Brevet FR2526579A1 — publié le 19831110

Protecteur thermique pour installations et appareilla- ges électriques. Pour protéger des installations et des appa- reillages électriques et électroniques contre une sur- intensité, on utilise très couramment des fusibles en forme d'une cartouche faite avec une matière isolante, telle qu'une céramique, coiffée à ses deux extrémités par des embouts métalliques entre lesquels s'étend un fil fusible destiné à fondre pour une intensité spéci- fique donnée, la cartouche étant remplie d'une poudre d'une matière neutre. Une telle cartouche est montée dans une ou plusieurs phases du courant d'alimentation et fonc- tionne par effet Joule, c'est-à-dire par fusion du. fil de fusion lors de l'apparition d'une surintensité inadmissible. Pourtant, dans certains cas'd'application, il est souhaitable d'assurer la protection d'une instal- lation ou d'appareils électriques et électroniques non pas contre une surintensité, mais contre un accroisse- ment de la température ambiante au-dessus d'un seuil, au-delà duquel pourrait intervenir la destruction de l'installation et/ou des appareillages électriques. Une telle protection peut être assurée à l'aide d'une protection thermique. On connaît un tel protecteur thermique qui est destiné à être monté en série dans un fil de pha- se du circuit d'alimentation d'un appareillage à pro- téger contre une température ambiante supérieure à celle qui risquerait de le rendre impropre à fonc- tionner ou de le détériorer (température critique), du type comportant deux embouts métalliques en forme de capots montés respectivement aux deux extrémités d'un corps isolant, ainsi qu'un élément mobile, élec- triquement conducteur, et capable d'assurer une pre- mière position dans laquelle il établit le contact entre les deux capots et une seconde position dans laquelle il interrompt la liaison électrique entre les deux capots dès que la température atteint et/ou dé- passe la température critique. Selon l'invention, un tel protecteur thermi- que est essentiellement caractérisé par le fait que ledit élément mobile est maintenu, à l'encontre d'une force élastique, dans la première position au moyen d'une entretoise faite ou liée audit élément mobile avec un matériau dont l'état est susceptible de se modifier de manière à permettre audit élément mobile d'assumer ladite seconde position lorsque la tempéra- ture ambiante atteint ou dépasse la température critique. Suivant une première forme de réalisation du protecteur thermique conforme à l'invention, ledit élément mobile, électriquement conducteur, est consti- tué par un piston métallique creux en forme de douil- le allongée, guidée sur une butée faite avec un maté- riau isolant, de préférence une céramique reposant sur un solidaire de l'embout voisin du côté ouvert de la douille, un ressort travaillant à l'extrusion étant armé entre le fond du piston creux et ladite butée. Avantageusement, le piston creux traverse axialement, avec un jeu périphérique, le corps isolant en céramique, et son guidage axial est assu- ré par deux pièces de contact ayant chacune la forme d'un prisme à base polygonale, de préférence à base d'un triangle équilatéral, fendu le long d'une arête et fait avec un métal à ressort de très haute conductibilité, chaque prisme étant monté entre le fond d'un embout et la face voisine du corps isolant en céramique. Pour assurer un bon contact mécanique et électrique, le piston creux est tangent à tous les côtés intérieurs des deux prismes triangulaires, et ceux-ci sont décalés entre eux de 1800, ce qui four- nit un bon guidage du piston creux en même temps qu'un contact électrique tel que le fonctionnement du protecteur thermique est indépendant de l'intensi- té du courant le traversant, à la condition que cette intensité ne soit pas supérieure à l'intensité assignée maximale pour laquelle le protecteur thermi- que est conçu Il y aura ainsi, par exemple, des pro- tecteurs conçus pour des intensités maximales de 1 A, d'autres de 2 A, puis d'autres pour 5 A, etc. Afin d'assurer une bonne rupture au passage de la première à la seconde position, sans risque de formation d'un arc électrique lorsque le piston creux assume sa seconde position, la longueur du piston est au plus égale, de préférence inférieure à la longueur d'un contact triangulaire augmentée de la longueur du corps isolant. Pour faciliter le passage du piston de sa première à sa seconde position, le fond du piston est pourvu d'un perçage central, et l'entretoise est constituée par une pièce d'écartement pleine ou par une douille centrée sur le perçage. Suivant une variante, le fond du piston est pourvu d'un perçage central et l'entretoise est constituée par une tige dont une extrémité est enga- gée dans ce perçage et est soudée au fond du piston et dont l'autre extrémité porte contre l'embout voisin. Conformément à une autre forme de réalisa- tion, le fond du piston est pourvu d'un perçage cen- tral obturé par une rondelle faite avec un matériau tel qu'indiqué ci-dessus, alors qu'entre cette ron- delle et l'embout voisin est prévue une butée présen- tant une queue passant par la rondelle et ledit perçage. