Brevet FR2553573A1 — publié le 19850419

La présente invention concerne un nouveau fusible électrique perfectionné et, plus particulièrement, un tel fusible contenant un élément fusible avec des zones faibles et des parties épaisses Les zones faibles forment des rétrécissement entre les parties épaisses 5 et sont perpendiculaires à la direction longitudinale de l'élément fusible et parallèles entre elles. Quand la résistance d'un circuit électrique est anormalement basse, ce qui est généralement dû à une cause accidentelle, l'intensité augmente considérablement Quand la résistance tend vers zéro à 10 cause d'une surcharge courte ou forte dans le circuit protégé, l'intensité dans ce circuit peut devenir des dizaines ou des centaines de fois plus grande que l'intensité normale Il y a dans ces conditions danger éventuel de dommages thermiques, magnétiques et de dommages par formation d'arcs Donc, il y a un temps critique pour 15 supprimer l'alimentation vers les courts-circuits et les circuits en surcharge Les dommages résultant de ces conditions sont généralement évités en insérant des fusibles dans les fils d'alimentation du circuit à protéger Le fusible le plus simple est une longueur de fil fin qui, dans le cas d'un court-circuit, s'échauffe rapidement par 20 l'intensité élevée et fond en coupant ainsi le circuit. Les fusibles à élément unique limiteur de courant apportent une protection sûre et fiable pour la plupart des circuits électriques. Ces fusibles fonctionnent quand la température de l'élément fusible, augmentée par la surintensité, fait fondre l'élément Comme le fonc25 tionnement de ces fusibles ne dépend pas du fonctionnement de pièces mécaniques à déplacement compliqué, leurs caractéristiques de fonctionnement sont généralement très cohérentes et fiables Un élément fusible unique est généralement formé d'un élément inclus dans un tube isolant pourvu de chapeaux d'extrémité électriquement conduc30 teurs Chaque élément est constitué par une pluralité de parties épaisses séparées par des parties faibles, également appelées parties fusibles ou zones faibles Si le circuit électrique dans lequel est inclus le fusible est l'objet d'un court-circuit ou d'une forte surcharge, une forte intensité fait rapidement fondre les zones 35 faibles Quand cela arrive, des arcs se forment dans les zones faibles en train de fondre ou de se vaporiser Une fois que ces arcs 2 2553573 sont éteints, le circuit est isolé et l'intensité causant les dommages a cessé Donc, on a intérêt, pour protéger les composants du système des dommages dûs à de fortes surcharges et des courtscircuits, à prévoir des grandes vitesses d'extinction des arcs. Une caractéristique importante de la plupart des fusibles à éléments uniques et parallèles est leur faculté d'éteindre rapidement les arcs entre les parties à grosse section, une fois que les zones faibles ont été fondues ou vaporisées Une autre caractéristique importante de ces fusibles est leur faculté d'éviter que la tension 10 en circuit ouvert du système ne reforme des arcs dans les zones faibles coupées de l'élément fusible, une fois que les arcs ont été initialement éteints En général, un élément fusible comprend des zones faibles ou des parties fusibles qui sont orientées dans une direction parallèle à la direction longitudinale de l'élément Les 15 arcs sont donc généralement créés dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de l'élément fusible, entre les parties épaisses, entraînant donc des retours de flamme plus importants dans ces parties épaisses et augmentant le temps de coupure du circuit Cela augment également la possibilité pour les arcs de communiquer les uns 20 avec les autres. Une autre caractéristique importante des fusibles de ce type est leur faculté de tenir les zones faibles plutôt éloignées des parois du tube conteneur isolant, particulièrement pendant les périodes de surcharge et de coupure On rencontre souvent le cas o, 25 pendant les périodes de surcharge même faible, les éléments fusibles se courbent sur leur longueur à cause de la dilatation thermique Si l'élément fusible n'est pas conçu correctement ou est mal fabriqué, les zones faibles de la région centrale de l'élément fusible peuvent se rapprocher de la paroi du tube conteneur isolant ou la toucher. 