Brevet FR2625604A1 — publié le 19890707

La présente invention a pour objet un dispositif de protection à fusible comportant un conducteur métallique susceptible d'étire détruit par fusion en cas de surintensité. Les dispositifs de protection à fusible dons leur réalisation la plus simple -un fil conducteur calibré tendu à l'intérieur d'un tube isolont fermé par deux capsules métalliques- ne sont pas toujours capables d'assurer une protection suffisante pour l'usage professionnel. Dans certaines conditions (amplitude et forme de l'onde de surtension, caractère plus ou moins selfique du circuit ...), l'étincelle de rupture qui suit la fusion du fil maintient une conduction suffisante pour entratner des effets catastrophiques sur les circuits électri que s/électroniques aval. De plus cette étincelle attaque les capsules, et le métal arraché par pulvérisation/évaporation se dépose, avec celui provenant du fil fusible, sur les parois de la cartouche suivant une couche plus ou moins conductrice qui contribue également à maintenir la-conduction du dispositif après fusion. Enfin l'attaque des capsules peut être suffisamment intense pour les percer (particulièrement I'anodique) et provoquer ensuite des dégats sur l'environnement extérieur. Tous ces inconvénients sont bien connus et les normes imposent aux dispositifs de protection à fusible de couper sans "manifestations extérieures notables" et d'assurer une résistance d'isolement minimum. Jusqu'b ce jour, la solution généralement adoptée par les fabricants de dispositifs de protection à fusible pour maîtriser les problbes posés par l'étincelle de rupture consiste à bourrer la cartouche de sable de silice. Mais c'est une solution qui ne facilite pas la fabrication et qui présente en outre divers inconvénients comme de retarder la fusion du fil fusible (par contact thermique plus ou moins aléatoire avec les grains de sable) ou de conserver une conduction gênante oprès fusion (par agglutination des grains de sable avec les produits de fusion). Le brevet fronçais NO 8024971 propose une autre solution qui consiste à obtenir l'extinction rapide de l'étincelle de rupture par soufflage magnétique en utilisont des aimants permanents et isolants comme les ferrites, ou mieux, les plostoferrites (encore appelés élastomères ågnétiqu-es en feuille Qu élastoferrites). Ces derniers matériaux, bon marché et faciles à mettre en oeuvre se présentent sous forme de feuilles. souples, obtenues par calandrage de poudre de ferrite dans un polymère synthétique thermoréticulable suivi d'une aimantation dans le sens de l'épaisseur. Le brevet cité concerne des dispositifs utilisant des plaquettes de ferrite ou de plastoferrite monopolaires aimantées dans le sens de l'épaisseur, le fil fusible étant bloqué par des moyens mécaniques pour en empêcher les déplacements. La présente invention a pour objet des formes de réalisation particulières du soufflage magnétique utilisant des plaquettes de ferrite ou de plastoferrite multipolaires aimantées dans le sens de l'épaisseur. Cette géométrie d'aimantation, qui est d'ailleurs celle adoptée généralement par les fabricants de ce genre de matériaux, a de nombreux avantages, et notamment - Le fil fusible disposé transversalement aux bandes polaires n'a plus besoin d'être immobilisé mécaniquement puisque les forces électromagnétiques se compensent.Le fil fusible reste pratiquement immobile même lorsqu'il est parcouru par du courant alternatif pour peu que le pas d'aimantation soit assez court compte tenu de l'inertie et de la rigidité du fil. On peut même réaliser des dispositions où le fil fusible, par le jeu des forces électromagnétiques et des tensions mécaniques est maintenu sans contact, par exemple, dans l'axe d'un tube cylindrique formé de ferrite ou d'une feuille de plastoferrite enroulée. - L'étincelle de rupture est soufflée alternativement au pas de l'aimantation suivant un parcours en zig-zag qui l'allonge considérablement (ceci rend inutile le recours aux dispositifs en forme de peigne utilisés pour compléter le soufflage monopolaire). En meme temps la mince colonne de plasma formant l'étincelle de rupture est soumise à des forces de décohésion et de dilatation transversale qui la refroidissent. Ces deux effets coopèrent pour éteindre rapidement l'arc et réduire l'attaque des capsules. - La couche de résidus et du métal pulvérisé/évaporé déposé sur la ferrite ou la plastoferrite est fractionnée au pas de l'aimantation, ce qui a pour conséquence de la rendre non conductrice dans la direction transversale aux bandes polaires et permet l'emploi de résines synthétiques pour réaliser les cartouches des fusibles sans affecter sensiblement leurs performances. A titre d'exemple on a décrit di-dessous et représenté schématiquement au dessin annexé diverses formes de réalisation conformes à l'invention. Dans le dessin La figure 1 illustre schématiquement le principe de l'invention, La figure 2 illustre un mode de réalisation de l'invention où le fusible est fixé sur la plaquette de ferrite ou de plastoferrite, La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention où lo plaquette de ferrite ou de plastoferrite comporte une ouverture dans sa partie centrale, La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'invention où le fil fusible est