Brevet FR2408073A1 — publié le 19790601

La présente invention concerne la protection contre les chocs ou les accélérations brutales des appareils thermoélectriques miniatures comme ceux qui peuvent être utilisés pour alimenter des stimulateurs cardiaques. Selon l'une de ses caractéristiques, l'invention concerne une pile thermoélectrique comprenant un bottier entourant un ensemble thermoélectrique de forme allongée, ledit ensemble se composant d'une source de chaleur, d'un puits de chaleur et d'un dispositif thermoélectrique fixé à la source de chaleur et au puits de chaleur et s'étendant entre eux, au moins l'extrémité source de chaleur de l'ensemble définissant un espace annulaire dans le bottier, une masse conductrice de la chaleur disposée à l'extrémité puits de chaleur de l'ensemble et fixée au bottier, -un montage élastique pour le dispositif thermoélectrique afin d'atténuer la contrainte qui lui est imposée en cas de choc ou d'accélération appliqué à la pile, et des doigts élastiques qui normalement ne sont pas en contact avec la source de chaleur ou le dispositif thermoélectrique, mais qui sont placés de façon à retenir la source de chaleur en cas de mouvement oscillant de l'ensemble au-delà d'une distance prédéterminée sous l'effet d'un choc ou d'une accélération comme susmentionné. Une forte accélération peut provoquer un mouvement supplémentaire du corps contre le support élastique des doigts, en provoqua#nt le pliage d'un ou plusieurs des doigts à leur extrémité supportée. De préférence, un élément de butée est placé de fa çon à être touché par l'extrémité libre d'un doigt élastique au cas où celui-ci est cintré à un degré prédéterminé par la force de la source de chaleur agissant sur ledit doigt élastique sous l'effet d'une accélération ou d'un choc brutal, un mouvement supplémentaire de la source de chaleur dans le sens de ladite force étant freiné par l'élasticité du doigt élastique qui plie entre deux points de support. Comme indiqué plus haut, la disposition selon l'invention est particulièrement appropriée pour une pile thermoélectrique dans laquelle le bottier entourant l'ensemble est mis sous vide pour améliorer l'isolation pour éviter une perte de chaleur. Avec une telle disposition, il ne convient pas d'u tiliser un caoutchouc dans le bottier pour protéger l'appareil des effets d'un choc ou d'une force d'accélération. Selon une autre de ses caractéristiques, l'invention concerne un dispositif comprenant un corps et un élément de support par lequel le corps est fixé à un élément de base, dispositif dans lequel est prévu un mécanisme destiné à freiner le déplacement du corps par rapport à l'élé.ent-debase afin de protéger l'élément de support des effets d'une accéle- ration de l'élément de base, mécanisme qui comporte des organes supplémentaires de support qui normalement ne sont pas en contact avec le corps mais qui sont mobiles au contact de ce dernier, un dispositif sensible à l'accélération qui entre en action, lorsque l'accélération de ltélément de base dépasse une valeur prédéterminée, pour faire en sorte que les organes supplémentaires de support viennent en contact avec le corps afin d'assurer un support supplémentaire du corps. De préférence, la disposition est telle que le dispositif supplémentaire de support revient à sa position norMale dans laquelle il est à l'écart du corps, lorsque l'accélération de l'élément de base cesse. Avantageusement, l'élément de base comprend une plateforme sollicitée au contact d'une surface de support par un dispositif élastique, les faces en contact de la plate-for.e et de ladite surface de support étant façonnées pour periettre un mouvement oscillant de la plate-forme à l'encontre de l'action du dispositif élastique, ledit dispositif sensible à l'accélération comprenant un organe réagissant au début d'un rouve- ment oscillant de la plate-forme. Le dispositif supplémentaire de support coiprend de préférence plusieurs doigts élastiques montés de façon à occuper une position normale dans laquelle ils ne sont pas en contact avec le corps, et le dispositif sensible à l'accélération comprend un coulisseau qui est déplacé lorsque la plate-forie oscille, ce mouvement du coulisseau provoquant un mouvement relatif entre des surfaces de cames et de contre-ca.es associées aux doigts élastiques pour les déplacer et les mettre en contact avec le corps.Lorsque l'accélération cesse, le dispositif élastique ramène la plate-forme à sa position normale dans laquelle elle est en contact avec la surface de support et le coulisseau et les doigts élastiques reprennent leur position normale L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif la figure 2 est une-coupe axiale d'une variante du dispositif ;et la figure 3 est une coupe axiale d'un perfectionnement apporté au dispositif de la figure 2. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, un bot- tier cylindrique en acier inoxydable 11 entoure un ensemble comprenant une source de chaleur 12 fixée à une extrémité d'un dispositif thermoélectrique qui, dans cet exemple, comprend un module thermoélectrique 13 sous la forme d'un ensemble rectangulaire de plusieurs éléments thermoélectriques fixés ensemble et connectés électriquement à leurs extrémités de la même façon qu'une pile thermoélectrique . L'autre extrémité du module thermoélectrique 13 est fixée par un adhésif à une plate-forme 14 présentant une bonne conductibilité électrique.Dans cet exemple, la plate-forme 14 est en acier inoxydable et une couche 15 d'une résine époxy est intercalée entre le module thermoélectrique 13 et la plate-forme 14 pour établir une isolation électrique, tout en maintenant une bonne conduction thermique entre le module et la plate-forme. La plate-forme 14 constitue ainsi un puits de chaleur pour le module thermoélectrique 13 et établit un trajet de conduction thermique avec le boîtier 11 par l'intermediaire d'un élément rapporté 17, qui est en contact avec la plate-forme 14. La face de la plate-forme 14 qui est opposée au module 13 a une forme tronconique et la partie centrale plane de cette face-16 bute contre l'élément rapporté 17 qui est soudé dans une extrémité du bottier cylindrique 11. Des conducteurs électriques 18 et 19 établissent une connexion électrique (non représentée)avec le module thermoélectrique 13 et traversent les orifices 21, 22 de la plate-forme 14. Chacun des orifices contient un manchon isolant 23, 24. Un joint électriquement isolant étanche au gaz est formé en 25 et 27 entre chacun des conducteurs électriques 18 et 19, respecti vement et l'élément rapporté 17. La plate-forme 14 est poussée au contact de l'élément rapporté 17 par un ressort 27 agissant par l'intermédiaire d'un manchon cylindrique 28 qui coulisse dans le bot- tier cylindrique 11. Le manchon 28 est en acier mais présente de préférence une composition différente de celle du bottier 11 pour éviter éventuellement un coincement. Le manchon cylindrique 28 présente une paroi extrême 29 qui est en contact avec la plate-forme 14. Le ressort 27 agit entre cette paroi extrême 29 et une surface tampon d'un élément annulaire de liaison 31. Ce dernier est positionné dans le bottier cylindrique 11 par un épaulement 32 et est façonné de façon à établir un espace entre le bottier cylindrique 11 et l'élément de liaison 31, dans lequel l'extrémité du manchon cylindrique 28 peut coulisser à l'encontre de l'action du ressort 27. L'élément de liaison 31 comporte aussi une partie annulai33 faisant saillie vers l'intérieur qui remplit la fonction d'une came, comme on le verra plus en détail ci-après. A l'intérieur de la paroi extrême 29 du manchon 28 est montée une douille annulaire 34 constituée de douze doigts 35 se prolongeant dans l'espace compris entre la source de chaleur 12 et le bottier cylindrique 11. Sur le dessin, pour plus de clarté, les fentes délimitées par les doigts 35 ne sont représentées que partiellement. Il est bien entendu que toutes ces fentes se prolongent vers l'arrière jusqu'à l'endroit où les hachures indiquent l'étendue de la douille annulaire 34. Les doigts 35 se composent de deux parties, une partie principale orientée parallèlement au bottier 11 entre ce dernier et la source de chaleur 12, et une courte partie inclinée reliant la partie principale à la douille annulaire 34. Cette partie inclinée 36 coopère avec la came 33. Un manchon 37 est introduit dans le bottier cylindrique 11 autour de la source de chaleur 12. Ce manchon est placé entre l'épaulement 32 et un bouchon 38 soudé au bottier 11 et il remplit deux fonctions. Premièrement, le manchon est en un matériau qui constitue une substance absorbante favorisant le maintien du vide de l'enceinte à l'intérieur du bottier 11 