Brevet FR2536577A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne des commuta- teurs électriques et, plus particulièrement, des commu- tateurs du type o un élément librement mobile, contenu à l'intérieur d'une chambre, vient fermer un circuit relié à deux conducteurs lorsqu'il est amené en contact avec eux. Il est parfois nécessaire de brancher et débrancher à distance des conducteurs électriques situés dans une ambiance à haute température et soumis à des forces centrifuges élevées A titre d'exemple, dans un moteur à turbine à gaz, les températures peuvent dépas- ser 538 C et les composants tournants être soumis à des forces centrifuges de l'ordre de 10 000 g Dans un tel environnement, la température élevée ne permet pas l'uti- lisation de circuits électroniques à semi-conducteurs, et les forces centrifuges de grande intensité rendent difficile l'emploi de relais mécaniques De plusg la place dont on dispose à l'intérieur des moteurs de cette nature est telle que l'on ne peut y monter que des commu- tateurs de dimensions minimales, en particulier dans le cas o l'on doit installer un nombre important de commu- tateurs. La présente invention a pour buts de iréali- ser un nouveau commutateur électrique perfectio ne- un commutateur électrique perfectiouné que l'on peut-commander à distance et qui supporte des températures élevées; un commutateur électrique pouvant être actionné pneumatiquement, qui est caspable de fonction- ner en étant soumis à des forces centrifuges élevées. Dans l'un des modes de réalisation de la présente invention, un élément de contact est enfermé dans une chambre Un canal d'air communique avec la chambre de sorte que, après application d'air sous pression au canal, l'élément est amené en contact avec 2536577 ? deux conducteurs s'étendant dans la chambre, ce qui a pour effet d'établir un contact électrique entre eux. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue en coupe d'un mode de réalisation de la présente invention; figure 2, une vue éclatée d'une partie de la présente invention; figure 3, un mouvement de rotation auquel est soumis un mode de réalisation de la présente inven- tion. En figure 1 on a représenté un mode de réalisation de la présente invention o deux chambres 3 et 6 sont pratiquées dans un logement 9 o Le logement 9 est constitué d'une série de lamelles métalliques A-10 S, contenant chacune une paire d'ouvertureso Une paire d'ouvertures est représentée par les pointillés H et 15 Io Après empilage des lamelles I O A-l OS et alignement des ouvertures telles que 15 H-I 5 I, deux groupes d ouvertures, à savoir celles des lamelles F-0 l K, formeront respectivement les deux chambres 3 et 6 o Par un agencement similaire d'ouvertures espacées convenablement dans les lamelles IOA-10 E, on forme deux premiers canaux 12 et 15 dans le logement 9. Ces empilage et alignement font d'autre part l'objet de la figure 2, dans laquelle on a représenté sous forme éclatée une partie des lamelles, c'est-à-dire les lamelles l OC-i O I Les ouvertures 15 C-15 E et 3 F-3 I, ainsi que les ouvertures 12 C-12 E et 6 F-6 I, sont alignées suivant les axes respectifs 11 A et 11 Bo Apres empilage des lamelles 10 C-10 I, les ouvertures des lamelles conti- guas formeront une chambre ou un canal à l'intérieur de luempilage Dans le présent exemple, les ouvertures C-15 E constituent une partie du canal 15 et les ouver- tures 3 F-3 I (d'une taille différente de celle des ouvertures 15 C-15 E) une partie de la chambre 3 On maintient en place les lamelles empilées par un moyen approprié, par exemple par des boulons, par liaison par diffusion ou par soudage. Les canaux 12 et 15 contiennent chacun deux conducteurs électriques (soit au total quatre conducteurs), à savoir des conducteurs 18, 21, 24 et 27 Les conducteurs 18 et 21 débouchent dans la chambre 3 et les conducteurs 24 et 27 dans la chambre 6. Les conducteurs sont isolés les uns des autres ainsi que vis-à-vis du logement 9 par des isolants 30 A-30 C et 33 A-33 C La forme en coupe des isolants peut être celle du chiffre huit sous laquelle sont câblés les appareils ménagers courants, Deux seconds canaux d'air 36 et 39 sont formes à l'intérieur du logement 9 par alignement, comme ci-dessus, des ouvertures pratiquées dans les lamelles 1 OL-1 OQ Les canaux d'air 36 et 39 sont reliés à des sources d'air sous pression (non représentées). La surface intérieure ou paroi, telle que la paroi 33 A, de chaque chambre 3 et 6 est revêtue d'isolants électriques, 45 A-45 B et 42 A-42 B, respective- ment,étant de préférence des cylindres de saphir dans le cas o les chambres 3 et 6 sont elles-mêmes cylindriques. Chaque chambre 3 et 6, respectivement, renferme un élé- ment de contact se déplaçant librement, tel que des sphères conductrices 48 et 520 L'application d'air sous pression au second canal 