30 Cela arrive le plus vraisemblablement pendant les périodes de surcharge qui peuvent entraîner des dilatations thermiques importantes et faire l'élément fusible se courber Quand les zones faibles se rapprochent ou touchent les paroi du tube conteneur, la chaleur qui contribuerait à faire fondre la zone faible est extraite par les 35 parois du tube, refroidissant ainsi les zones faibles et, éventuellement, entrainant des variations sensibles dans les caractéristiques de coupure du fusible Un tel fusible peut laisser passer un courant plus élevé que le courant nominal pendant une période de temps plus longue avant la coupure que l'on attend De plus, quand la coupure commence, les produits des zones faibles fondues ou vaporisées peuvent se déposer sur la paroi intérieure du tube conteneur 5 près de chaque zone faibles La formation d'arcs peut se prolonger à travers ces dépôts s'ils sont assez près d'un arc. Il est donc très important que les zones faibles de l'élément soient tenues tout le temps bien éloignées des parois internes du tube isolant Cependant, de nombreux éléments fusibles sont conçus de 10 manière que leurs zones faibles peuvent s'approcher des parois des tubes conteneurs ou les toucher, particulièrement pendant une surcharge à cause de la dilatation thermique et de la courbure Beaucoup de fusibles peuvent même être assemblés de façon que l'élément et les zones faibles soient près du tube ou le touchent après la fabrication 15 et avant que du courant n'y passe. Une importante caractéristique supplémentaire des fusibles de ce type est qu'ils doivent avoir une solidité naturelle suffisante pour éviter qu'ils ne se plient en largeur ou en longueur aux zones faibles, particulièrement au cours de la fabrication et de cycles à 20 intensité élevée Pendant la fabrication, les éléments fusibles sont soumis à de nombreuses forces à partir de leurs ébauches d'origine au cours des étapes d'assemblage jusqu'à la fixation finale des chapeaux et leur soudure Des pliages aux zones faibles peuvent, soit casser l'élément, soit entraîner des variations dans ses caractéristiques de 25 coupure Pandant les cycles à intensité élevée, l'élément fusible se dilate et se contracte quand l'intensité augment et diminue, entrainant des flexions et des courbures de l'élément Un élément mal conçu peut provoquer une grande quantité inhabituelle de tension mécanique au zones faibles déjà ramollies pendant les cycles à haute intensité, 30 entrainant une fatigue du métal au zones faibles et, éventuellement, un défaut prématuré du fusible. Quelques exemples de dispositions possibles d'éléments fusibles sont décrits dans le brevet GB-A-1 300 136 Les parties épaisses ou parties de section plus forte sont alignées des deux côtés des points 35 faibles de manière qu'une courbure le long de l'axe formé par les points faibles ne puisse se produire directement Une telle courbure pourrait placer les points faibles en contact avec la paroi interne du tube isolant ou près de celle-ci De plus, les cycles à haute intensité peuvent entraîner des tensions de torsion et des fatigues aux points faibles d'au moins quelques uns des éléments décrits dans ce brevet Ces éléments décrits sont aussi très sujets à des courbu5 res accidentelles pendant la fabrication. Un second exemple de dispositions possibles d'éléments fusibles est décrit dans le brevet US-A-2 682 587, o un, au moins, exemple décrit comporte un point faible ayant un trajet de courant perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément Cependant, un seul point 10 faible est montré ce qui entraîne une faible pouvoir de coupure du circuit car la tension en circuit ouvert sur l'unique point faible coupé est souvent assez grande pour permettre à l'arc de se reformer pendant la coupure La reformation de l'arc permet éventuellement des surintensités supplémentaires dangereuses dans le circuit protégé et 15 sont donc indésirables. D'autres exemples d'éléments fusibles pratiques sont montrés dans les brevets US-A-1 788 623, US-A-2 507 747, US-A-3 417 357 et DE-A-1 055 669 Les trajets de courant à travers les points faibles reliant les parties épaisses des éléments fusibles sont, d'une maniè20 re générale, parallèles à l'axe longitudinal des éléments Dans les cas o les trajets de courant ne sont pas directement parallèles à l'axe longitudinal du fusible, ils sont décalés d'un angle qui ne diminue pas sensiblement le retour d'arc dans les parties épaisses de l'élément Donc, ces éléments fusibles ne procure que peu ou pas 25 d'avantage par rapport aux éléments ayant leurs trajets dans les points faibles parallèles à l'axe longitudinal de l'élément. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un nouveau fusible perfectionné. Un second objet de la présente invention consiste à prévoir un 30 nouveau fusible perfectionné qui coupe rapidement et qui réduit la formation d'arc et les reformations d'arc dans les points faibles fondus de l'élément fusible. Un autre aobjet de la présente invention consiste à prévoir un nouveau fusible perfectionné ayant des points faibles parallèles, 35 mais perpendiculaires à la direction longitudinale de l'élément fusible et qui se fabrique avec une solidité intrinsèque pour éviter les courbures ou fatigues excessives aux points faibles. Encore un autre objet de la présente invention consiste à prévoir un nouveau fusible perfectionné comprenant un tube de fusible et un élément fusible comportant des points faibles, l'élément fusible étant fabriquer pour tenir, tout le temps, les points faibles bien éloignées des surfaces internes de la paroi du tube. En résumé, la présente invention vise un nouveau fusible perfectionné qui comprend un tube en matière isolante, avec des première et seconde extrémités ouvertes Des premier et second chapeaux métalliques ou électriquement conducteurs sont placés sur les première et 10 seconde extrémités ouvertes du tube Un élément fusible est monté dans le tube et est en contact électrique avec les premier et second chapeaux d'extrémité L'élément fusible est constitué par une pluralité de parties épaisses ayant des sections plus grandes et une pluralité de points ou zones faibles situées entre les parties 15 épaisses adjacentes Les zones faibles sont parallèles les unes aux autres et perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'élément fusible. Les parties épaisses voisines sont respectivement décalées les unes par rapport aux autres pour réduire la possibilité et la portée des arcs dans une situtation de court-circuit ou de forte surcharge. Les objets, avantages et caractéristiques de la présente invention mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation préféré de l'invention, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig 1 est une vue en perspective d'un fusible fabriqué suivant les principes de la présente invention, la Fig 2 est une vue de côté, avec coupe partielle, du fusible de la Fig 1, la Fig 3 est une vue en coupe du fusible, suivant la ligne 33 30 de la Fig 2, et la Fig 4 est une vue en coupe du fusible, suivant la ligne 4-4 de la Fig 2. On a montré dans les dessins un fusible 10 contenant un seul élément limiteur de courant Le fusible 10 est utilisé pour protéger 35 des circuits électriques d'états anormaux, tels qu'un court-circuit ou de fortes surcharges. Le fusible 10 comprend un tube 12 en matière isolante, telle que du verre, ouvert à sa première extrémité 14 et à sa seconde extrémité 16, Fig 3 Un élément fusible, désigné d'une manière générale par la référence numérique 18, est placé dans le tube 12 Le fusible 10 est fermé par un premier chapeau d'extrémité métallique 20 5 fixé sur la première extrémité 14 du tube 12 Le chapeau 20 est électriquement et mécaniquement relié à l'élément fusible 18 par un produit bon conducteur de l'électricité 22, tel que de la soudure Un second chapeau d'extrémité 24 est monté sur la seconde extrémité 16 du tube 12 et relié électriquement et mécaniquement à l'élément 18 10 par un produit bon conducteur de l'électricité 26, semblable au produit 22. L'élément 18 a un premier côté 28 en dents de scie avec des pointes 30, 32, 34, 36 et 38 Son second c 8 té 40 est aussi en dents de scie avec des pointes 42, 44, 46, 48 et 50 Les pointes 30 à 38 et 15 42 à 50 de l'élément 18 peuvent toucher la surface interne de la paroi du tube 12 pendant l'assemblage du fusible 10 et, ainsi, aider au centrage de l'élément 18 dans le tube 12 Quand l'élément 18 chauffe et se dilate pendant l'état anormal, les pointes 30 à 38 et 42 à 50 peuvent rentrer en contact avec la surface interne du tube 12 20 et donc y dissiper un peu de chaleur Cependant, comme les pointes 30 à 38 et 42 à 50 sont essentiellement des points, il y a très peu de dissipation de chaleur