Brevet FR2463497A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne, de façon générale, un nouvel agencement perfectionné des éléments de contact pouvant particulièrement convenir à des contacteurs électro- magnétiques, sans que cela constitue une application exclusive. Les contacteurs servent classiquement d'interrup- teurs destinés à ouvrir et à fermer des circuits dans lesquels passent des courants relativement intenses de la ligne d'ali- mentation à la charge utilisatrice. Les contacteurs comprennent traditionnellement deux plaquettes fixes et espacées aux extré- mités desquelles sont fixés des éléments ou plots de contact en métal précieux. Un élément de liaison en pont, ayant la forme d'une plaquette en métal de base électriquement conducteur, s'étend entre ces éléments fixes de contact et comporte des éléments ou plots de contact en métal précieux qui sont ali- gnés avec les éléments fixes de contact. Des organes électro- magnétiques ou analogues sont destinés à déplacer l'élément de liaison entre une première position, ou position d'ouverture, dans laquelle les plots de contact de l'élément de liaison en pont sont espacés des plots de contact fixes, et une seconde position, ou position de fermeture, dans laquelle les plots de contact de l'élément de liaison viennent au contact des plots fixes pour permettre le passage du courant. Puisque les interrupteurs de ce type supportent fréquemment des charges élevées, il est essentiel que les plots de contact présentent, avec les plaquettes auxquelles ils sont fixés, une interface suffisante pour que la densité de courant à cette interface n'augmente pas au point d'entraîner une détérioration de la liaison entre la plaquette et le plot de contact. En outre, les plots de contact doivent présenter une épaisseur suffisan- te pour compenser une érosion et une usure des zones de contact au cours d'une utilisation continue. Puisque les plots de contact sont réalisés en une matière répondant aux exigences nécessaires pour un tel contact, comme de l'argent ou un al- liage d'argent, et puisque le prix de revient de l'argent montre une tendance constante à augmenter, il s'est avéré sou- haitable que les plots ou éléments de contact soient moins massifs et que leur réalisation exige donc moins d'argent, mais qu'ils puissent néanmoins fonctionner aussi efficacement ou même mieux que des plots classiques. On comprendra que des plots classiques de contact ont une configuration généralement rectangulaire, c'est-à-dire une épaisseur essentiellement constante, bien que certains plots de contact puissent présenter à leur surface exposée ou de contact une forme en léger dôme afin de minimiser l'usure et un arc de rupture en diminuant la surface d'engagement ou de contact entre des plots correspondants. Cependant, on a trouvé que les problèmes suivants se posent lorsqu'on utilise des plots rectangulaires de contact ayant une épaisseur essen- tiellement constante. En premier lieu, la quantité d'argent nécessaire pour une telle configuration des plots de contact est excessi- vement onéreuse et ce-problème prend de plus en plus d'impor- tance en raison de l'augmentation rapide du prix de l'argent. En second lieu, puisque des contacteurs du type que la présente invention concerne sont fréquemment utilisés dans le cas de fortes charges, une grande quantité de cha- leur est engendrée pendant la réalisation et la rupture des contacts, ce qui provoque une érosion et une détérioration pro- noncées des plots de contact et en diminue la durée efficace d'utilisation. De même, la forte chaleur engendrée pendant la réa- lisation et la rupture des contacts crée sur les barrières d'isolement du contacteur une érosion due à un arc et qui se situe près des plots de contact, ce qui diminue la rigidité diélectrique entre les cosses terminant les lignes d'alimentation et celles de la charge d'utilisation au cours d'une utilisation répétée de l'appareil. La présente invention vise donc à proposer une nou- velle forme et un nouvel agencement perfectionnés des zones de contact: qui exige l'utilisation de moins d'argent ou d'alliage d'argent sans nuire par ailleurs aux caractéristiques mécaniques ou électriques du contacteur, la diminution de la quantité d'argent maintenant nécessaire entraînant bien évidem- ment une importante économie financière; - dans lesquels la zone de contact entre les plots de liaison en pont et stationnaires se situe au bord externe des plots, c'est-à-dire aux extrémités des plots les plus éloignées de l'axe du contacteur, de sorte que la chaleur en- gendrée au cours de la réalisation et de la rupture des contacts est refoulée vers l'extérieur à l'écart de l'axe du contacteur, de sorte que les contacts s'effectuent dans des zones froides, ce qui en diminue l'érosion. En même temps, l'effet de refoulement de la chaleur provoque une moindre érosion par arc des barrières isolantes voisines des plots de contact, ce qui entraîne à son tour l'existence d'une plus grande rigi- dité diélectrique entre les cosses de la ligne d'alimentation et de la charge d'utilisation; et - qui parviennent aux buts précités mais en même temps peuvent être incorporés à des contacteurs existants sans exiger d'avoir à modifier ou à réusiner ou remonter ces derniers. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détail- lée suivante faite, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard de la planche des dessins annexés sur laquelle 2C la figure 1 est une vue éclatée, en coupe partielle, d'un contacteur comportant des plots ou éléments classiques de contact; la figure 2 est une vue semblable à celle de la fi- gure 1, mais montrant les nouveaux plots perfectionnés de contact selon la présente invention; la figure 3 montre le contacteur de la figure 2 en position de fermeture; la figure 4 est une coupe le long de la ligne 4-4 de la figure 2; la figure 5 est une coupe le long de la-ligne 5-5 de la figure 3; la figure 6 est une coupe éclatée montrant à plus grande échelle les plots de contact selon la présente inven- tion; et la figure 7 est une vue semblable à la figure 6 mais montrant une forme légèrement modifiée de réalisation de la présente invention. En se référant aux figures, et plus particulièrement à la figure 1, on voit qu'un contacteur 10 comprend un boîtier 12 en un diélectrique isolant dans lequel des plaquettes fixes 14 sont fixées par des platines en épaulement 16 à l'aide de n'importe quel organe de fixation, comme des vis 18. Des cosses de conducteurs 22 sont maintenues en contact avec les pla- quettes 14 par les vis 18, le tout d'une façon bien connue. Des éléments ou plots de contact 24 sont fixés aux extrémités internes des plaquettes de connexion 14, étant bien entendu que les plots 24 sont réalisés en un métal fortement conducteur, comme l'argent ou un alliage d'argent, cependant que les plaquettes 14 sont en un métal de base électriquement conducteur comme du laiton. Il s'est avéré que de l'oxyde d'ar- gent/cadmium constitue un alliage d'argent très efficace, étant bien entendu que cet alliage comprend de l'ordre de 85 à 90 lé d'argent et de l'ordre de 10 à 15 % de cadmium. Un élément de liaison, comprenant une bande 26 al- longée et continue de métal de base conducteur de l'électricité, comme du laiton, auquel sont fixés des éléments ou plots de contact 28, surmonte les plots fixes de contact 24 qui sont sensiblement alignés sur eux. La bande 26 s'étend autour d'un plongeur ou noyau mobile 30 pouvant être animé d'un mouvement alternatif vers le haut et vers le bas, étant bien entendu que lorsque le plongeur 30 se trouve dans sa position supérieure, comme illustré sur la figure 1, les plots 28 de contact sont espacés des plots 24, de sorte que l'interrupteur est en posi- tion d'ouverture. Cependant, lorsque des organes convenables, par exemple à la suite de l'excitation d'un électro-aimant 32, provoquent le déplacement vers le bas du plongeur 30, les plots 28 de contact se déplacent pour venir au contact des plots 24 pour fermer l'interrupteur et compléter le circuit entre les plaquettes extrêmes 14. On comprendra que le contacteur illustré sur la figure 1 et décrit ci-dessus est de nature complètement classi- que et ne fait pas en soi partie de l'aspect inventif de la présente invention. On notera en outre que les plots 24 de contact de la figure 1 ont une surface supérieure plane, cepen- dant que les plots 28 de contact présentent à leur surface inférieure une forme légèrement bombée pour minimiser la zone de contact entre les plots 24 et 28 lorsqu'ils sont en contact, ce qui minimise l'usure, réduit la formation des arcs, etc. Il a été trouvé que lorsqu'on utilise les configurations des plots de contact illustrées sur la figure 1 et même lorsqu'une paire des plots a une forme légèrement bombée, une quantité considérable de chaleur est engendrée pendant la formation et la rupture des contacts, notamment en cas de fortes-charges ou intensités, comme cela est fréquemment le cas pour des con- tacteurs de ce type. La chaleur ainsi engendrée provoque une érosion et une détériotation des plots de contact, ce qui limi- te la durée d'utilisation efficace de l'interrupteur et, en même temps, la chaleur provoque une érosion, par les arcs, des barrières isolantes situées au voisinage des plots de contact, comme illustré par la zone que l'on voit en pointillés en 34 sur la figure 1. Cette érosion par arcs diminue la rigidité diélectrique entre les cosses de la ligne d'alimenta- tion et de la charge d'utilisation après des opérations répé- tées de fonctionnement de l'interrupteur. On comprendra que le contacteur 10 représenté sur la figure 1 illustre le cas d'un seul pâle. Bien évidemment, la présente invention est applicable à un interrupteur mono- polaire ou multipolaire. Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, on voit que le contacteur qui y est représenté est à tous égards iden- tique au contacteur de la figure 1, à la seule exception de la forme et configuration ou agencement des éléments ou plots de contact et des plaquettes de connexion et des plaquettes ou bandes de liaison en pont. Plus particulièrement, les pla- quettes de connexion 36 représentées sur la figure 2 sont éche- lonnées comme en 38 pour présenter des parties extrêmes plus épaisses 40 auxquelles sont fixés des plots 42. La forme et la configuration des plots 42 se voient plus clairement sur la figure 7, et l'on note que les plots 42 présentent une surface supérieure plane 44 située près de l'extrémité externe des plots de contact par rapport à l'axe du contacteur. Une surface inclinée 46 qui s'effile jusqu'à ne présenter en coupe qu'un point, comme en 48, prolonge la surface supérieure plane 44. La plaquette de liaison en pont 50 est également échelon- née comme en 52 pour présenter des parties extrêmes épaissies 54 auxquelles sont fixés des plots ou éléments de contact 56 dont la configuration est identique à celle des plots 42 et qui sont placés à l'opposé de ces derniers. En particulier, les plots 56 présentent une surface plane 58 et des parties inclinées 60 de sorte que, lorsque l'élément de liaison 50 s'est déplacé vers le bas pour que le contacteur parvienne en position de fermeture, comme illustré sur la figure 3, les surfaces planes 58 viennent au contact des surfaces planes 44. On voit.ainsi que le contact entre les plots se réalise au voisinage de leurs extrémités externes, ce qui est important car l'on a trouvé que lorsque la chaleur est engendrée près des bords externes des plots, les surfaces inclinées opposées et situées à l'intérieur des plots provoquent le refoulement de la chaleur ainsi engendrée vers l'extérieur pour écarter cette chaleur de l'axe du contacteur. Cela fait fonctionner les plots plus froidement en entraînant moins d'érosion et de détériorations pour un nombre donné de cycles de fonction- nement. En même temps, cet effet de refoulement entraîne pour l'effet de l'arc s'exerçant sur les barrières isolantes adja- centes une érosion qui se produit en des endroits disposés plus à l'extérieur par rapport à l'axe du contacteur, comme on le voit sur les zones 62 en pointillés sur la figure 2. En comparant les zones 62 en pointillés sur la figure 2 avec la zone 34 en pointillés sur la figure 1, on voit que, dans cette dernière, les zones de l'érosion due à l'arc tendent à se chevaucher alors que, sur la figure 2, les zones d'érosion sont espacées l'une de l'autre. Cette séparation des zones d'érosion par l'arc, que l'on obtient par la présente inven- tion, permet une plus grande rigidité diélectrique entre les cosses de la ligne d'alimentation et de la charge d'utilisa- tion à un pâle donné quelconque du contacteur après de nombreu- ses opérations cycliques de fonctionnement de l'appareil. Puisque la configuration en forme de coin des plots 42 et 56 permet à ces plots de fonctionner plus froidement, il est possible de rendre les plots un peu plus minces et c'est pourquoi les plaquettes 36 et 50 sont plus épaisses à leurs parties extrêmes pour compenser la plus grande minceur des plots. En plus de l'économie d'argent obtenue en rendant les plots de contact plus minces, on réalise une économie supplémentaire du fait de la configuration en coin que l'invention propose. Il s'est avéré en pratique que l'utilisation de la forme et de la configuration des plots de contact apparaissant sur les figures 2, 3 et 7 entraîne une économie d'argent d'environ % en comparaison des plots classiques de contact du type illustré sur la figure 1. Bien entendu, si l'on désire utili- ser des plaquettes classiques 14 de connexion et une plaquette de liaison en pont ou en shunt 26 classique, c'est-à-dire sans parties épaissies à leurs extrémités, les plots de contact auront la configuration représentée en 64 sur la figure 6. Il est important de comprendre que, pour que la présente in- vention puisse s'appliquer à des contacteurs existants, sans en modifier la forme ni exiger un usinage à nouveau de