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé différentes formes de réalisation d'un protecteur thermique selon l'inven- tion. La figure 1 est une coupe axiale d'un protec- teur thermique de l'invention, selon une première forme de réalisation. La figure 2 est une coupe de la figure 1 le long de la ligne de coupe II-II. La figure 3 représente la protection thermi- que de la figure 1, avec le piston dans sa seconde position. Les figures 4, 5 et 6 représentent trois va- riantes possibles pour l'entretoise servant à mainte- nir le piston dans sa première position. Le protecteur thermique de la figure 1 com- porte un corps isolant médian 1, de préférence en céramique, pourvu d'un alésage central 2 Sur les portions d'extrémité 3 et 4, de plus petit diamètre que celui de la portion médiane, sont engagés les embouts métalliques 5 et 6 qui viennent buter contre les épaulements 7 et 8 Entre la face frontale 9 du corps isolant 1 et le fond 10 de l'embout 6 est dis- posée une pièce de contact 11 ayant la forme d'un prisme à base triangulaire, fendue en 12 le long d'une de ses arêtes et réalisée avec un métal à ressort de très haute conductibilité Entre la face frontale 13 du corps isolant 1 et le fond 14 de l'embout 5 est prévue une pièce de contact 15 identique à la pièce de contact 11, ces deux pièces de contact étant déca- lées entre elles de 1800. L'alésage 2 du corps isolant 1 est traversé par un piston creux 16 bon conducteur du courant et dont le fond est désigné par 17, ledit piston étant engagé sur une butée céramique 18. Entre le fond 17 du piston 16 et la face 19 de la butée céramique 18 est armé un ressort 20 tra- vaillant à l'extension, ressort maintenu dans sa position armée au moyen d'une entretoise 21 qui est constituée par un matériau dont les caractéristi- ques, et notamment les caractéristiques mécaniques sont telles qu'elle maintient le piston dans la posi- tion représentée dans la figure 1 (première position). Dans cette position, et lorsque le protecteur thermi- que est monté dans une phase du circuit à protéger, le courant passe de l'un des embouts, par exemple de l'embout 6 à l'embout 5 en passant par la pièce de contact 6, par le cylindre 16 et par la pièce de con- tact 15, étant noté que le contact entre les embouts , 6 et les pièces de contact prismatiques Il et 15 se fait le long des arêtes de ces dernières alors que le contact entre les pièces de contact prismati- ques 11, 15 et les embouts 5 et 6 se fait le long de génératrices de ces derniers, comme cela ressort de la figure 2 pour les éléments 6, 11 et 6 pour la par- tie inférieure de la figure 1 L'agencement est simi- laire pour les éléments 5, 15 et 16, mais avec cette différence que la génératrice de contact entre les positions 16 et la pièce de contact prismatrique 15 est décalée de 1800 par rapport à la génératrice de contact entre le cylindre 16 et la pièce de contact prismatique 11, ce qui assure un parfait guidage du cylindre 16 lorsqu'il passe de sa première position dans sa seconde position. Celle-ci, représentée dans la figure 3, est atteinte au déclenchement dû à une température envi- ronnante égale ou supérieure à la température criti- que Dans ce cas, l'entretoise 21 change d'état et autorise le déplacement du piston 16 dans la position représentée dans la figure 3, sous l'action du res- sort 20 qui se détend, en sorte que le fond 17 du piston vient buter contre le fond 14 de l'embout 5, l'ouverture centrale 22 ménagée dans le fond 14 faci- litant ce déplacement et autorisant le passage dans le cylindre de la matière constituant entretoise 21 si celle-ci est-faite avec une matière fondant à la température de déclenchement. A l'état déclenché tel que représenté dans la figure 3, le piston 16 est complètement dégagé du contact prismatique 11 et son extrémité libre se si- tue à une distance assez grande de ce dernier pour qu'existe un isolement de grande valeur entre les em- bouts 5 et 6 Et si un arc électrique a tendance à s'établir entre les deux extrémités du piston 16 et le contact prismatique 6, il sera étiré et conduit par le mouvement axial du piston dans l'espace cylin- drique situé entre le corps isolant 1 et le cylindre 16, avec pour résultat le laminage et l'extinction rapide de cet arc électrique. De fait, les phénomènes d'extinction et d'isolement résiduel après coupure sont très favori- sés par la conception même du protecteur thermique qui permet de laminer et d'étirer l'arc dans un espa- ce cylindrique dont les parois sont constituées par de la céramique qui présente, parmi-les matériaux connus, les résistances les plus fortes au chemine- ment de l'arc électrique (paroi extérieure de la bu- tée 18 découverte par la translation du piston creux 16 et paroi intérieure du corps 1). La tige 23 est faite avec un matériau stable à la température critique, alors que