et deuxièmement, une partie faisant saillie radialement vers l'intérieur du manchon 37 constitue un épaulement en 39 dont la fonction sera décrite plus loin On voit que la configuration des éléments permet un montage facile dans le bottier 11. Le processus consiste à coller la source de chaleur 12 au module thermoélectrique 13 et ce dernier à la plate-forme 14.Les conducteurs (non représentés) du module sont ensuite connectés électriquement aux conducteurs 18 et 19 montés dans l'élément rapporté 17. Ensuite, on introduit dans l'extrémité droite du bottier 11 (en observant le dessin) successivement l'élément de liaison 31, le manchon 28 avec la douille fendue 34 et le ressort 27, puis l'ensemble de la source de chaleur 12, du module 13, de la plateforme 14 et de l'élément rapporté 17. Ce dernier est ensuite soudé au bottier pour former un joint étanche au gaz. Le manchon 37 est introduit par l'extrémité gauche du bottier 11 (en observant le dessin), le bottier étant mis sous vide et le bouchon 38 étant introduit et soudé au bottier 11. Le module thermoélectrique 13 a la forme de celui décrit dans le brevet britannique n0 1 303 834 auquel on peut se référer pour une description plus détaillée. Brièvement, le module 13 se compose de plusieurs éléments semi-conducteurs alternativement de type P et de type N connectés ensemble pour former une série de thermocouples par des ponts conducteurs de l'électricité. La source de chaleur comprend un combustible tel que le radio-isotope du plutonium 238 contenu dans une capsule résistant aux hautes températures. Le dispositif constitue une source miniature de l'électricité et est destiné en particulier à alimenter un stimulateur cardiaque. Si la pile est soumise radialement à des chocs ou de fortes accélérations, comme ceux que pourrait subir une personne, qui prisent le dispositif implanté, en tombant ou en butant contre un mur.par exemple, le mécanisme agit de façon à atténuer la contrainte imposée au module thermoélectrique 13 ou à sa liaison avec la source de chaleur 12 et la plate-forme 14.Le mode de fonctionnement du mécanisme est le suivant : lorsqu'unie accélération radiale dépasse un niveau prédéterminé, la plate-forme 14 oscille sur la surface de support de l'élément rapporté 17 et, en ce faisant, entrain le manchon 28 vers la gauche (en observant le dessin) à l'encÙn- tre de l'action du ressort 27. Ce mouvement provoque un déplacement relatif entre la came 33 et les surfaces inclinées 36 des douze doigts 35. Ces derniers sont ainsi poussés vers l'intérieur au contact de la périphérie de la source de chaleur 12. De cette manière, un support supplémentaire est conféré à la source de chaleur 12 pendant le choc ou l'accélération, en atténuant la contrainte imposée au module 13.Lorsque le choc ou l'accélération cesse, l'action du ressort 27 et l'élasticité des doigts 35 ont pour effet de ramener les éléments à la position représentée sur le dessin. Il est évident qu'il importe d'éviter un contact permanent entre les doigts et la source de chaleur 12 à cause du trajet de conduction qui serait établi et qui aboutirait à une perte de chaleur. Si le dispositif devait subir une très forte accélération radiale, il pourrait alors se produire un déplacement radial prolongé de la source 12 avec un mouvement oscillant correspondant de la plate-forme 14, les doigts élastiques 35 seraient pliés d'un côté sur le pivot que constitue la came 33. Si l'accélération était suffisamment forte, ces doigts pliés viendraient finalement en contact à leurs extrémités éloignées de la came 33 avec l'épaulement 39 du manchon 37. Dans ce cas, un mouvement radial supplémentaire vers llexté- rieur de la source de chaleur 12 serait empêché par l'élasticité des doigts 35 se pliant entre deux points de support, à savoir la came 33 et l'épaulement 39. Le mécanisme établit ainsi un amortissement de la source 12 à l'encontre des effets d'accélérations ou chocs radiaux d'une façon telle que l'élasticité de l'amortissement augmente à mesure que l'importance du choc ou de l'accélération croit. L'amortissement à l'encontre des chocs longitudinaux est assuré par un ressort 27. La figure 2 représente schématiquement un dispositif modifié. Les éléments du dispositif de la figure 2 qui correspondent à ceux du dispositif de la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence auxquels on a ajouté la lettre "b". Dans le dispositif de la figure 2, la plate-forme 14b remplit la même fonction que la plate-forme 14 de la figure 1, toutefois la plate-forme 14b de la figure 2 a la forme d'un simple disque biseauté comportant une queue centrale, à la place de la surface tronconique 16 de la figure 1. Dans la variante de la figure 2, l'ensemble de la douille 34, des doigts 35 et de la# came 33 est remplacé par une simple cage constituée de douze fils à ressort dont deux sont représentés en 111 sur la figure 2. Ces fils à ressort III retiennent la source de chaleur 12b si celle-ci se déplace à leur contact par suite de l'oscillation de la plate-forme 14b à lteflcontre de l'action du ressort 27b. La faculté de résister à une forte accélération n'est pas aussi grande dans le dispositif de la figure 2 que dans celui de la figure 1, mais néanmoins le dispositif de la figure 2 est satisfaisant pour de nombreuses applications et satisfait en particulier aux spécifications courantes exigées par les stimulateurs cardiaques pour résister à une forte accélération.L'autre modification représentée sur la figure 2 réside dans la disposition d'une substance absorbante du type getter 112 sous une forme pulvérulente plus efficace. Le getter #ll2 est retenu entre un disque poreux 113 et le bouchon extrême 38b. Il n'est alors pas nécessaire que le manchon 37b soit en un matériau absorbant, mais la présence d'un manchon dans cette position reste souhaitable pour assurer le second stade de résistance à un mouvement latéral de la source de chaleur 12b en cas de très forte accélération. Ainsi, si les fils à ressort 111 sont pliés au-contact du manchon 37b, l'élasticité des fils à ressort 111 qui fléchissent entre deux points de support s'oppose à un mouvement radial supplémentaire vers l'extérieur de la source de chaleur 12b. La figure 3 représente un perfectionnement au dispositif de la figure 2. Les éléments du dispositif de la figure 3 qui correspondent à ceux du dispositif de la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence auxquels on a ajouté la lettre c Dans la disposition de la figure 3, l'amortissement de la source de chaleur 12c et du module thermoélectrique 13c à l'encontre d'accélérations ou chocs latéraux est assuré par une cage constituée de doigts élastiques 211. La cage se compose de seize doigts élastiques 211 constitués par des rubans de molybdène soudés à une douille annulaire 212 façonnée de façon que la plus grande partie de la douille 212 s'ajuste à l'intérieur du manchon 28c.Un épaulement constitué par une partie plus épaisse de la douille 212 à une extrémité s'applique contre l'extrémité correspondante du manchon 28c et sert à transmettre la force du ressort 27c par l'intermédiaire du manchon 28c à la plate-forme 14c. A son extrémité éloignée de la douille 212, le ressort 27c réagit contre un épaulement 39c d'un manchon 37c qui, bien qu'il soit de forme légèrement différente, remplit la même fonction que le manchon 37 et 1'épau- lement 39 du dispositif de la figure 1. Quatre doigts courts 213 constitués par un ruban de molybdène sont également soudés à la douille 212. Les extrémités des doigts élastiques 211 et des doigts courts 213 sont rabattues vers l'intérieur suffisamment pour retenir la source de chaleur 12c dans la cage des doigts élastiques au cas où la source de chaleur 12c se détacherait de son élément de mc fage. Ceci a pour but d'accrottre la résistance du dispositif au ,J81~ > - nomène appelé "essai d'incinération. Il est évident que dans les conditions normales dans lesquelles le dispositif est utilisé comme source d'énergie d'un stimulateur cardiaque, le dispositif serait enlevé et renvoyé au fabricant après la mort du patient dans le corps duquel le stimulateur cardiaque a été implanté. Cependant, en cas d'erreur humaine, il faut que le dispositif soit construit de façon que l'intégrité du conteneur de la source de chaleur soit conservée même si le dispositif est exposé à la chaleur d'un four d'incinération.Dans ces conditions, la source de chaleur 12c est susceptible de se détacher et est alors supportée à distance de l'acier inoxydable du bottier llc par la cage constituée par les ressorts élastiques 211 et 213. Une réaction chimique gênante à haute température entre le conteneur de la source de chaleur et l'acier inoxydable du bottier