Brevet FR2553925A1 — publié le 19850426

La présente invention a trait aux dispositifs de commutation et elle vise plus particulièrement des commutateurs à deux positions du type à rotation et/ou à poussée dans lequel un empilement de sections de commutation sont actionnés par un arbre sélecteur commun. Des commutateurs de contrôle du type présentement décrit sont bien connus, et de nombreux modèles de ceux-ci sont utilisés par exemple dans les 10 services électriques ou dans les unités de production de forte puissance. De tels dispositifs de contrôle sont habituellement montés sur panneaux en groupes associés sur des tableaux de contrôle de puissance De tels 15 groupes sont formés chacun d'un empilement de section de commutation, chacune de ces sections ayant au moins deux contacts mobiles et deux contacts fixes Une tige de manoeuvre ou arbre s'étend axialement à travers l'empilement et comporte soit une manette de manoeuvre manuelle, 20 soit un électro-aimant rotatif ou tout autre moyen de manoeuvre électrique. D'une manière générale le montage d'un commutateur de contrôle est d'un type combinant la rotation et la poussée (translation) et comprenant des 25 sections à rotation et des sections à poussée Les sections à rotation sont arrangées pour prendre l'un ou l'autre des états ouvert ou fermé (I/0) par une rotation de l'arbre d'approximativement 45 environ, tandis que les sections à poussée sont arrangées pour prendre l'un ou 30 l'autre des états I/O suivant que l'arbre est poussé ou tiré. A cause des conditions dans lesquelles ces dispositifs de contrôle sont utilisés, on peut attendre au passage d'assez forts courants à travers 35 les contacts lorsque ceux-ci sont fermés Cependant, la construction des organes de contact et de manoeuvre dans les contacteurs de ce type actuellement disponibles, est telle que les contacts d'un couple de contacts fixe et mobile ne se meuvent l'un par rapport à l'autre que dans une seule dimension, par exemple de bas en haut; c'est à-dire que puisque le contact mobile est traditionnelle5 ment rigide, le contact mobile et le contact fixe de chaque section de commutation se rapprochent ou s'éloignent l'un de l'autre suivant une seule dimension Il résulte de cela que les contacts se heurtent de façon br et qu'il se produit souvent un amorçage d'arc et un 10 creusement perceptibles des contacts même après seulement une courte durée d'utilisation. Si un mouvement de balayage ou d'essuyage des contacts fixe et mobile, l'un par rapport à l'autre était provoqué, la fermeture des contacts se 15 ferait en douceur et avec une diminution très nette de l'arc et du creusement Toutefois et jusqu'à présent, on a considéré comme impraticable de prévoir une disposition entraînant un mouvement de glissement d'un contact par rapport à l'autre dans un commutateur à rotation et 20 poussée de type conventionnel. En considération de ce qui vient d'être dit, c'est un objet de la présente invention que de proposer un commutateur du type à poussée et/ou à rotation qui évite les inconvénients sus mentionnés des 25 dispositifs de l'art antérieur, et qui effectue la fermeture des contacts avec une action de balayage. C'est encore un objet de l'invention que d'améliorer la conductance de contact d'un commutateur de contrôle, et de réduire l'amorçage d'arc et 30 le creusement des organes de contact d'un tel contacteur. Conformément à plusieurs des formes de réalisation possibles de la présente invention, un ensemble de commutation est pourvu du type combinant la rotation et la translation et comportant une pluralité de 35 sections de commutation incluant au moins une section de commutateur à rotation et au moins une section de commutateur à translation; ces sections empilées sont actionnées par un arbre commun central passant à travers lesdites sections, ledit arbre étant rotatif et translatable axialement dans certaines limites de façon à changer les états I/O (marche/arrêt) des sections de commutation respectivement Ladite section au moins de commutation rotative incorpore au moins une paire de bornes, une came rotative avec l'arbre, un doigt de contact suiveur de came assez rigide sollicité contre la came et mobile en relation avec la came entre une position ouverte et une position fermée, 10 le doigt de contact ayant une extrémité reliée avec l'une des bornes de la paire de bornes; l'autre extrémité du doigt comporte un organe de contact mobile disposé sur le doigt de manière à pouvoir entrer en contact avec un organe de contact fixe relié électriquement à 1 ' autre borne de i a pa ire de bornes lorsque le doi;gt de contact est dclans sa posi t ion fermée Ladiite sect ion au mo ins de commutation par translation incorpore une paire de bornes et un organe support isolant disposé potur se mouvoir axial ement avec la t ige ent re un f-, posi t ion ou Jvert(e et -une 20 position fermée, et ine paire d'organes de cont act mobiles montés sur 1 e support polur po Ivoi r entrer en contact; avec des organes fixes de contact correspondants qui sont reliés électriquement aux bornes, ces organes de contact s'accouplant lorsque l'organe support est dans sa position 25 fermée. Conformément aux perfectionnements apportés par la présente invention, ladite autre extrémité du doigt de contact suiveur de came comporte une lamelle flexible conductrice et résiliante, l'organe de 30 contact étant monté sur la lamelle De façon similaire l'organe support d'une section de commutation par translation incorpore une lamelle flexible résiliante et conductrice supportant chacun des contacts mobiles associées à l'organe support Il résulte de cette structure que chaque 35 fois que 'arbre est tourne et/ou déplacé axialement pour placer le doigt de came et/ou l 'organe support dans la position fermée de ceux-ci, en bandant la lamelle asso- ciée, 'accoupl ement des organes de contact fixes et mobiles s'effectue avec un mouvement de glissement ou d'essuyage DSuivant une forme préférée de réalisation le doigt de contact est réalisé en cuivre raide et son extrémité est conformée en décrochement ou encore en patte de chien La lamelle conductrice est formée d'un alliage cuivre-beryllium et elle est fixée sur le bras en regard de la partie en décrochement de façon à 10 être parallèle à celle-ci mais normalement séparée d'elle; l'organe de con ac ess' r' nr'A;',,, r dôme en argent et il est avantageusement situé à l'extrémité de la lamelle de cuivre-beryllium. Dans d'autres formes préférées 15 de réalisation relatives à des contacteurs à translation, la lame flexible est fixée sur une partie dite nez de l'organe support et elle a pour fonction de ponter une paire de contacts fixes quand l'organe support est en position fermée De préférence cette lame est en cui20 vre-beryllium montée et déplacée axialement à partir de l'organe support tandis que les organes de contact mobiles sont disposés aux extrémités de la lame La lame peut être formée de deux, ou plus, lames superposées, et elle est avantageusement montée de façon symétrique sur le support 25 par le moyen d'un socle. Dans d'autres formes de réalisations le support peut comporter une paire de disques supports isolants disposés axialement indépendamment l'un de l'autre et supportant des lames conductrices sur leurs 30 faces en regard L'organe de contact mobile peut inclure deux paires de contacts montées chacune respectivement sur une lame conductrice Les contacts passent à travers des ouvertures du disque isolant associé, un espace étant ménagé tout autour de chaque contact; une pression de 35 fermeture sur les contacts entraîne ceux-ci à s'infléchir vers l'intérieur et à basculer avec un mouvement d'essuyage; les deux lames conductrices pouvant être pontées 255392 S ensemble. Dans toutes ces formes de réalisation, aussi bien que dans d'autres voisines, le montage du contact mobile sur la lame flexible en beryl5 lium-cuivre ou autre permet aux contacts fixes et mobiles de frotter l'un contre l'autre lorsqu'ils entrent en contact; ceci résulte du fait que la lame, ou lamelle, agissant comme organe flexible, ajoute un degré de liberté au mouvement de contact mobile; l'accouplement du contact 10 mobile avec son contact fixe associé est plus graduel qu'avec le montage conventionnel, d'o il est établi qu'il est fait et rompu à chaque manoeuvre avec plus de douceur; il en résulte une diminution de l'amorçage d'arc et un moindre creusement, et finalement une plus grande 15 durée de vie des contacts. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une forme préférée de réalisation en relation avec les figures des planches 20 annexées dans lesquelles: La fig 1 est une vue de côté d'un montage de commutateur à rotation et translation combinées, comportant les perfectionnements de l'invention, Les fig 2 et 3 sont des vues respectivement arrière et en coupe longitudinale, d'une section rotative d'un commutateur de la fig l, Les fig 4 et 4 a illustrent à échelles différentes un doigt de contact d'un commutateur 30 à rotation, Les fig 5 et 6 sont des vues respectivement arrière et en coupe longitudinale d'une section à translation d'un commutateur de la fig 1, La fig 7 est une coupe suivant 35 la ligne VII VII de la fig S, I.Les fig 8 et 9 sont des vues respectivement arrière et en coupe longitudinale d'une section à translation d'une autre forme de réalisation et, La fig 10 est un détail en coupe de la figure précédente. S Sur la fig 1 un ensemble 10 de commutation comporte une section de tête et de type conventionnel, et une manette 14 pourvue d'un bouton de verrouillage 16 qui est poussé ou comprimé pour libérer la manette 14 Une barre centrale ou arbre 18, ayant une 10 section transversale carrée ou hexagonale, est solidaire de la manette 14 et passe à travers la tête 12 Une pluralité de sections 20 de commutation du genre rotative ou à rotation, et de section 22 à poussoir, ou à translation, sont empilées ensemble sur la tête 12 Une plaque d'extré15 mité 24 est disposée sur la tête 22 et plusieurs tiges filetées 26 passent à travers la plaque 24, la tête 12 et les sections 20 et 22 pour être fixées par des écrous 28; des joints 30 séparent les unes des autres les sections successives 20,22. Comme cela apparaît sur les fig 2 et 3, chacune des sections 20 est formée d'un boitier en matière plastique isolante 32 comportant quatre bornes 34,36,38,40 accessibles depuis les côtés de la section Un premier et un second doigt de contact 42 et 44 25 s'étendent respectivement depuis les bornes inférieures 36,40 jusqu'aux bornes supérieures 34,38 Ces doigts 42 et 44 sont de préférence réalisés de cuivre raide recouvert d'argent; comme cela apparaît encore mieux à la fig 3 un ressort 46 sollicite le doigt de contact associé 42 ou 44 30 vers une position fermée; une came à rotor 48 est montée sur l'arbre 18 pour tourner avec lui d'un certain angle, par exemple 45 , pour fa-ire passer les doigts de contact 42 et 44 de leur position ouverte à leur position fermée et vice-versa. Sur les fig 4 et/ou 4 a les doigts de contact 42 et 44 ont chacun un pied 50 disposé de manière à faire charnière dans une fente d'une barre I faisant partie des bornes respectives inférieures 36 et 40, et un genou 52 contre lequel le ressort 46 prend appui; un coude 54 de came coopère avec des première et seconde encoches de détente 56,58 du rotor de came 48; L'encoche 56 est plus profonde que l'encoche 58 et correspond de ce fait à la position fermée du doigt de contact 42 ou 44; l'autre encoche sert de point de relâchement aux doigts de contact. Un organe de contact mobile 60 10 situé à l'extrémité du doigt 42, ou 44, est accouplé avec un organe de contact fixe 62 correspondant solidaire d'une barre de contact faisant partie d'une barre supérieure 34 ou 38. Comme cela apparaît bien sur la 15 fig 4, à la différence des dispositifs