Brevet FR2453486A1 — publié le 19801031

La présenteinvention concerne d'une manière générale les commutateurs propres au contrôle de l'alimentation électrique dtune quelconque charge-à partir d'une source de courant continu, et elle vise plus particulièrement ceux mis en oeuvre pour la commande des feux de stop d'un véhicule, et notamment d'un véhicule lourd du type camion ou-car par exemple. A ce jour, la commande des feux de stop d'un véhicule se fait usuellement à l'aide d'un interrupteur mécanique, c'est-à- dire d'un interrupteur ayant un organe de contact mécanique mobile, interposé sur le circuit d'alimentation reliant ces feux de stop à la source courant continu correspondante, en pratique une batterie d'accumulateurs. De tels interrupteurs mécaniques, qui sont en général du type à déclenchement brusque, ont donné et donnent encore satisfaction lorsque la puissance globale des feux de stop à commander est relativement modérée, comme c'est le cas pour les véhicules légers. Mais il s'avère que, sur les véhicules lourds, la puissance globale des feux de stop à commander est de plus en plus élevée. I1 est maintenant proposé de la porter à 300 watts. Les batteries d'accumulateurs équipant les véhicules lourds ayant par ailleurs maintenant usuellement une tension nominale de 24 volts, correspondant, en pratique, à une valeur de service de 29 volts lors de la mise sous tension des organes desservis, et notamment des feux de stop, le courant d'appel à une telle mise sous tension pourra correspondre, pour la puissance globale de 300 watts envisagée, à environ 80 ampères, pour un courant de maintien nominal de 10 ampères. Aucun interrupteur mécanique n'est actuellement en mesure de résister longtemps à de tels courants d'appel, même lorsqu'il s'agit d'interrupteurs mécaniques du type à déclenchement brusque, l'arc prenant naissance à l'ouverture de ces interrupteurs mécaniques provoquant rapidement une détérioration des contacts de ceux-ci de nature à les mettre définitivement hors service. Pour surmonter cette difficulté, on peut songer, suivant une disposition usuelle par ailleurs dans d'autres domaines, à interposer un relais de puissance entre d'une part l'interrupteur mécanique mis en oeuvre, et d'autre part les feux de stop qu'il doit commander. Mais il s'agit là d'une solution chère pour les puissances envisagées. On peut également songer à mettre en oeuvre un interrupteur statique contrôlé de puissance, du type thyristor par exemple, qui ne comporte aucun organe mécanique, et qui donc n'est pas susceptible de détérioration. Mais, de tels interrupteurs statiques contrôlés dégagent en service beaucoup de chaleur, qu'il s'agit de dissiper. Pour la puissance de 300 watts envisagée, la température d'un tel interrupteur statique contrôlé pourrait atteindra par exemple 500"C si aucune disposition de refroidissement n'était prise pour s'y opposer. Or, de telles dispositions, du type radiateur ou soufflante par exemple, outre qu'elles pourraient ne pas être totalement efficaces, seraient inévitablement relativement encombrantes, ce qui rendrait malaisée l'implantation de l'ensemble dans les volumes relativement limités impartis à cet effet sur les véhicules à équiper. La présente invention a d'une manière générale pour objet un commutateur propre à pallier ces difficultés et à permettre, sans échauffement notable, la commande d'une puissance relativement importante. De manière plus précise,-elle a pour objet un commutateur propre au contrôle de l'alimentation électrique d'une quelconque charge, en particulier feux de stop d'un véhicule, du genre comportant un interrupteur statique contrôlé, du type thyristor par exemple, interposé sur le circuit d'alimentation reliant -ladite charge aux bornes d'une source de courant continu, ce commutateur étant caractérisé d'une manière générale en ce que, audit interrupteur statique contrôlé il est associé un inverseur mécanique dont l'organe de contact est mobile entre une première position, ou position de repos, pour laquelle il maintient bloqué l'interrupteur statique contrôlé, et une deuxième position, ou position de travail, pour laquelle, après avoir débloqué l'interrupteur -statique contrôlé en abandonnant sa position de repos , il met hors service ledit interrupteur statique contrôlé en fermant di-rectement un circuit d'alimentation de la charge établi en dérivation vis-à-vis de l'interrupteur statique contrôlé. Ainsi, l'interrupteur statique contrôlé mis en oeuvre n'intervient qu'au cours du temps mis par l'inverseur mécanique qui le double