ces derniers, il est essentiel que la hauteur globale des plots de contact reste la même que la hauteur globale des plots de contact antérieurement utilisés. Cela élimine toute nécessité d'avoir à ajuster ou à modifier les plots pour tenir compte d'un déplacement préalable ou excessif. C'est pourquoi les bandes ou plaquettes 36 et 50 sont épaissies à leurs extré- tés o les plots de contact sont plus minces. Par ailleurs, lorsque les plots de contact ne sont pas plus minces, tout en présentant cependant la configuration en coin proposée par la présente invention, les plaquettes 14 et 16 peuvent ne pas être changées. De même, il serait possible aussi que les Plaquettes 36 et 50 présentent la même épaisseur sur toute leur longueur au lieu d'être échelonnés près de leurs extré- mités. On comprendra également que la surface ou zone d'interface entre les plots de contact selon la présente invention et les bandes ou plaquettes de connexion et de liai- son auxquelles les plots sont fixés restent inchangées par rapport à la zone d'interface existant sur la figure 1. En s'exprimant autrement, on peut affirmer que pour maintenir la densité appropriée de courant dans la liaison entre les plots et les plaquettes ou bandes auxquelles ces plots sont fixés, il est essentiel de maintenir à une valeur suffisante la zone d'interface. En d'autres termes, il ne serait tout simplement pas possible d'économiser de l'argent en réduisant la longueur et la largeur des plots de contact car cela dimi- nuerait la zone d'interface en entraînant une augmentation de la densité de courant à la liaison et en provoquant une rup- ture de cette liaison. On voit donc que la présente invention maintient la même zone d'interface mais réalise cependant une économie importante d'argent en utilisant la configuration en coin illustrée et décrite et en situant les parties les plus épaisses des plots de contact à leurs extrémités externes par rapport à l'axe central de symétrie du contacteur. Comme antérieurement expliqué, cette configuration spécifique permet aux plots de fonctionner plus froids, ce qui permet à son tour d'utiliser des plots plus minces et entraîne des économies supplémentaires d'argent. De même, l'effet de refoulement ou de soufflage qui se produit au cours de la rupture des contact provoque le refoulement vers l'extérieur de la chaleur engen- drée, ce qui l'écarte de l'axe de symétrie du contacteur, en- traîne moins d'érosion et de détérioration des plots de contact et repositionne l'érosion due à l'arc sur les barrières iso- lantes adjacentes du contacteur,-de-façon à permettre une plus grande rigidité diélectrique entre les cosses de la ligne d'alimentation et de la charge d'utilisation. On comprendra que le contact initial entre les plots 52 et 26 se limite aux zones superficielles 44 et 48. Cependant, Si des charges extrêmement élevées sont impliquées et si la surface ne suffit pas pour absorber la chaleur engendrée, la zone de contact va automatiquement s'ajuster d'ellemême pour Parvenir à une plus grande surface lorsque les surfaces planes commencent à s'éroder et à se déplacer vers le bas de la sur- face inclinée adjacente. En fait, les zones planes ou superfi- cielles 54 et 58 n'ont pas besoin de présenter une forme parti- culière quelconque tant que ces surfaces viennent en contact l'une avec l'autre lorsque l'élément 50 de liaison se déplace vers le bas pour parvenir en position de fermeture. En fait, la dimension des surfaces planes et l'angle d'inclinaison du plot de contact peuvent être modifiés pour correspondre à toutes caractéristiques spécifiques ou voulues de surface d'appui et de "forme voulue d'usure". REVENDICATIONS 1. Contacteur du type comprenant une paire de plots fixes et espacés de contact ainsi. qu'un élément de liaison dont les plots espacés de contact sont essentiellement alignés 4 sur les plots fixes de contact et qui peut se déplacer entre une première position;d'ouverturedans laquelle les plots de contact de l'élément de liaison en pont sont espacés des plots fixes de contact et une seconde position.de fermeture)dans laquelle les plots de contact de l'élément de liaison sont au contact des plots fixes en permettant au courant de passer de l'un des plots fixes à l'autre en empruntant le ou les éléments de liaison en pont, ce contacteur étant caractérisé en ce que: (a) les plots fixes comprennent chacun des éléments de contact (42) en métal précieux comprenant une surface de base fixée à des plaquettes de connexion (36, 40) en métal de base conducteur de l'électricité et une surface supérieure essentiellement plane(44) situées aux parties externes de ces éléments (42), la