cylindrique 16, pour former un espace annulaire 20 autour de l'extrémité de la seconde électrode 14, avec l'isolement 16. La dimension axiale ou la largeur de l'espace annulaire 20 est déterminée par la longueur de la partie de la protubérance exposée 14', et dans ce cas, est de 0,1 à 0,5 mm.Ainsi, la dimension axiale de l'espace annulaire 20 est beaucoup plus étroite que la dimension radiale et il communique, par son pourtour radialement externe, avec un espace annulaire 22, s'étendant axialement, défini par 1isolement 16, le boitier 10, le disque isolant 18 et la première électrode 12.L'espace radial 20 relié à l'espace axial 22, comme on peut mieux le voir sur la figure 2, forme un espace toroidal généralement désigné par le repère 24 et ayant une section transversale en forme de L inversé comprenant une jambe dirigée radialement vers l'intérieur, beaucoup plus mince que la jambe axiale du "L". L'espace torotdal peut être appelé ci-après un passage de courant qui, à son tour, est rempli d'une quantité de matériau de limitation de courant du type à auto-rétablissement 26, comme du sodium (Na), du potassium (K) ou un alliage sodium-potassium (NaK). Si un excès de courant se produit dans un circuit associé (non représenté), alors il s'écoule, par exemple, de la seconde électrode 14 à la première électrode 12 à travers le passage 24 formé du matériau de limitation de courant 26. Cela provoque la production d'une chaleur de Joule dans le matériau 26 lui-même, jusqu'à ce qu'il s'évapore pour limiter l'excès de courant. On notera que l'espace annulaire étroit 20 est configuré pour s'étendre radialement entre l'isolement 16 et le disque isolant 18, de façon que s'évapore d'abord la partie du matériau 26 qui est placée dans l'espace radial étroit 20. Cette mesure est très avantageuse par le fait qu'une surface de dissipation de chaleur pour cette partie du matériau 26 remplissant 1' espace radial étroit 20 ou les surfaces de l'isolement et du disque isolant 16 et 18 se faisant face respectivement, en contact avec cette partie du matériau 26, est très importante en comparaison des dispositifs classiques de limitation de courant a rétablissement automatique, où l'isolement cylindrique creux est disposé coaxialement avec le bottier de section transversale circulaire, et est rempli du même matériau de limitation de courant.Par conséquent, la présente invention présente une bonne dissipation de chaleur, et permet d'augmenter la grandeur du courant pouvant normalement s' écouler, pour la faible surface en section transversale de la partie du matériau de limitation de courant qui s'évapore d'abord en réponse à un excès de courant. De même, les dispositifs classiques de limitation de courant du type à auto-rétablissement comprennent généralement un cylindre creux formé en céramique ayant une forte résistance à la pression, et rempli d'une certaine quantité de matériau de limitation de courant du type à autorétablissement. Dans de tels dispositifs, l'évaporation du matériau de limitation de courant impose une contrainte de tension sur le cylindre en céramique. Par conséquent, ce dernier devait être formé avec soin selon une structure résistant à la pression. Cependant, selon la présente invention, la partie du matériau de limitation de courant qui s'évapore d'abord, est confinée par ltespace mince annulaire 20 configuré en disque, formé entre les surfaces annulaires de l'isolement 16 et du disque isolant 18. Par cette mesure, l'évaporation du matériau de limitation de courant permet seule à une force de compression d'être appliquée à la fois à l'isolement 16 et au disque 18. Ainsi, le matériau 26 peut être introduit dans un espace entouré par le bottier 10 formé en une matière métallique très tenace. Cela est avantageux du point de vue de la structure résistant à la pression. Sur la figure 3 où des repères identiques désignent des composants identiques ou correspondant à ceux de la figure 1, est illustrée une modification de la présente invention. L'agencement illustré est différent de celui illustré sur la figure 1 uniquement par la configuration du disque électriquement isolant. Sur la figure 3, le disque électriquement isolant 18, est muni, sur sa surface 18' qui fait face à la seconde électrode 14, d'un creux en forme de disque, ayant une partie de surface plane centrale (voir figure 4) sur laquelle repose la surface extrême de la protubérance 14' de la seconde électrode 14. Par conséquent, l'espace radial 20 s'effile vers l'extrémité radialement externe, et forme un passage de courant 24 comme cela est illustré sur la figure 5.Comme on peut le voir sur cette figure, l'espace annulaire étroit 20 s'étend radialement de façon que son pourtour radialement externe 28 ait une surface en section transversale plus faible pour la conduction de courant, que son pourtour radialement interne 30 en contact avec la partie exposée de la protubérance 14' de la seconde électrode 14. Dans une autre modification de la présente invention illustrée sur la figure 6, où des repères identiques désignent des composants identiques ou correspondant à ceux de la figure 1, le disque électriquement isolant 18 est muni, sur sa surface qui fait face à la seconde électrode 14, d'un certain nombre, et dans le présent cas, de quatre arêtes planes 32, ayant la forme de secteurs, placées sur des intervalles angulaires sensiblement égaux, leur sommet étant adapté pour venir en aboutement contre le pourtour de la partie exposée