tenu entre deux plaquettes de ferrite ou de plastoferrite, Lo figure 5 illustre un mode de réalisation de l'invention où les plaquettes de ferrite ou de plastoferrite comportent une ouverture dans leur partie centrale, La figure 6 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation de l'invention où l'ensemble fil fusible - plaquette(s) de ferrite ou de plastoferrite est placé à l'intérieur d'une cartouche hermétique, La figure 7 est une vue en coupe transversale de la figure 6 suivant la ligne de coupe I-II, La figure 8 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation de l'invention où le fil fusible est placé sans contact dans l'axe d'une cartouche hermétique revêtue intérieurement d'une feuille de plastoferrite. La figure 1 illustre schématiquement le principe de l'invention. Un fil fusible 1 est tendu sur la face aimantée multipolaire d'une plaquette 2 réalisée en ferrite ou découpée dans de la feuille de plastoferrite, transversalement au réseau de bandes polaires parallèles 3. Pour la clarté de la figure on a dessiné seulement trois bandes S-N-S et on a indiqué sur la tranche de la plaquette le parcours des lignes moyennes de flux en pointillé, mais il est clair qu'il peut y en avoir davantage. Conformément à la Loi de Laplace, le fil parcouru par un courant est soumis au-dessus de chaque bande à une force électromagnétique qui lui est perpendiculaire et parallèle à la plaquette. Il est donc soumis à des forces successivement opposées, et du fait de sa rigidité et de son inertie mécanique il reste immobile ainsi qu'il a éte écrit précédemment. Par contre, l'étincelle de rupture qui suit la fusion du fil subit un cisaillement qui a pour effet de l'allonger suivant un parcours en zig-zag. A titre d'exemple de foisabilité, pour une feuille de plastoferrite de 0,5mur d'épaisseur, aimantée sur une face suivant des bandes polaires de 1mm de large disposées au pas de 2,5mm, on a une force portante de 40g/cm2 : un calcul grossier montre qu'on peut estimer à 0,11T le champ d'induction magnétique sortant des bandes. Un électron lancé avec une vitesse correspondant à une tension accélératrice U subit une déviation de rayon de courbure R : 0,00003 x R soit 0,3mm pour U=100V, grandeur qui montre bien l'importance de l'effet de cisaillement sur l'étincelle de rupture. La figure 2 illustre un mode de réalisation de l'invention où le fil fusible est fixé sur la plaquette de ferrite ou de plastoferrite. Le fil 1 traverse la plaquette 2 aux deux extrémités par des trous 4. Dans le cas de la plastoferrite, celo peutêtre fait par passage forcé dans la matière souple, par exemple au moyen d'une aiguille : la matière souple tend à se refermer automatiquement et à coincer le fil en position tendue au-dessus de la face aimantée. La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention où la plaquette de ferrite ou de plastoferrite comporte une ouverture dans sa partie centrale. Le fil 1 est tendu sur la face aimantée d'une plaquette 2 comportant un évidement 5 dans sa partie r }trale, par exemple en forme de boutonnière. Cette géométrie présente l'avantage de séparer la zone de fusion du fil des zones d'extinction de l'étin- celle et permet de conserver au dispositif les caractéristiques de fusion du fil seul puisque ce dernier est préservé sur une longueur suffisante de tout contact thermique pouvant retarder sa fusion. La figure 4 illustre un mode de réalisation de l'invention où le fil fusible est tenu entre deux plaquettes de ferrite ou de plaste ferrite. Le fil 1 est pris entre deux plaquettes 2 en contact par leurs faces aimantées et serrées par attraction magnétique. La figure 5 illustre un mode de réalisation de l'invention où les deux plaquettes de plastoferrite comportent une ouverture dans leur partie centrale. Le fil 1 est pris entre deux plaquettes 2 comportant un évidement 5 dans leur partie centrale, en contact par leurs foces aimantées et serrées par attraction magnétique. Cette géométrie présente l'avantage de séparer la zone de fusion des zones d'extinction de l'étincelle et permet de conserver au dispositif des caractéristiques de fusion du fil seul puisque ce dernier est préservé sur une longueur suffisante de tout contact thermique pouvant retarder sa fusion. Dans ces deux derniers modes de réalisation, les plaquettes de ferrite ou de plastoferrite peuvent être violemment écartées l'une de l'autre par l'étincelle de rupture. On peut améliorer le fonctionnement de ces dispositifs en maintenant les plaquettes mécaniquement solidaires sur leur périphérie par divers moyens comme le pincement, le collage, le frettage par bande adhésive La figure 6 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation de l'invention où l'ensemble fil fusible - plaquette(s) de ferrite ou de plastoferrite est placé à l'intérieur d'une cartouche hermétique. Un ensemble formé d'un fil fusible 1 tenu entre deux plaquettes 2 comportant un évidement central 5 est positionné à l'intérieur d'un tube isolant cyl:: cue 6 entre deux rainures diamétralement opposées réalisées par des rebords 7 profilés dans le tube. Ces rebords peuvent Autre avantageusement prévus pour exercer un pincement sur les bords laquettes. Le tube est fermé par deux capsules métalliques 8 sur le ou elles on vientroccorder le fil fusible, par