Brevet FR2652199A1 — publié le 19910322

L'invention se rapporte à un dispositif interrupteur de protection, pour un circuit sujet à des courants de court- circuit, dans lequel le développement naturel de l'arc appa- raissant à l'ouverture d'une paire de contacts placés dans une chambre et se déplaçant le long d'un conducteur déflec- teur est assisté et accéléré par une induction magnétique développée par au moins une boucle conductrice de ces cou- rants qui est placée extérieurement à la chambre dans un plan sensiblement parallèle à celui qui passe par ce déflec- teur et par ces contacts. Ces dispositifs, qui sont principalement destinés à équiper des appareils de protection contre les surintensités, utili- sent l'artifice d'une assistance au soufflage de l'arc grace à une induction qui est établie sur son trajet en vue d'accélérer son gonflement et hâter sa déstabilisation. Grâce à cet artifice, on peut construire des appareils limi- teurs de taille réduite dont le besoin se fait ressentir tant pour les installations industrielles que domestiques o le coût technique devient l'un des principaux critères de choix. - 2 - La construction des boucles de courant est une opération relativement dispendieuse dans la mesure o elle requiert, soit l'assemblage de plusieurs éléments, soit le découpage et le pliage de pièces conductrices découpées, dont le développement dans le plan de la feuille métallique d'o elles sont tirées utilise mal la surface disponible; cette technique de découpage est toutefois intéressante en raison de la simplification qu'elle apporte au montage d'appareils fabriqués en très grandes quantités, en dispensant le constructeur d'opérations ultérieures de soudage et/ou d'assemblage. L'invention se propose, par suite, de fournir un dispositif interrupteur tel que défini ci-dessus, dans lequel la conformation de la boucle de courant pourra répondre aux deux impératifs de simplicité ou de facilité d'assemblage et de coût réduit de fabrication. Selon l'invention, le but visé est atteint grâce au fait que cette boucle est formée par une portion longitudinale étirée et cambrée d'une unique ébauche plate découpée dans un feuillard, et présentant: - une première portion d'extrémité propre à être électrique- ment reliée au contact fixe, - une languette prolongeant la première portion parallèle- ment à la portion longitudinale pour constituer le conduc- teur déflecteur, et - une seconde portion d'extrémité qui est placée dans l'ali- gnement de la languette et qui est destinée à rejoindre directement ou indirectement une borne de raccordement de l'appareil recevant le dispositif. D'autres mesures, qui prennent en compte, d'une part, l'efficacité d'une boucle dont la surface couverte et, par suite, la longueur, doivent répondre à certains critères et, -3- d'autre part, la nécessité de ne pas communiquer au matériau utilisé des contraintes de déformation excessives, peuvent amener à définir des proportions intéressantes. Enfin, des dispositions particulières qui visent, elles, l'obtention d'intéressantes caractéristiques de limitation en augmentant l'efficacité de la boucle, seront également précisées ci-dessous. L'invention, ainsi qu'un mode de réalisation préféré et une variante, seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion ci-dessous et à l'examen des figures annexées qui l'accompagnent en illustrant respectivement: A la figure 1, une vue en élévation du dispositif coupé par un plan moyen passant par l'axe de déplace- ment d'une pièce mobile d'interrupteur, et par une borne associée; A la figure 2, une vue de dessus du dispositif selon la figure 1; A la figure 3, une vue en perspective d'une pièce d'assistance magnétique comportant deux boucles de courant; A la figure 4, une vue d'une ébauche qui devrait être utilisée si l'on ne mettait en ouvre que le pliage pour obtenir une pièce d'assistance n'ayant qu'une boucle de courant; A la figure 5, une vue d'une ébauche qui devrait être utilisée si l'on ne mettait en oeuvre que le pliage pour obtenir une pièce d'assistance ayant deux boucles de courant; Aux figures 6 et 7, des vues des ébauches mises en oeuvre dans l'invention; - 4 - A la figure 8, une vue en perspective d'une variante de pièce d'assistance magnétique à deux boucles de courant; A la figure 9, une vue de l'ébauche correspondant à la pièce selon la figure 8; A la figure 10, une vue simplifiée d'une pièce d'assistance magnétique pour un dispositif interrup- teur à simple coupure; A la figure 11, une vue en élévation d'un boîtier destiné à recevoir la pièce conductrice portant les boucles; A la figure 12, une vue en élévation d'une face inter- ne d'une des coquilles du bottier; et A la figure 13, une vue en perspective éclatée des deux coquilles et de l'embase servant à former le bottier isolant. Un dispositif interrupteur 1 dans lequel on peut mettre avantageusement en oeuvre l'invention, peut être incorporé, voir la figure 1, à un boîtier prismatique isolant 2 à l'in- térieur duquel se trouve une (ou deux) chambres de coupure telles que 3; on peut, par exemple, imaginer un dispositif plus complet en établissant une symétrie par rapport à l'axe de déplacement XX' d'un pont de contact mobile 4. Ce pont de contact porte alors des pastilles 5, 6 coopérant avec des pastilles de contacts fixes 7, 8 et se trouve ici soumis à l'action d'un ressort de pression de contact 9 qui peut être comprimé ou relâché par le déplacement d'un pous- soir extérieur 10 agissant sur un