et celle-ci a lieu en des points très éloignés des zones de faiblesse du fusible On peut comparer cette disposition avec celle des fusibles de l'état de la technique qui peuvent venir 25 en contact avec le tube durant la dilatation en entraînant une dissipation de chaleur relativement grande Une dissipation de chaleur importante permet à plus d'énergie dommageable d'entrer dans le circuit protégé avant que le fusible ne saute. L'élément fusible 18 est allongé avec son axe longitudinal 30 entre ses extrémités fixées par les produits 22 et 26 L'élément 18 présente plusieurs parties épaisses 52, 54, 56, 58, 60 et 62 Les parties épaisses 52 à 62 sont reliées bout à bout par des zones faibles 64, 66, 68, 70 et 72. Les zones faibles 64 à 72 sont des étranglements bien connus 35 comme parties fusibles linéaires et ils sont placés entre les parties épaisses adjacentes Les zones faibles 64 à 72 sont parallèles et transversales par rapport à l'axe longitudinal de l'élément 18, ce qui est différent de l'orientation longitudinale que l'on trouve généralement dans les fusibles de la technique antérieure Les zones électriquement faibles 64 à 72 sont en série. Les zones faibles transversales et parallèles entre elles font que les arcs apparaissant pendant que le fusible saute sont parallèles et perpendiculaires à la direction longitudinale du fusible, ce qui évite qu'ils communiquent les uns avec les autres Dans un fusible classique, la formation d'arcs vaporise les zones faibles et 10 s'étend aux parties épaisses Ces arcs doivent être éteints pour isoler le circuit Comme les orientations des zones faibles 64 à 72 sont parallèles et transversales, on a moins de retour de flamme dans les parties épaisses 52 à 62, ce qui entraîne une extinction rapide des arcs et un isolement plus rapide du circuit On a moins de 15 matière volatilisée dans les parties épaisses 52 à 62 pendant la coupure, ce qui réduit la quantité d'énergie requise avant que le fusible 10 n'interrompe le circuit. Bien que les arcs dans les zones faibles 64 à 72 soient en série, ils ne sont pas alignés, mais perpendiculaires à l'axe longitu20 dinal de l'élément fusible 18 Donc, chaque partie épaisse entière 52 à 62 doit être brûlée presque complètement avant que les arcs ne forment des ponts d'une zone faible à la suivante Cela nécessite une source d'énergie capable de fournir une quantité d'énergie extrêmement grande. Les orientations parallèles et transversales des zones 64 à 72 permettent d'avoir un plus grand nombre de zones faibles Il est préférable d'avoir un grand nombre de zones faibles car, bien que le courant dans chaque zone faible soit le même, la tension aux bornes de l'élément fusible 18 est à diviser par le nombre des zones 74 à 30 72 Donc, la tension aux bornes de chaque zone 74 à 72 est beaucoup plus faible et les arcs entre ces bornes se dissipent plus rapidement, ce qui ramène plus rapidement le courant à zéro. La distance entre les extrémités 14 et 16 est un facteur qui limite, dans un fusible donné, le nombre des zones faibles et des 35 parties épaisses Comme les zones faibles 64 à 72 sont perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'élément 18, on peut prévoir plus de zones faibles pour une même longueur d'élément fusible 18 en réduisant ainsi la tension sur chacune d'elles. On va examiner plus en détail les parties du fusible et, à titre d'illustration, la zone faible 64 qui est située entre l'entaille 74 prévue dans le bord 28 de l'élément 18 et l'entaille 76 prévue dans son c 8 té 40 L'entaille 74 comprend un bord 78 pratiquement 5 perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément 18 et un bord supérieur 80 qui fait un angle aigu avec le bord 78 De même l'entaille 76 comprend un bord 82 pratiquement parallèle au bord 78 et perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément 18 et un bord inférieur ou second bord 84 pratiquement parrallèle au bord 80 et 10 faisant un angle aigu avec le bord 82 La zone faible ou partie fusible 64 se trouve entre les bords 78 et 82 et les points de rencontre des bords 78 et 80 et des bords 82 et 84 Chaque zone faible 66 à 72 est définie par des points des bords d'entaille semblables de l'élément 18 Les zones faibles 64 à 72 sont étroites 15 dans le sens transversal et relativement courtes dans le sens longitudinal Cependant elles