de la seconde électrode 14. A l'état assemblé, les crêtes ou arêtes planes 32 du disque isolant 18 sont en contact avec la surface extrême de la seconde électrode 14 pour former un certain nombre, et dans l'exemple illustré quatre fentes radiales 34 formées d'espaces entre les crêtes adjacentes 32 comme on peut mieux le voir sur la figure 8. Comme cela est illustré sur cette figure, l'espace radial 20 ainsi formé entre l'isolement 16 et le disque isolant 18 se compose de quatre fentes radiales 34, coniques radialement vers l'extérieur. Le pourtour radialement externe 28 de chaque fente 34 a une surface en section transversale plus petite pour la conduction de courant que son pourtour radialement interne. Dans une autre modification de la présente invention illustrée sur la figure 9, où des repères identiques désignent des composants identiques ou correspondant à ceux de la figure 1, la première électrode 12 est munie sur la partie centrale de la surface extrême interne faisant face à la seconde électrode 14, d'un creux cylindrique échelonné. Dans la partie inférieure 12" du creux s'adapte très précisément le disque isolant 18, qui fait quelque peu saillie à la partie supérieure du creux. Alors, le creux est fermé avec une protubérance sur l'isolement électrique 16, fixé rigidement dans le bottier 10, pour venir en aboutement contre la première électrode 12, tout en formant l'espace radial étroit 20 entre la protubérance sur l'isolement 16 et le disque isolant 18 et 1'espace annulaire s'étendant axialement 22 défini par la protubérance de l'isolement 16, la première électrode 12 et le disque isolant 18. L'isolement électrique 16 est traversé d'un trou central, ouvrant dans la partie centrale de l'espace radial 20. La seconde électrode 14 est disposée sur l'isolement électrique 16 et est fixée en place dans le bottier 10, par un isolement électrique annulaire 16' disposé entre eux. L'isolement 16' peut être dans le mbme matériau que l'isolement 16. La seconde électrode 14 est traversée d'un trou central diun diamètre identique et communiquant avec celui de l'isolement 16. Le trou central de la seconde électrode 14 comprend un dispositif de détente de pression ayant une barrière 36 de détente de pression, et hermétiquement fermé par un bouchon d'étanchéité 38. La partie restante 22' du trou de l'électrode 14 et les espaces 20 et 22 sont remplis d'une certaine quantité d'un matériau de limitation de courant du type à auto-rétablissement, pour former le passage du courant 24 tel que celui illustré sur la figure 10. Comme on peut le voir sur cette figure, l'espace radial 20 est plus étroit que la partie restante du passage de courant. Comme dans les agencements décrits ci-dessus, le matériau de limitation de courant à auto-rétablissement s'évapore d'abord dans l'espace étroit 20 en réponse à un écoulement d'excès de courant, pour limiter le courant. La barrière 36 réagit à une augmentation de pression dans les espaces 22', 20 et 22, due à l'évaporation du matériau de limitation de courant, et se déplace vers l'extrémité fermée du trou 14' de l'électrode, empêchant ainsi une augmentation excessive de pression dans l'espace. Une fois, que le matériau de limitation de courant a été ramené à son état d'origine, la barrière 36 occupe également sa position d'origine illustrée sur la figure 9. Dans les agencements illustrés sur les figures 3 et 6, le passage 24 comprend la partie radiale 20 dont le pourtour radialement externe 28 a une surface en section transversale plus petite pour la conduction de courant que le pourtour radialement interne 30 comme on l'a décrit cidessus, tandis que le passage de courant 24 illustré sur chacune des figures 1 et 9 comprend une partie radiale 20 dont le pourtour radialement externe 28 a une surface en section transversale sensiblement égale pour la conduction de courant, au pourtour radialement interne 30.Par conséquent, les agencements illustrés sur les figures 3 et sont plus avantageux par rapport aux agencements des figures 1 et 9, parce que la partie du matériau de limitation de courant qui s'évapore, devient plus uniforme en distribution de température, ce qui améliore encore la caractéristique d'évaporation du matériau de limitation de courant, tout en augmentant de plus l'importance du courant normalement traversant. Ainsi, on peut voir que la présente invention procure un dispositif de limitation de courant du type à auto-rétablissement, comprenant deux électrodes espacées et se faisant face, un isolement électrique disposé en relation d'aboutement avec l'une des électrodes, une plaque électriquement isolante faisant face à l'isolement électrique, un espace formé entre l'isolement et le disque isolant, et une certaine quantité de matériau de limitation de courant à auto-rétablissement remplissant l'espace pour former entre les deux électrodes, un passage de limitation de courant ayant une surface de dissipation de chaleur importante, ainsi le matériau de limitation de courant s'évapore d'abord dans la partie étroite dirigée radialement de l'espace, en réponse à un excès de courant traversant le passage.Par conséquent, le présent dispositif est avantageux parce que sa capacité de limitation de courant est améliorée, et que l'importance du courant qui le traverse normalement peut étire augmentée. Par ailleurs, en donnant, au pourtour radialement externe de l'espace annulaire étroit, une surface en section transversale plus petite pour la conduction de