36 a pour effet de soumettre la sphère 48 à une force, dirigée dans le sens de la flèche 49, qui la pousse pour l'amener en contact avec les deux conducteurs 18 et 21, d'o il résulte la fermeture du circuit relié à ces conducteurs L'air déplacé par le mouvement de la sphère 48 est évacué par le canal 15 ou par un autre canal (non représenté). La sphère 52 serait manoeuvrée d'une manière analogue O L'application d'air sous pression au premier canal 12 aura pour effet d'entraîner la sphère 52 dans le sens de la flèche 55, d'o il résultera la rupture du contact entre les conducteurs 24 et 27 et par consé- quent l'ouverture du circuit relié à ces conducteurs. L'air déplacé par le mouvement de la sphère 52 est évacué par le canal 39 ou par un autre canal (non représenté) Le contact de la sphère 48 avec les conducteurs 18 et 21 sera rompu d'une manière analogue. Les lamelles constituant le logement 9 sont de préférence en acier inoxydable ou en alliage de nickel et de chrome, et l'épaisseur de chaque lamelle est de préférence de 0,13 mnm Les chambres 3 et 6 sont de préférence cylindriques (c'est-à-dire que les ouver- tures, telles que leouverture 3 H représentée en'figure 2, sont circulaires de sorte que les parois des chambres sont circulaires), le diamètre et la longueur des cham- bres étant respectivement 2,5 mm et 7,6 mm Les isolants 42 A-42 B et 45 A45 B qui recouvrent les chambres peuvent être constitués d'un matériau capable de supporter les températures élevées, par exemple des cylindres de saphir Les conducteurs 18, 21, 24 et 27 peuvent être constitués d'un matériau conducteur résistant aux hautes températures tel que le matériau dit Alumel ou le matériau dit Chromel, et les isolants 30 A-30 C et 33 A33 C d'oxyde de magnésium Les sphères 48 et 52 peuvent être en métal massif, comme par exemple les billes d'acier des roulements, mais, comme on le décrira ci-après, le fonctionnement du commutateur dans un environnement o règnent des forces centrifuges importantes peut nécessiter des forces d'amplitude énorme pour provoquer le déplacement des sphères lorsque celles-ci sont relativement lourdes Par conséquent, on préfère utiliser des sphères en verre creuses, relative- ment légères, sur lesquelles on a appliqué un revêtement métallique, par exemple en pulvérisant de l'or Le diamètre des sphères est de préférence de 2,54 mm et son intérieur creux a de préférence un diamètre d'envi- ron 2,29 mm Le diamètre de l'isolant 42 A-42 B est de préférence supérieur d'environ 0,076 mm à celui dé la sphère 52, de sorte que Vlair introduit dans le canal d'entrée 39 provoquera le déplacement de la sphère 52 au lieu de s'écouler simplement entre la sphère 52 et l'isolant 42 A, 42 B En outre, la similarité des diamè- tres de l'isolant 42 A-42 B et de la sphère 52 (les diamètres ne différant que de 0,076 mm comme cela vient d'être indiqué) a pour conséquence que le contact d 2 la sphère avec l'isolant 42 A et 42 B se produit sur sai surface lorsqu'elle est amenée par la force centri- fige à s'appuyer contre l'isolant 42 A-42 B et non par seulement un point comme cela serait le cas si l'isolant était plat Ainsi, la force exercée par la sphère contre l'isolant 42 A-42 B est répartie et non pas concen- trée en un seul point Par conséquent, la compression de l'isolant 42 A-42 B est plus petite et la résistance de roulement de la sphère 52 est inférieure a la valeur qu'elle aurait si l'isolant 42 A-42 B était plat. Le logement 9 peut être supporté par un dispositif tournant, tel que le rotor d'un moteur à turbine à gaz et, comme représenté en figure 3, il peut tourner autour d'un axe 56 dans le sens de la flèche 56 A et prendre les positions successives indiquées par les tirets 58 A-58 C Le logement 9, ainsi que les conpo - sants qu'il renferme, seront soumis à une force centri- fuge dirigée dans le sens radial, c'est-à-dire à une force ayant le sens des flèches 61 i Cette force peut être assez importante Par exemple, à une vitesse de rotation 10 000 t/mn, un objet tournant situé à une distance de l'axe de rotation de 15 cm est soumis à une force centrifuge d'environ 17 000 gq Ainsi, il est important que le trajet suivi par les sphères 48 et 52 soit parallèle à l'axe de rotation C'est-à-dire que les flèches 49 et 55 représentant en figure 1 ces tra- jets doivent être parallèles à l'axe de rotation. Sinon, les spheres au cours de leur déplacement monte- ront et descendront par rapport à la force centrifuge 61 En outre, même si les trajets des sphères 48 et 52 sont parallèles à l'axe de rotation 56, la force centri- fuge de valeur élevée comprimera la sphère 48 contre lisolant 45 A, aplatissant légèrement la sphère et bosselant légèrement l'isolant I Cet aplatissement a pour effet que la sphère 48 rencontre une résistance au roulement lors de son déplacement, et cette