pour passer de sa position de repos à sa position de travail, et ce temps peut être suffisamment réduit, de l'ordre d'une ou quelques millisecondes par exemple, pour que l'échauffement correspondant soit quasi inexistant Corollairement, l'inverseur mécanique se trouve épargné par les pointes de courant à la fermeture et à l'ouverture, cette fermeture et cette ouverture étant assumées isolément par l'interrupteur statique contrôlé. Ainsi se trouvent avantageusement associés suivant l'-invention les avantages de deux moyens de commutation connus, tout en évitant les inconvénients de ceux-ci. Outre la longévité qui en résulte, le commutateur suivant l'invention présente l'avantage d'une excellente fiabilité, d'un prix de revient modéré, et d'un faible encombrement. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques- annexés sur lesquels la figure 1 est un bloc diagramme d'un commutateur suivant l'invention; la figure 2 est une vue en perspective des organes essentiels de l'inverseur mécanique qu'il comporte; la figure 3 est une vue en coupe axiale de cet inverseur mécanique, suivant la ligne III-III de la figure 2; les figures 4A, 4B reprennent pour partie la figure 1 et illustrent le passage de sa position de repos à sa position de travail de l'inverseur mécanique que comporte le commutateur suivant l'invention; les figures 5A, 5B sont des vues analogues aux figures 4A, 4B pour le passage de cet inverseur mécanique de sa position de travail à sa position de repos; ; la figure 6 est un bloc diagramme analogue à celui de la figure 1, pour une variante de réalisation. Tel qu'illustré à la figure 1, le commutateur 10 suivant l'invention est destiné à la commande de l'alimentation électrique d'une quelconque charge 11, les feux de stop d'un véhicule par exemple, à partir d'une source de courant continu non représentée, en pratique une batterie d'accumulateurs, dont seule la borne positive 12 est schématisée sur cette figure 1, la borne négative d'une telle source étant supposée être la masse, les circuits correspondants se refermant en effet par la masse. Ce commutateur 10 comporte un interrupteur statique contrôlé 13, en pratique un thyristor du type à blocage et déblocage par électrode de commande, interposé par anode et cathode aux bornes de la source de courant continu concernée, c'est-à-dire entre la borne positive 12 de cette source et la masse, l'électrode de commande 14 de ce thyristor étant par ailleurs reliée à ladite borne positive 12 par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant 15. Suivant l'invention, a un tel interrupteur statique contrôlé 13 il est associé un inverseur mécanique 16 dont l'organe de contact 17 est mobile entre une première position, ou position de repos, pour laquelle il maintient bloqué l'interrupteur statique con tôlé, et une deuxième position, ou position de travail, pour laquelle, après avoir débloqué l'interrupteur statique contrôlé 13, en abandonnant sa position de repos, il met hors service cet interrupteur statique contrôlé 13, en fermant directement un circuit d'alimentation de la charge établi en dérivation vis-à-vis de 1' interrupteur statique contrôlé 13. Autrement dit, pour sa position de repos, figure 1, l'organe de contact mobile 17 relie l'un à l'autre deux plots de contact de repos P1, P2 interposés sur une liaison 19 établie entre l'électrode de commande 14 et la borne négative de la source de courant continu concernée, la masse dans l'exemple de réalisation srepresente. Conjointement, pour sa position de travail, figure 4B, l'organe de contact mobile 17 relie l'un à l'autre deux plots de contact de travail P3, P4 interposés sur une liaison de dérivation 19 établie, de la borne positive 12 de la source de courant continu concernée à la charge 11, entre celle-ci et l'interrupteur statique contrôlé 13, en dérivation vis-à-vis de cet interrupteur statique contrôlé 13. Pour sa commande, l'organe de contact mobile 17 de l'inverseur mécanique 16 est soumis, dans l'exemple de réalisation repré senté, à un poussoir 22, monté mobile axialement ; un tel poussoir 22 est schématisé en traits interrompus à la figure 1, et il se présente sous la forme d'un barreau sur les figures 2 et 3. Ce poussoir 22 est lui-même soumis en déplacement axial, d' une part, dans uv premier sens, à un organe de commande, tel que, par exemple, la m*brage mobile d'un préssostat branché sur le circuit de commande da freins du véhicule concerné, schématisé par une flèche 23 sur les figures 2 et 3, et d'autre part, dans le sens opposé, à un ressort de rappel 