île est ainsi évitée. La façon dont le dispositif de la figure 3 assure un amortissement des chocs et accélérations est sensiblement identique à celle du dispositif de la figure 2. Les doigts élastiques 211 arrêtent la source de chaleur 12c si elle se déplace à leur contact par suite de l'oscillation de la plateforme 14c à l'encontre de l'action du ressort 27c. Si l'accé lération latérale est forte, les doigts élastiques 211 sont pliés au contact de l'épaulement 39c et l'élasticité des doigts élastiques 211 qui plient entre deux points de support s'oppose à un mouvement supplémentaire de l'extérieur de la source de chaleur. Il va de soi que le dispositif décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les chocs et les accélérations brutales d'un appareil thermoélectrique miniature, caractérisé en ce qu'il comporte un corps et un élément de support par lequel le corps est fixé à un élément de base, un montage élastique pour la base afin d'atténuer la contrainte imposée à l'élément de support en cas de chocs ou d'accélérations appliqués à l'élément de base, et des doigts élastiques qui normalement ne sont pas en contact avec le corps mais qui sont positionnés de manière à arrêter le corps en cas de déplacement de l'élément de base sur sa monture élastique au-delà d'une distance prédéterminée. 2. Dispositif de protection contre les chocs et les accélérations brutaux, caractérisé en ce qu'il comporte un corps et un élément de support par lequel le corps est fixé à un élément de base, et un mécanisme destiné à limiter le déplacement du corps par rapport à l'élément de base pour protéger l'élément de support des effets de l'accélération de l'é- lément de base, mécanisme qui comporte un dispositif supplémentaire de support normalement à l'écart du corps mais mobile pour venir à son contact, un dispositif sensible à l'accélération qui entre en action lorsque l'accélération de ltélément de base dépasse une valeur prédéterminée, pour faire en sorte que le dispositif supplémentaire de support se déplace au contact du corps et lui confère un support supplémentaire. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la disposition est telle que le dispositif supplémentaire de support est ramené à sa position normale dans laquelle il est à l'écart du corps, lorsque l'accélération de l'élément de base cesse. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément de base comprend une plate-forme sollicitée au contact d'une surface de support par un dispositif élastique, les faces en contact de la plate-forme et de la surface de support étant façonnées de façon à permettre un mouvement oscillant de la plate-forme à l'encontre de 11 action du dispositif élastique, ledit élastique sensible à l'accélération comprenant un dispositif qui réagit au début du mouvement oscillant de la plate-forme. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendiçations 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif supplémentaire de support comprend plusieurs doigts élastiques montés de façon à occuper normalement une position dans-laquelle ils sont à l'écart du corps, et le dispositif sensible à l'accé lération comprend un coulisseau qui est déplacé lorsque la plate-forme oscille, ce mouvement du coulisseau provoquant un déplacement relatif entre des surfaces de cames et de contrecames associées aux doigts élastiques pour déplacer ceux-ci au contact du corps. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une butée est destinée à entrer en contact avec les extrémités des doigts éloignées de leurs extrémités supportées au cas où ils sont pliés dans une mesure prédéterminée par de grandes forces d'accélération. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps comprend une source de chaleur et en ce que l'élément de support comprend un dispositif thermoélectrique. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un bottier entourant un ensemble constitué par la source de chaleur fixée à une extrémité du dispositif thermoélectrique, l'autre extrémité étant montée en contact de conduction de la chaleur avec le bottier, et un espace entoure au moins l'extrémité source de-chaleur de l'ensemble entre celui-ci et le boitier. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le bottier entourant l'ensemble est mis sous vide pour améliorer l'isolation à l'encontre d'une perte de chaleur.