résis- tance sera d'autant plus grande que la sphère est plus lourde C'est pourquoi on préfère utiliser une sphère creuse, légère. La source d'air sous pression appliquée aux canaux 36 et 39 n'est pas représentée en figure 1, mais l'air comprimé peut provenir d'un réseau de commutation pneumatique. Uin commutateur vient d'être décrit que l'on peut utiliser dans une ambiance o règnent des tempéra- tures élevées et dans laquelle sont présentes des forces centrifuges importantes Les dimensions indiquées précédemment permettent la construction d'un commutateur de petite taille qui est destiné à être utilisé dans un espace compact, par exemple à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz. REVENDICATIONS 1 o Commutateur électrique actionné pneumati- quement, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) une chambre ( 3; 6); (b) au moins deux conducteurs isolés ( 18,61; 24,27) débouchant dans la chambre; (c) un élément de contact mobile ( 48; 52) enfermé à l'intérieur de la chambre; et (d) un premier canal de fluide ( 3639) qui communique avec la chambre pour l'admission d'un fluide sous pression dans le but de déplacer l"'élément de contact pour 1 amener à venir toucher les conducteurs. 2 Commutateur selon la revendication 1 l caractérisé en ce que la chambre est pratiquée à l'in- térieur d'un empilage de lamelles ( 10 A-10 S) et définie par les parois d'une cavité ainsi formée. 3 o Commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu"au moins certaines lamelles sont en acier inoxydable. 4 Commutateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins certaines lamelles sont en alliage de nickel et de chrome. Commutateur selon les revendications 20 3 ou 4, caractérisé en ce qu'"au moins certaines lamel- les sont liées par diffusion. 6 o Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce quail comprend en outre un isolant électrique ( 45 A-B; 42 A-B) pour séparer l"élément de contact des parois de la chambreo 7 o Commutateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'isolant électrique est consti- tué de saphir. 8 Commutateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'isolation ( 30 A-C; 33 A-C) des conducteurs comprend de l'oxyde de magnésium. 9 Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conducteurs est en Chromel. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des conducteurs est en Alumel. 11 Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second canal de fluide ( 39; 36) qui communique avec la chambre pour admettre du fluide sous pression afin d'écarter l'élément de contact d'au moins un des conducteurso 12 Commutateur selon les revendications 1, 2, 5, 6 ou 8, caractérisé en ce que l'élément de contact est une sphère ( 48 e 55)o 13 o Commutateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la sphère est vitreuse, creuse et revêtue de métal. 14 o Commutateur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le métal est de l'oro 150 Commutateur électrique manoeuvré pneuma- tiqueinent, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un empilage de lamelles métalliques ( 10 A-10 S) renfermant une chambre ( 3; 6) et liées les unes aux autres par diffusion; (b) deux conducteurs métalliques ( 18,21; 24,27) pénétrant dans la chambre; (c) un moyen d'isolation en oxyde de magnésium ( 30 A-C; 33 A-C) pour isoler électriquement les conducteurs; (d) une sphere ( 48;-52) en verre, creuse, mobile, sur laquelle a été appliqué un revêtement conte- nant de l'or, montée étroitement à l'intérieur de la chambre; (e) un isolant ( 45 A-B; 42 A-B) comprenant du saphir pour isoler électriquement la sphère de l'empilage de lamelles; (f) un premier canal de fluide ( 36) qui communique avec la chambre pour admettre du fluide sous pression dans le but de solliciter la sphère pour l'amener en contact avec les conducteurs; et (g) un second canal de fluide ( 39) qui communique avec la chambre pour admettre du fluide sous pression afin d écarter la sphere des conducteurs. 16 o Commutateur selon la revendication 15 r caractérisé en ce qu'une partie des lamelles a au moins une cote ayant 0 D 13 mmo 17 o Commutateur selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'isolant du paragraphe (e) est constitué d'un manchon en saphiro 18 o Procédé de commutation électrique, carac- t.risé en ce qu Dil comprend les étapes suivantes: (a) la mise en rotation d'un groupe de conducteurs ( 18,21; 24,27) au-dessus d'un axe de rota- tion; (b) le déplacement d'un élément de contact ( 48; 52) ayant une surface conductrice sensible- ment parallèle à l'axe de rotation au moyen d'air sous pression pour l'amener à venir en contact avec au moins l'un des conducteurs. 19 Procédé selon la revendication 18, carac- térisé en ce que la rotation mentionnée dans le para- graphe (a) s'effectue à une vitesse'supérieure à 000 t/mno