24 prenant appui sur un élément fixe 25. Organe de commande 23 et ressort de rappel 24 sont conjointement schématispar un même bloc sur la figure 1. De préférence, et tel que représenté, l'organe de contact mobile 17 de l'inverseur mécanique 16 est en outre soumis à des moyens de différentiation aptes à moduler, dans le temps, d'un des plots de contact P1, P2 ou P3, P4 avec lesquels il coopère à l'autre, son décollage. Dans l'exemple de réalisation représenté, cet organe de contact mobile 17 est constitué par une simple plaquette, et lesmays de différentiation qui lui sont associés résultent de ce que, d'une part le poussoir 22 traverse cette plaquette, à la faveur d'une ouverture 26 ménagée dans celle-ci à cet effet, et de ce que d'autre part, deux ressorts de déclenchement brusque 27A, 27B sont prévus, lesdits ressorts de déclenchement brusque 27A, 27B s'étendant de part et d'autre du poussoir 22, en prenant chacun respectivement appui en deux points de celui-ci décalés le long de l'axe de ce poussoir. C'est ainsi que, dans l'exemple de réalisation représenté, le ressort 27A s'etend entre d'une part un bord 28A de l'ouverture 26 de l'organe de contact mobile 17, en étant engagé sur un téton 29A en saillie sur ce bord 28A, et d'autre part le fond d'un logement 30A ménagé à cet effet sur le poussoir 22, et que, conjointe ment, de manière semblable, le ressort 27B s'étend entre d'une part un bord 28B de l'ouverture 26 de l'organe de contact mobile 17 opposé au bord 28A de celle-ci, en étant engagé sur un téton 29B en saillie sur ce bord 28B, et d'autre part le fond d'un logement 30B ménage cet effet sur le poussoir 22. Suivant la disposition de l'invention mentionnée ci-dessus, les médianes MA, MB aux fonds des logements 30A, 30B du poussoir 22, qui matérialisent les points d'appui sur celui-ci des ressorts 27A, -27B, sont décalées axialement l'une par rapport à l'autre, d'une valeur D, tel que repéré par des traits interrompus à la figure 3. Pour la position de repos illustree par la figure 3, le poussoir 22 est, sous le contrôle conjoint de l'organe de commande 23 auquel il est soumis et de son ressort de rappel 24, dans une position d'équilibre pour laquelle, tel qu'illustre, les ressorts de déclenchement brusque 27A, 27B, qui forment globalement entre eux un dièdre, appliquent contre les plots de repos P1, P2 la plaquette constituant l'organe de contact mobile 17, munie elle même à cet effet, en regard de ces plots, et des plots de travail P3, P4 associés, de grains de contact appropriés. Lorsque, sous la sollicitation de l'organe de commande 23, le poussoir 22 se déplace axialement dans le sens de la flèche F de la figure 3, à l'encontre du ressort de rappel 24, le ressort de déclenchement brusque 27B, qui est celui intervenant du côté du plot de repos P2, est le premier à franchir une position de point neutre pour laquelle la médiane MB au fond du logement 30B correspondant du poussoir 22 est dans le plan de la plaquette constituant l'organe de contact mobile 17. Le déplacement axial de ce poussoir 22 se poursuivant, dans le sens de la flèche F de la figure 3, le ressort de déclenchement brusque 27B provoque alors un décollage de la plaquette constituant l'organe de contact mobile 17 vis-à-vis du plot de repos P2, et donc une course de cet organe de contact mobile en direction du plot de travail P4 opposé, jusqu'à contact avec celui-ci, figure 4A. Ainsi, l'organe de contact mobile 17 occupe momentanément une position intermédiaire pour laquelle il est décollé du plot de repos P2, celui relié à la masse, tout en restant au contact du plot de repos P1, celui relié à l'électrode de commande 14. Mais, cette position intermédiaire est en pratique fugitive. En effet, de préférence, et pour les raisons exposées ciaprès, le décalage D entre les points d'appui des ressorts de declenchement brusque 27A, 27B sur le poussoir 22 est fait suffisamment faible de l'ordre de 0,2 à 0,4 mm par exemple, pour que le franchissement de sa position de point neutre par le ressort de déclenchement brusque 27B entraîne par lui-mSmele franchissement d'une position de point neutre analogue pour l'autre ressort de déclenchement brusque 27A, avant achèvement de la course de l'organe de contact mobile 17 due au ressort de déclenchement brusque 27B le premier à intervenir. Ainsi, l'organe de contact mobile 17 n'atteint en pratique le plot de travail P4 qu'après avoir décollé du plot de repos P1. Mais, bien que cet organe de contact mobile 17 décolle d'abord du plot de repos P2, avant de décoller du plot de