conventionnel s, l'extrémité du bras 42 ou 44, dans cette forme particulière de réalisation, comporte une partie 64 esquivée, ou encore en déport ou en patte de chien; une lamelle 66 flexible conductrice en beryllium-cuivre est fixée par un 20 rivet en surplomb de la partie 64 et un contact (ou plot) est fixé à l'extrémité de la lamelle; dans le cas présent le contact 60 est un petit dôme d'argent pur. A cause de la flexibilité de la lamelle 66 les contacts 60 et 62 se referment l'un sur 25 l'autre avec un mouvement de basculement et de frottement; c'estàdire que lorsque les contacts se referment, l'angle d'impact, ou encore la position de leur point de tangence varie; il en résulte que ll es contacts roulent l'un sur l'autre au moins de façon très légère de telle 30 sorte que la pression qu'ils exercent l'un sur l'autre n'est pas toujours appliquée au même point, ce qui n'est bien sûr pas le cas avec les contacts de conception traditionnelle pour lesquels l 'entrée en contact se fait suivant une seule dimension ou direction. Par ailleurs et comme cela est visible sur la fig 4 a, en plus du point de contact A entre les contacts 60 et 62, il se produit un autre contact au point B o le dos du contact 60 touche la partie déportée 64, ainsi qu'au point C oỉ se 1 ro,,ve l; 1 jonc, on entre ls doigt 42 et la lamelle 66 Il résulte de cette disposition que le courant se divise suivant deux passages ABC et AC, ce qui réduit la résistance globale de contact. Ainsi que représenté sur les fig 5 et 6, les sections de commutation à translation 22 peuvent être formées d'un boitier 70 (d'une épaisseur approximativement égale au double de celle d'un boitier 32 10 des sections à rotation 20) comportant aussi quatre bornes 72,74,76 et 78 Un mécanisme plongeur 80 est conçu pour se mouvoir d'avant en arrière avec le mouvement axiale de l'arbre 18 mais-non pour se mouvoir en rotation avec lui; le mécanisme plongeur incorpore un disque isolant 82 15 comportant une paire de protubérances 84 destinées à interdire sa rotation à l'intérieur du boitier 20; le disque 82 comporte aussi une paire de nez 86 diamétralement opposées par rapport à l'arbre 18. Une paire de contacts en ailet20 te 88 sont disposées chacune sur un nez 86; ces organes de contact en ailettes 88 s'appliquent à des organes de contact 90 couplés chacun à une des bornes supérieures 72 et 76 ou à une des bornes inférieures 74 et 78; comme montré à la fig 7 chaque organe en ailette 88 est formée 25 de deux lames flexibles 92 et 94 de berylliumcuivre, et est fixé de façon symétrique sur respectivement un nez 86 au moyen d'un rivet 96 Une rondelle d'espacement 98 sert de socle pour maintenir l'organe en ailette 88 écarté d'une certaine distance du disque 82 Des contacts mobiles 30 100 sont montés sur la face opposée de l'organe en ailette pour pouvoir être appliqués sur des contacts fixes 90; ces contacts 100 sont avantageusement formés par un dôme en argent pur. Lorsque le disque 82 est mû 35 axialement pour amener le contact mobile 100 à percuter le contact fixe 90, la flexibilité de l'organe en ailette 88 contribue à donner aux contacts 90,100 une action de glissement ou d'essuyage lorsqu'ils se referment l'un sur l'autre. Revenant à la fig 6 le mécanisme à plongeur 80 de la section à translation 22 est représenté avec un manchon 102 sur lequel est monté le disque 82, un ressort 104 sollicitant le disque 82 en prenant appui sur le manchon tandis qu'un ressort 106 sollicite le manchon 102 en prenant appui sur le manchon 70; cette disposition procure une protection de dépassement. Une autre forme de section en translation 22 ' va être maintenant exposée en relation avec les fig 8 et 9 Dans le cas de cette section 22 ', un premier jeu de bornes supérieur et inférieur 110,112 est disposé dans l'un des côtés d'un boitier 70 ' tandis qu'un 15 second jeu de bornes supérieur et inférieur 114,116 est disposé dans l'autre côté du boitier. Un