exemple par soudage. La figure 7 est une vue en coupe transversale de la figure 6 suivant la ligne de coupe I-II. Tous les ensemble fil fusible - plaquette(s) qui ont été décrits précédemment sont acceptés dans ce type de montage. La, ou les plaquette(s) pleine(s) peuvent astre fractionnée(s) de manière à laisser le fil fusible libre sur une certaine longueur. Le fil peut éventuelle mett être fixé sur la, ou les plaquette(s) par le moyen indiqué sur la gure 2. Le positionnement/pincement latéral de l'ensemble fil - plaquettes peut Entre réalisé par d'autres moyens que les rainures, par exemple trace à deux demi-coquilles cylindriques plaquées contre les parois du tube. La figure 8 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation de l'invention où le fil fusible est placé sans contact dans l'axe d'une cartouche hermétique revêtue intérieurement d'une feuille de plostoferrite. Le fil fusible 1 est tendu à l'intérieur d'un tube cylindrique isolant 6 dans lequel est enroulée une feuille de plastoferrite 2. Cette fe~i1le est disposée de façon à présenter la face ai tée vers le centre et le réseau de bandes polaires transversal à l'axe du tube, réalisant ainsi une succession de couronnes polaires alternées. Le tube est fermé par deux capsules métalliques 8 sur lesquelles on vient raccorder le fil fusible.Ce mode de réalisation selon l'invention met aussi en évidence son intérêt lors de l'utilisation de cartouches fragiles, en verre par exemple, qui explosent sous l'effet d'une étincelle de rupture particulièrement énergétique et que l'emploi du plastoferrite multipolaire protège très efficacement dans ce cas. D'autres configurations peuvent hêtre envisagées pour le revente ment de plastoferrite représenté sur la figure 8, comme par exemple l'inclinaison des bandes polaires par rapport à la perpendiculaire de l'axe du cylindre ou la division longitudinale de la feuille de manière à décaler les bandes polaires. On peut également envisager de remplacer l'ensemble tube - feuille de plostoferrite par un tube de ferrite. On reste encore dans le cadre de l'invention telle qu'elle est illustrée par tout ce qui précède, lorsque a) le fil fusible est réalisé par film conducteur déposé directement sur la face aimantée de la ferrite ou de la plastoferrite, soit par métallisation sous vide, soit par impression à chaud de films métallisés, soit par sérigraphie à l'encre conductrice, soit par tout autre moyen approprié. b) l'aimantation multipolaire "une face est remplacée par une aimantation multipolaire "double face" sur la ferrite ou la plastoferrite. c) une plaque de fer doux est placée sur la face arrière de la ferrite ou de la plastoferrite pour renforcer le champ d'induction magnétique. d) un entrefer est ménagé par entretoisement entre les plaquettes de ferrite ou de plastoferrite au lieu de les laisser plaquées l'une contre l'autre. e) les pièces de ferrite ou de plqstoferrite sont remplacées par des pièces réalises par moulage suivi d'une aimantation multipolaire à partir d'un matériau composite formé de grains de ferrite enrobés dans une matrice plastique. f) le conducteur fusible est incliné par rapport aux bandes polaires de l'élastoferrite au lieu d'être disposé perpendiculairement. g) la cartouche est réalisée sous une forme autre que cylindrique. REVENDICATIONS 1) Dispositif de protection à fusible comportant un conducteur susceptible d'être détruit par fusion, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une plaquette constituée au moins partiellement de ferrite, ladite plaquette étant aimantée dans le sens de ltépaisseur suivant une configuration multipolaire alternée, et le conducteur disposé du coté de la face aimantée, transversalement aux bandes polaires. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit conducteur traverse ladite plaquette à ses extrémités. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérise' en ce que ladite plaquette comporte une ouverture dans sa partie centrale. 4) Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conducteur fusible est disposé entre deux plaquettes. 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les bords des plaquettes sont mécaniquement solidaires. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les plaquette(s) sont découpées dans une feuille souple de plastoferrite. 7) Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le conducteur fusible est réalisé par un film conducteur déposé sur la face aimantée de la plaquette. 8) Dispositif selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble conducteur-plaquette(s) est placé à l'intérieur d'une cartouche isolante hermétique. 9) Dispositif de sécurité comportant un conducteur susceptible d'être détruit par fusion, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cartouche isolante constituée au moins partiellement de ferrite, ladite cartouche étant aimantée dans le sens de l'épaisseur suivant une configuration multipolaire alternée transversale, et le conducteur fusible disposé dans l'axe de la cartouche. 10) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ladite cartouche est réalisée en enroulant une feuille de plastoferrite, face magnétique tournée vers le centre et bandes polaires orientées transversalement à l'axe, à l'intérieur d'un tube isolant cylindrique.