repos P1, il va en pratique quasi instantanément occuper sa position de travail, représentée à la figure 4B, pour laquelle il est en appui sur les deux plots de travail P3, P4, le déplacement de sa position de repos à sa position de travail ne prenant en pratique qu'un temps limité, de l'ordre d'une ou quelques millisecondes par exemple. Autrement dit, l'organe de contact mobile 17 atteint quasi simultanément les plots de travail P3, P4, bien qu'il prenne d'abord contact avec le plot de travail P4, qui est celui relié à la borne positive 12. Lors d'un mouvement rétrograde du poussoir 22, sous la sollicitation du ressort de rappel 24, c'est le ressort de déclenchement brusque 27A, qui est le premier à franchir sa position de point neutre, en sorte que, tel qu'illustre par la figure 5A, l'or- gane de contact mobile 17 décolle alors d'abord du plot de travail P3, avant de décoller du plot du travail P4. Mais, comme précédemment, cet organe de contact mobile 17 regagne en pratique simultanément les plots de repos- Pl,P2, figure- 5B, en prenant cependant d'abord contact avec le plot de repos Pl. Ceci étant exposé, le fonctionnement du commutateur suivant l'invention est le suivant. Pour la position de repos de l'inverseur mécanique 16, figures 1 et 3, l'interrupteur statique contrôlé 13 se trouve maintenu polarisé en position bloquée, son électrode de commande 14 étant reliée à la masse ; tout amorçage intempestif est ainsi évité Dès que, sous la sollicitation de l'organe de commande 24, le contact mobile 17 de l'inverseur mécanique 16 décolle du plot de repos P2, suivant le processus décrit en détail ci-dessus, cette liaison del'electrode de commande 14 à la masse se trouve interrompue. L'interrupteur statique contrôlé 13 devient alors immédiatement passant, en raison de la liaison permanente de son électrode de commande 14 à la borne positive 12 de la source de courant continu concernée à travers la résistance 15, et la charge 11 se trouve donc immédiatement alimentée à travers cet interrupteur statique contrôlé 13. Lorsque l'organe de contact mobile 17 de l'inverseur meca- nique 16 atteint sa position de travail, il y a d'une part une mise hors service de l'interrupteur statique contrôlé 13, une même polarité étant appliquée simultanément à l'anode et à la cathode de celui-ci et, d'autre part, et simultanément, la fermeture directe du circuit d'alimentation de la charge 11 que constitue pour celle-ci la liaison 20 sur laquelle se trouvent interposés les plots de travail P3, P4 correspondant à cette position de travail, cette fermeture devenant potentielle dès que l'organe de contact mobile 17 atteint le plot de travail P4. Ainsi, l'intervention de l'interrupteur statique contrôlé 13 est limitée au temps que l'organe de contact mobile 17 de lXin- verseur mécanique 16 met à aller de sa position de repos à sa position de travail, et, dès que celle-ci est atteinte, cet inverseur mécanique 16 se substitue à cet interrupteur statique contrôlé dans l'alimentation de la charge 11, tout en ayant été préserve du courant d'appel correspondant, que seul a eu à passer l'interrupteur statique contrôlé 13. De même, au retour, dès que l'organe de contact mobile 17 décolle du plot de travail P3, suivant le processus décrit en détail ci-dessus, l'alimentation directe de la charge 11 se trouve interrompue, et, simultanément, sa cathode ne se trouvant plus reliée a la borne positive 12, l'interrupteur statique contrôlé 13 entre à nouveau en service. Mais, dès que l'organe de contact mobile 17 est revenu en position de repos, figure 5B, cet interrupteur statique contrôlé 13 se trouve à nouveau polarisé en position bloquée. Ainsi, comme précédemment, la conduction de l'interrupteur statique contrôlé 13 se trouve limitée au temps que met l'organe de contact mobile 17 de l'inverseur mécanique 16 pour passer de sa position de travail à sa position de repos. Ainsi qu'on l'aura compris,les moyens de diffdrentiation associés suivant l'invention à cet organe de contact mobile permettent d'éviter une liaison intempestive fût-ce fugitive, du plot de repos P2 avec le plot de travail P3, par cet organe de contact mobile, une telle liaison correspondant à une mise en court-circuit de l'interrupteur statique contrôlé 13 de nature à provoquer la destruction de celui-ci. De même, à l'ouverture, une mise en court-circuit de la source de courant continu concernée se trouve évitée, du fait que l'organe de contact mobile 17 décolle d'abord du plot de travail P3, et qu' ainsi est empêchée une liaison de ce plot de travail P3 