courant, que son pourtour radialement interne, le passage de courant a une distribution de température uniforme, ce qui améliore encore la caractéristique d'évaporation du matériau de limitation de courant, tandis que l'importance du courant 8 'écoulant normalement à travers le dispositif est de plus augmentée. Tandis que la présente invention a été illustrée et décrite par rapport à quelques modes de réalisation préférés, on comprendra que de nombreux changements et modi fications peuvent entre effectués sans se départir du cadre et de l'esprit de la présente invention. Par exemple, le passage de courant peut avoir toute configuration souhaitée différente de celle décrite. De même, pour diminuer la surface en section transversale pour la conduction de courant sur le pourtour radialement externe de l'espace étroit dirigé radialement, ce dernier peut avoir toute configuration autre que celles illustrées. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, 8i celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de limitation de courant du type à auto-rétablissement, caractérisé en ce qu'il comprend une première électrode, une seconde électrode qui lui fait face, une plaque électriquement isolante et un isolement électrique traversé d'un trou, disposés en relation opposée entre lesdites première et seconde électrodes pour former un espace entre ledit disque isolant et ledit isolement, une certaine quantité de matériau de limitation de courant du type à auto-rétablissement remplissant ledit espace, pour former un passage de courant entre lesdites première et seconde électrodes, et une partie d'espace annulaire étroit disposée dans une partie dudit passage, ledit matériau de limitation de courant du type à auto-rétablissement réagissant à un excès de courant pour s'évaporer d'abord dans la partie dudit espace annulaire étroit radialement vers l'extérieur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' espace radial étroit précité a une surface en section transversale pour la conduction de courant, qui diminue à partir de son pourtour radialement interne jusqu'à son pourtour radialement externe. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace radial étroit précité comprend un certain nombre de fentes effilées disposées sur des intervalles angulaires sensiblement égaux. 4. Dispositif de limitation de courant du type à auto-rétablissement, caractérisé en ce qu'il comprend un bottier métallique cylindrique creux, une premiere électrode cylindrique fixée rigidement dans ledit bottier cylindrique, une seconde électrode disposée coaxialement dans ledit boitier cylindrique, pour faire face à ladite première électrode, un isolement électrique cylindrique creux disposé entre ledit bottier cylindrique et ladite seconde électrode cylindrique, pour la maintenir en une position axiale prédéterminée dans ledit bottier, la partie extrême de ladite seconde électrode qui fait face à ladite première électrode faisant saillie au-delà de 1' extrémité adjacente dudit isolement électrique d'une faible longueur prédéterminée, un disque électriquement isolant pris en sandwich entre lesdites première et seconde électrodes pour former un espace annulaire entre ledit isolement électrique et ladite première électrode dans ledit bottier, ledit espace annulaire comprenant un espace radial étroit formé entre ledit disque isolant et la partie lui faisant face dudit isolement électrique, autour de la partie extrême en saillie de ladite seconde électrode, et une quantité de matériau de limitation de courant à auto-rétablissement remplissant ledit espace annulaire pour former un passage de courant entre lesdites première et seconde électrodes, ledit matériau de limitation de courant à auto-rétablissement réagissant à un excès de courant pour s'évaporer d'abord dans ledit espace radial étroit. 5. Dispositif de limitation de courant du type à auto-rétablissement, caractérisé en ce qu'il comprend un bottier cylindrique creux, une première électrode cylindrique fixée rigidement dans ledit boitier cylindrique, et comportant un creux central disposé dans sa partie externe placée dans ledit bottier, une seconde électrode cylindrique disposée en relation électriquement isolante dans ledit bottier cylindrique, en face de ladite première électrode, un disque électriquement isolant disposé dans ledit creux central sur ladite première électrode, un isolement électrique pris en sandwich entre lesdites première et seconde électrodes, et comprenant une protubérance faisant face audit disque isolant pour former entre eux un espace radial étroit, ladite seconde électrode et ledit isolement électrique étant munis d > un trou central les traversant, de façon à avoir une extrémité ouvrant dans ledit espace radial étroit et l'autre extrémité hermétiquement fermée, un moyen de détente de pression étant disposé dans la partie dudit trou central disposée dans ladite seconde électrode, et une certaine quantité de matériau de limitation de courant à auto-rétablissement remplissant à la fois-ledit espace radial étroit et la partie dudit trou central placée entre ledit moyen de détente de pression et la première extrémité dudit trou central, pour former un passage de courant entre lesdites première et seconde électrodes, ledit espace radial étroit étant dimensionné de façon que ledit matériau de limitation de courant du type à auto-rétablissement s'évapore d'abord dans ledit espace radial étroit en réponse à un excès de courant