la soudure fond à cette température, autorisant le ressort 20 à refou- ler le piston 16 contre le fond 14 de l'embout 6, dans une position similaire à celle de la figure 3. Suivant une variante, la tige 23 peut être collée avec un matériau qui sera choisi en fonction des caractéristiques thermiques du joint collé. Dans la figure 5, l'entretoise est constituée par une douille centrée sur l'ouverture 22 du fond 17 du cylindre 16 et montée entre ce fond 17 et le fond 14 de l'embout 5, ce cylindre étant réalisé avec un matériau dont les caractéristiques physiques ou mécaniques changent à la température critique de manière à permettre au ressort 22 de refouler le piston 16 dans la position représentée dans la figu- re 3. Enfin, dans le cas de la figure 6, une ron- delle 25 faite avec un matériau tel qu'il vient d'être indiqué est placée extérieurement sur le fond 14 du piston 16, et elle est maintenue en place par une butée en céramique 26 dont la queue passe par un trou central de la rondelle 25 et par le trou 22 du fond 17 du piston 16. A la température critique, la rondelle chan- ge d'état, par exemple elle fond et le piston 16 est refoulé dans la position représentée dans la figure 3, étant bien entendu qu'à cet effet le diamètre de l'entretoise 26 est inférieur à celui de l'ouverture 22. REVENDICATIONS 1 Protecteur thermique destiné à être monté en série dans un fil de phase du circuit d'alimenta- tion d'un appareillage à protéger contre une tempéra- ture ambiante supérieure à celle qui risquerait de le rendre impropre à fonctionner ou de le détériorer (température critique), du type comportant deux em- bouts métalliques en forme de capots montés respecti- vement aux deux extrémités d'un corps isolant, ainsi qu'un élément mobile électriquement conducteur et ca- pable d'assumer une première position dans laquelle il établit le contact entre les deux capots et une seconde position dans laquelle il interrompt la liai- son électrique entre les deux capots dès que la tem- pérature atteint et dépasse la température critique, caractérisé par le fait que ledit élément mobile ( 16) est maintenu, à l'encontre d'une force élastique, dans ladite première position au moyen d'une entre- toise ( 21) faite ou liée audit élément mobile avec un matériau dont l'état est susceptible de se modi- fier de manière à permettre audit élément mobile d'assumer ladite seconde position. 2 Protecteur thermique selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que ledit élément mobile est constitué par un piston creux ( 16) en forme de douille allongée guidé sur une butée ( 18) faite avec un matériau isolant, de préférence une cé- ramique reposant sur ou solidaire de l'embout ( 10) voisin du côté ouvert de la douille, un ressort ( 20) travaillant à l'extension étant armé entre le fond ( 17) du piston creux ( 16) et ladite butée ( 21). 3 Protecteur thermique selon l'une ou l'au- tre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le piston creux ( 16) passe avec un jeu péri- phérique ( 2) axialement par le corps isolant en céra- mique ( 1) et son guidage axial est assuré par deux pièces de contact ( 11, 15) ayant chacune la forme d'un prisme à base polygonale, de préférence à base d'un triangle équilatéral, fendu le long d'une arête et fait avec un métal à ressort de très haute conduc- tibilité, chaque prisme étant monté entre le fond d'un embout ( 10, 14) et la face voisine du corps isolant en céramique ( 1). 4 Protecteur thermique selon la revendica- tion 3, caractérisé par le fait que le piston creux ( 16) est tangent à tous les côtés intérieurs des deux prismes triangulaires ( 11, 15), et ceux-ci sont déca- lés entre eux de 1800. Protecteur thermique selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la longueur du piston ( 16) est au plus éga- le à la longueur d'un contact triangulaire ( 11, 15), augmentée de la longueur du corps isolant ( 1). 6 Protecteur thermique selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que le fond ( 17) du piston ( 16) est pourvu d'un perçage central ( 22), et que l'entretoise ( 21) est constituée par une pièce pleine ( 21, 23) ou par une douille ( 24) centrée sur le perçage ( 22). 7 Protecteur thermique selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le fond du piston ( 17) est pourvu d'un per- çage central ( 22) et que l'entretoise est constituée par une tige ( 23) dont une extrémité est engagée dans ce perçage et est soudée au fond du piston ( 17) et dont l'autre extrémité porte contre l'embout voisin ( 14). 8 Protecteur thermique selon l'une quelcon- que des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que le fond du piston est pourvu d'un perçage central ( 17) obturé par une rondelle ( 25) faite avec un matériau tel qu'indiqué dans la revendication 1, et qu'entre cette rondelle ( 25) et l'embout voisin ( 14) est prévue une butée ( 26) présentant une queue- passant par la rondelle et ledit perçage, le diamè- tre de la rondelle ( 25) étant supérieur à celui dudit perçage ( 17).