avec le plot de repos P2 par cet organe de contact mobile 17. Dans la forme de réalisation illustrée par la figure 6, une diode d'orientation 35 est interposée entre l'électrode de commande 14 et le plot de repos P1, pour pallier les conséquences d'une éventuelle liaison de ce plot de repos P1 avec le plot de travail P4, due par exemple à un rebondissement de l'organe de contact mobile 17 sur de tels plots. Cette diode d'orientation 35 évite une alimentation directe de l'électrode de commande 14 à partir- de la borne positive 12 lors d'une telle liaison. Bien entendu la présente invention ne se limite d'ailleurs pas aux formes de réalisation décrites et représentées mais englobe toute variante d'exécution. En particulier,l'interrupteur statique contrôlé 13 n'est pas nécessairement un thyristor, il pourrait en effet s'agir tout aussi bien d'un autre type de semi-conducteur équivalent. En outre, lorsqu'il s'agit d'un thyristor, il ne s'agit pas nécessairement d'un thyristor à blocage et déblocage par électrode de commande, bien que ce cas, qui est celui décrit, soit préféré, car il permet avantageusement la mise en oeuvre, pour la desserte de ce thyristor, de circuits de commande d'une grande simplicite. REVENDICATIONS 1) Commutateur propre au contrôle de l'alimentation électrique d'une quelconque charge, en particulier feux de stop d'un véhicule, du genre comportant un interrupteur statique contrôlé, du type thyristor par exemple, interposé sur le circuit d'alimentation reliant ladite charge aux bornes d'une source de courant continu, caractérisé en ce que audit interrupteur statique contrôlé il est associé un inverseur mécanique dont l'organe de contact est mobile entre une première position, ou position de repos, pour laquelle il maintient bloqué l'interrupteur statique contrôlé, et une deuxième position ou position de travail, pour laquelle, après avoir débloqué l'interrupteur statique contrôlé en abandonnant sa position de repos, il met hors service ledit interrupteur statique contrôlé en fermant directement un circuit d'alimentation de la charge établi en dérivation vis-à-vis de l'interrupteur statique contrôlé. 2) Commutateur suivantlarevendication 1, dans lequel l'interrupteur statique contrôlé est du type à blocage et déblocage par électrode de commande, caractérisé en ce que l'électrode de commande dudit interrupteur statique contrôlé est reliée à la borne positive de la source de courant, de préférence par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant, les plots de repos de l'inverseur mécanique sont interposés sur une liaison établie entre ladite électrode de commande et la borne négative de ladite source de courant, et les plots dvtravail.dudit inverseur mécanique sont interposés sur une liaison de dérivation établie, de la borne positive de la source de courant à la charge, en dérivation vis-à- vis de l'interrupteur statique contrôlé. 3) Commutateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de contact de l'inverseur mécanique est soumis à des moyens de différentiation aptes à en moduler dans le temps, d'un des plots de contact avec lesquels il coopère à l'autre, son décollage. 4) Commutateur suivant la revendication2, -dans lequel l'organe de contact de l'inverseur mécanique est soumis, pour sa commande, à un poussoir mobile axialement, un ressort de déclenchement brusque étant établi entre d'une part ledit poussoir et d'autre part ledit organe de contact, caractérisé en ce que lesdits moyens de différentiation résultent de ce que le poussoir traverse l'organe de contact, à la faveur d'une ouverture prévue dans celui-ci et en ce que deux ressorts de déclenchement brusque sont prévus, lesdits ressorts de déclenchement brusque s'étendant de part et d'autre du poussoir et prenant chacun respectivement appui en deux points de celui-ci décalés le long de son axe. 5) Commutateur suivant la revendication4, caractérisé en ce que le décalage des points d'appui des ressorts de déclenchement brusque sur le poussoir est suffisamment faible pour que le franchis- semant d'une position de point neutre pour l'un d'eux sous la sollicitation du poussoir entraîne ensuite le franchissement d'une position de point neutre pour l'autre avant achèvement de la course del'organe de contact due au premier desdits ressorts de déclenchement brusque. 6) Commutateur suivant 1 'une quelconque des revendications 4, 5, caractérisé en ce que le plot de repos dont l'organe mobile de l'inverseur mécanique décolle le premier est celui relié à la borne négative de la source de courant continu.