sont suffisamment longues pour que la partie épaisse 52 soit décalée par rapport à la partie épaisse adjacente 54. Donc, les parties épaisses adjacentes 52 à 62 sont respectivement décalées sur les côtés opposés des zones faibles 64 à 72, rendant la 20 communication ou l'effet de pont entre les arcs plus difficiles, ce qui réduit le temps d'isolement du circuit. Bien qu'on ait montré et décrit un exemple particulier de réalisation de l'invention, on doit comprendre que l'invention n'est pas limitée pour autant et que des modifications peuvent être appor25 tées, particulièrement en ce qui concerne les dimensions et l'enveloppe de l'élément. REVENDICATIONS 1) Fusible électrique ( 10) comprenant un élément fusible ( 18) dont le corps en matière électriquement conductrice est allongé et a des première et seconde extrémités, une enveloppe ( 12) et des bornes ( 20, 24) électriquement conductrices reliées respectivement aux extré5 mités de l'élément fusible, caractérisé en ce que l'élément fusible comporte une pluralité de points ou zones faibles ( 64, 66, 68, 70, 72) sensiblement parallèles, une pluralité de parties épaisses ( 52, 54, 56, 58, 60, 62) séparées par lesdites zones faibles, et un axe longitudinal dans le sens de la longueur dudit corps de l'élément de 10 fusible, les zones faibles étant orientées pratiquement perpendiculaire audit axe longitudinal et lesdites parties épaisses étant dirigées pour former un angle aigu avec ledit axe longitudinal. 2) Fusible suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des zones faibles se trouve entre deux des parties épaisses 15 et les sépare, ledit axe longitudinal passant à travers chacune des zones faibles. 3) Fusible suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites zones faibles sont délimitées par une pluralité de premières entailles ( 74) formées sur le premier côté ( 28) dudit corps 20 allongé de l'élément fusible, chaque première entaille comprenant un premier bord ( 78) pratiquement perpendiculaire audit axe longitudinal et un second bord ( 80) rencontrant son premier bord et s'éloignant de celuici en faisant un angle aigu avec lui, et une pluralité de secondes entailles ( 76), chaque seconde entaille comprenant un pre25 mier bord ( 82) sensiblement parallèle aux premiers bords des premières entailles et un second bord rencontrant son premier bord ( 82), et sensiblement parallèle auxdits seconds bords des premières entailles, chaque zone faible étant délimitée par le point de rencontre des premier et second bords des premières entailles et le point de 30 rencontre des premier et second bord des secondes entailles. 4) Fusible suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque corps d'élément fusible comporte un premier c 8 té et un second côté, dont chacun a une allure en dents de scie. ) Fusible suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé 35 en ce que les zones faibles sont en série d'un point de vue électrique. 1 c 6) Fusible suivant l'une des revendications 1 à S, caractérisé en ce que les parties épaisses comportent des pointes qui aident à centrer ledit élément fusible dans son enveloppe. 7) Fusible suivant la revendication 6, caractérisé en ce que 5 lesdites pointes sont disposées pour positionner les zones faibles près de l'axe central de l'enveloppe, afin de transmettre un minimum de chaleur à l'enveloppe. 8) Fusible suivant l'une des revendications 1 et 3 à 7, caractérisé en ce que lesdites zones faibles sont sensiblement paral10 lèles entre elles et perpendiculaires audit axe longitudinal et en ce que lesdites partie épaisses forment un angle aigu avec ledit axe longitudinal. 9) Fusible suvant l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la largeur de chaque zone faible est la plus petite 15 distance entre les premiers bords des première et seconde entailles adjacentes. ) Fusible suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque zone faible est située entre des parties épaisses adjacentes, chaque partie épaisse ayant un bord haut et un bord bas, 20 lesdites zones faibles étant placées de manière que chaque extrémité du bord haut d'une partie épaisse soit reliée par une zone faible à une extrémité du bord bas de la partie épaisse adjacente, de façon que le courant passant à travers chaque zone faible ait une direction perpendiculaire audit axe longitudinal.