surface supérieure (44) se prolongeant par une surface inclinée (46) dirigée vers la surface de base (40) de sorte que les éléments fixes (42) de contact délimitent des coins espacés et disposés de façon opposée dont chacun présente une partie plane supérieure (44) à sa partie externe ou la plus épaisse, les parties minces des coins (48) se faisant face; et (b) l'élément de liaison en pont comprend une plaquette ou bande (50) électriquement conductrice et sur la- quelle sont fixés des éléments ou plots de contact (56) en métal précieux qui viennent au contact des surfaces supérieures planes (44) des éléments ou plots fixes de contact (42) lors- que l'élément de liaison en pont est déplacé vers sa seconde position ou position de fermeture. 2. Contacteur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les éléments de contact (56) de la plaquette de liaison ont chacun sensiblement la même configuration que les plots fixes (42) et sont disposés de façon symétrique ou opposés par rapport à ces derniers, de sorte que les surfaces planes (58) des éléments de contact (56) viennent au contact des sur- faces (44) des éléments fixes de contact (42) lorsque l'élé- ment ou plaquette de liaison (50) se trouve dans sa seconde position ou position de fermeture, 3. Contacteur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les plaquettes ou bandes (36, 50) en métal de base sont plus épaisses dans les zones (40, 54) o les plots de contact (42, 56) en métal précieux sont fixés sur ces pla- quettes (36, 50). 4. Contacteur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les éléments de contact (42, 56) en métal pré- cieux comprennent de l'argent. 5. Contacteur comprenant deux plaquettes ou bandes (36) espacées auxquelles sont fixés des plots (42) de contact en métal précieux, un élément de liaison en pont (50) compre- nant une plaquette ou bande en métal de base conducteur de l'électricité auquel sont fixés des plots (56) en métal pré- cieux, alignés sur les plots de contact (42) et un dispositif destiné à déplacer l'élément de liaison (50) entre une pre- mière positiond'ouverture1dans laquelle ses plots de contact (56) sont espacés des plots de contact (42) fixes et une se- conde position.de fermeturedans laquelle ses plots de contact (56) viennent au contact des plots de contact (42) fixes pour assurer le passage du courant entre les plots, ce contacteur étant caractérisé en ce que les plots de contact (56) et les plots de contact fixes (42) ont des surfaces planes (58, 44) venant au contact l'une de l'autre lorsque le contacteur est en position de fermeture et qui sont éloignées des bords in- ternes et opposés ou se faisant face des plots (56) de l'élé- ment de liaison (40) et des plots fixes (42) respectivement, ces surfaces planes (58, 44) se raccordant à des surfaces inclinées (60, 46) dirigées vers les bords internes se faisant face. 6. Contacteur selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que les surfaces planes (58, 44) sont situées au voi- sinage des bords externes des plots de contact (56, 42). 7. Contacteur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que les surfaces inclinées (46) délimitent un bord aigu (48) sur les bords internes se faisant face des plots de 1l contact (42). 8. Contacteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plaquettes de connexion (36) et de liaison en pont (50)sont plus épaisses dans les zones (40, 54) dans les- quelles des plots de contact (42, 56) sont fixés sur ces pla- quettes. 9. Contacteur comprenant deux plaquettes ou bandes espacées de connexion sur lesquelles sont fixés des plots (42) de contact en métal précieux, un élément de liaison en pont comprenant une bande ou plaquette (50) en métal de base élec- triquement conducteur sur lequel sont fixés des plots de contact (56) en métal précieux alignés sur les plots fixes (42) ainsi que des organes destinés à déplacer l'élément de liaison en pont entre une première position ou position d'ouverture dans laquelle ces plots (56) sont espacés des plots fixes (42) et une seconde position ou position de fermeture dans laquelle ces plots (56) viennent au contact des plots fixes (42) pour permettre le passage du courant entre les plots, ce contacteur étant caractérisé en ce que les plots (56) de l'élément de 2G liaison en pont (50) ou les plots (42) fixes ou les deux com- portent une partie relativement épaisse à une extrémité et dont l'épaisseur diminue vers l'autre extrémité, le contact mutuel entre les plots s'effectuant à leur partie relativement épaisse, laquelle est située près de l'extrémité externe des plots par rapport à l'axe central de symétrie du contacteur.