mécanisme plongeur à translation 120 incorpore un premier disque isolant rigide 122 et un second disque isolant rigide 124 espacés indépen20 damment l'un de l'autre Ces organes 122,124 comportent chacun un recouvrement métallique conducteur sur leurs faces en regard, les recouvrements métalliques étant en relation électrique. Comme on pourra mieux le voir 25 sur la fig 10, au moins une partie du recouvrement métallique est constitué d'une feuille 130,132 résiliante et flexible en béryllium-cuivre A chacune des extrémités supérieure et inférieure des disques 122,124 sont disposes une paire de contacts d'argent en dôme 134 et 136 30 solidaires respectivement des feuilles 130 et 132; les disques isolants 122,124 comportent des ouvertures 138 et 140 ménageant un espace suffisant pour le libre débattement des contacts 134 et 136 à travers eux Les feuilles de beryllium-cuivre 130 et 132 sont sollicitées contre 35 leur disque associé 122 et 124 mais ne sont pas fixées contre et sont libres de s'en écarter par flexion lorsque les contacts mobiles 134 et 136 sont déplacés vers leur position fermée par rapport aux contacts d'accouplement 142,144,146 et 148 reliés électriquement aux bornes 110, 112,114 et 116 respectivement Dans cette section de commutation 22 ', les contacts 142 et 144 sont disposés sur les faces du mécanisme plongeur, tandis que les autres contacts 146 et 148 sont disposés à l'arrière de celui-ci. Il pourra être observé par un homme de l'art que les sections rotatives et à translation comportant les perfectionnements de l'invention peuvent être 10 appliqués aussi bien à des interrupteurs I/0 qu'à des commutateurs, en fonction de l'organisation interne de ces dispositifs. Il apparaît aussi que les sections 20,22 et 22 ' conformes à l'invention peuvent être 15 adaptées à des montages -de commutation existants pour améliorer les performances de ces derniers. Les sections à rotation peuvent être arrangées en commutateur unipolaire rotatifs, bipolaires monodirectionnels ou bipolaires bidirectionnels, ou 20 encore en shuntant un certain nombre de sections, le circuitpeut être refermé dans les deux directions. De Leur côté, les sections de commutation à poussée 22,22 ' peuvent prendre des configurations de commutateur pousser-O/tirer-T, pousser-I/ 25 tirer-I, double position I, double position O ou enfin, tirerI/pousser-O. Bien que l'on ait décrit et représenté -des formes particulières de réalisation de la présente invention, il doit être compris que la portée de 30 cette dernière n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle s'entend de tout dispositif de commutation comportant les caractéristiques générales sus-énoncées. 1 l R EV E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de commutation électrique du type comportant une pluralité de sections de commutation empilées, lesdites sections de commutation étant actionnées par un arbre commun central à travers ladite section, ledit _-5 arbre pouvant être m pour changer l'état I/O d'au moins une desdites sections de commutation, ledit dispositif comportant en outre une paire de bornes fixes solidaires du boitier et des moyens mobiles pour relier électriquement lesdites bornes fixes et établir 10 le passage du courant entre elles, ou interrompre le passage du courant, caractérisé: en ce que lesdits moyens des contacts mobiles ( 42,88,120) incorporent à leur extrémité une lamelle flexible ( 66,92,130,132) supportant un 15 organe de contact ( 60,100,136,134) en forme de dôme destiné à entrer en contact avec un plot de contact fixe ( 62,90,142,146) relié aux dites bornes, d'o il résulte que l'entrée en contact de l'organe mobile avec l'organe fixe se fait 20 avec un mouvement de glissement et d'essuyage d'un contact par rapport à I 'autre, d'o il résu'lte finalement une réduction de l'amorçage d'arc du creusement des organes de contact; 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: en ce que la lamelle ( 66) est supportée par un doigt ( 42) conformé à son extrémité supportant la l amelle en patte de chien, ledit doigt comportant en outre un genou ( 52) contre lequel prend 30 appui un ressort ( 46) et; un coude ( 44), en ce que le mouvement de l'organe de contact mobile (doigt 42) s'effectue par un mouvement de rotation de l'arbre ( 18) par l 'intermédiaire d'un rotor de came ( 48) solidaire de l'arbre, le rotor comportant des encoches ( 56) et ( 58) destinées à coopérer avec le coude ( 54), la section de commutation étant ainsi définie comme une section de commutation à rota5 tion; 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé: en ce que ledit doigt ( 42,44) est réalisé en cuivre raide recouvert d'argent; 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé: en ce que ladite lamelle flexible ( 66) est une lamelle flexible conductrice en beryllium-cuivre fixée par un rivet ( 68) en surplomb d'une partie ( 64) déportée d'extrémité du doigt ( 42); 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé: en ce que le matériau constitutif du dôme de contact ( 60) est l'argent pur; 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé: par un mécanisme plongeur ( 80, 120) destiné à se mouvoir d'avant en arrière avec le 20 mouvement axial de l'arbre ( 18) et désolidarisé de lui. en rotation, la section de commutation étant ainsi définie comme une sectioin de commutation à translation ou encore à poussée; 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé: en ce que le mécanisme plongeur incorpore un disque isolant ( 82) comportant une paire de protubérances ( 84) destinées à interdire sa rotation à l'intérieur d'un boitier ( 20), le disque ( 82) compor30 tant en outre une paire de nez ( 86) diamétralement opposé 6 es par rapport à l'arbre ( 18), une paire de contact en ailette ( 88) étant disposées chacune sur un nez ( 86), ces organes de contact en ailettes ( 88) étant destinés à s'appliquer à des organes de contact ( 90) couplés chacun à une des bornes supérieures ( 72, 76) ou 5 à une des bornes inférieures ( 74,78), chaque organe en ailette ( 88) étant formé de deux lames flexibles ( 92,94) de beryllium-cuivre et étant fixé de façon symétrique sur respectivement un nez ( 86) par un rivet ( 96) 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé: par une rondelle d'espacement ( 98) servant de socle pour maintenir l'organe en ailette ( 88) écarté d'une certaine distance du disque ( 82), des contacts mobiles ( 100) étant montés sur la face 15 opposée de l'organe en ailette pour pouvoir être appliqués sur des contacts fixes ( 90), les contacts ( 100) étant avantageusement formés par un dôme en argent pur; 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé: en ce qu'un mécanisme plongeur ( 120) incorpore un premier disque isolant rigide ( 122) et un second disque isolant rigide ( 124) espacés indépendamment l'un de l'autre, les disques ( 122,124) comportant chacun un recouvrement métallique conducteur 25 sur leur face en regard, les recouvrements métalliques étant en relation électrique; 10.-Dispositif selon la revendication 9, caractérisé: en ce qu'au moins une partie dudit recouvrement métallique est constitué d'une 30 feuille ( 130,132) résiliante et flexible en beryllium-cuivre, les feuilles étant solidaires, en ce qu'à chacune des extrémités des disques ( 122,124) sont disposés une paire de contacts d'argent en dôme ( 130,132), et en ce que les disques isolants ( 122,124) comportent des ouvertures ( 138,140) ménageant un espace suffisant pour le libre débattement des contacts ( 134,136) à travers eux, les feuilles de beryllium-cuivre ( 130,132) étant sollicitées contre leur disque associé, mais n'étant pas fixées contre et libres de s'en écarter par flexion lorsque les contacts mobiles ( 134,136) sont déplacés vers leur position fermée par rapport à leur contact d'accouplement fixe 10 ( 140,142,144,146) reliés électriquement aux bornes ( 112,114,116) -