moyen de guidage et de maintien latéral 11 du pont de contact. - 5 - Le contact fixe 8 est brasé sur une portion d'extrémité 12 d'une pièce conductrice en cuivre 13 ayant une portion rabattue 14, une branche ascendante 15a, 15, une branche descendante 16 et une seconde portion d'extrémité 17 qui est déportée et rabattue pour recevoir une borne de raccordement 18; un prolongement 19 de la portion 12 constituant un déflecteur s'étend dans la chambre en direction de la borne et rejoint une région 20 opposée aux contacts dans laquelle peuvent se trouver des moyens susceptibles de déstabiliser un arc électrique, tels qu'une fente étroite, des ailettes de fractionnement, etc... Avantageusement, une pièce plate magnétisable 21 est dispo- sée sous le déflecteur 19. Une seconde pièce conductrice de déflexion 22 qui s'éten- drait également dans une chambre symétrique non représentée, permet au courant d'un arc tel que 23 de circuler entre la borne 18 et une borne symétrique opposée 24 en alimentant un second arc 25 symétrique du premier, dont le circuit passe par un déflecteur symétrique 19'. Lorsqu'un courant J circule de la borne 18 à la borne 24 en traversant les conducteurs 17, 16, 15, 14, 12, 19, l'arc 23, le second déflecteur 22 et les éléments symétriques corres- pondants, les différents segments 14, 15, 16, 17 constituent une boucle conductrice 30 susceptible de créer, dans la zone traversée par l'arc entre le contact fixe et la région 20, une induction de direction perpendiculaire à la figure. L'interaction de cette induction et du courant J passant dans l'arc 23 communique à celui-ci des forces de Laplace provoquant un déplacement vers la droite de la figure plus rapide que ne le serait le gonflement naturel, ainsi qu'un allongement de sa colonne imputable aux trajets divergents des déflecteurs; l'arc 23 se trouve de son côté déplacé vers la droite. - 6 - Ces déformations et mouvements de l'arc développent, dans celui-ci, une tension élevée qui est nécessaire à l'obten- tion d'une rapide décroissance des courants de court-circuit tels que J. Ainsi qu'on le voit à la figure 3, on peut relier entre la borne et le premier déflecteur deux boucles 30a, 30b paral- lèles au plan médian PP' du dispositif interrupteur passant par l'axe XX', la pastille 5 et la borne 18. Ainsi qu'on le voit à la figure 4, le développement dans un plan d'une pièce conductrice 30 découpée et pliée ne a comportant qu'une seule boucle de courant telle que 30, conduirait à une très mauvaise utilisation d'une bande de métal. Une situation analogue se présenterait naturellement si une telle pièce comportait deux boucles de courant 30c, b, voir figure 5, dont le développement, dans le plan d'une bande de métal, ne pourrait se faire qu'en opérant une séparation - S - T - par exemple au niveau de demi-portions 17a, 17b. Une ébauche métallique brute de découpage 26 ayant une portion longitudinale 28, 28a, 28b, telle que celle visible à la figure 6, peut avantageusement être utilisée pour réaliser une pièce conductrice ayant une seule boucle telle que celle illustrée à la figure 4, lorsqu'on la soumet à des déformations dans son plan qui sont destinées à faire appa- raître les différents éléments 19, 12, 14, 17; 15, 15a, 16, 16a aux endroits appropriés. Ces déformations comprennent des cambrures et/ou des élonga- tions locales du métal dans le plan, ainsi que des pliages qui doivent apparaître dans les angles, comme cela apparaît dans les zones hachurées, respectivement pointillées sur la figure 6. On peut apprécier à l'examen des figures 4 et 6 l'économie de matière ainsi réalisée. - 7 - Une ébauche 27 de pièce, visible à la figure 7, sera utili- sée lorsque celle-ci devra comporter deux boucles 30c, 30b, telles que celles visibles à la figure 3, o l'on constate que l'on peut se dispenser d'opérer les séparations - S - et T, qui sont, elles, nécessaires lorsque l'on utilise une ébauche conforme à celle de la figure 5. La pièce conductrice qui a été illustrée fait apparaître, voir figure 1, le fait que la ou les branches montantes 15a sont raccordées à la portion 12 par une portion 14 se trouvant placée à un niveau inférieur à celui du plan SS' o se trouve fixée la pastille de contact fixe 8. Cette branche est, par ailleurs, placée de façon telle que le couple de contacts 5, 8 soit situé entre les branches 15 et 16. Ces mesures, qui améliorent localement la répartition de l'induction en vue de favoriser le déplacement initial de l'arc, sont particulièrement aisées à mettre en ouvre dans le cadre d'une boucle formée par les opérations précédentes. On pourrait toutefois appliquer l'invention par exemple à une pièce 33 à deux boucles 38a, 38b illustrée à la figure 8 o, ni la portion rabattue 14 antérieure, ni la portion 17 antérieure n'apparaissent et o deux traverses 31, 32 sont respectivement prévues pour supporter le contact fixe 34 et être respectivement associées à la borne 35; une ébauche correspondante 39 est représentée à la figure 9. On constate que, contrairement au mode de réalisation précédent, les racines des branches montantes 38c, 38d prennent naissance dans le plan Q contenant la pastille de contact 34. Dans l'appareil interrupteur qui a été décrit, l'arc se déplace en gardant ses pieds sur deux déflecteurs 19, 19' opposés qui peuvent être mis en place de part et d'autre d'un pont de contact 4 à double coupure. Si l'on se propose d'associer à un dispositif interrupteur à simple coupure 40 placé entre deux bornes 44, 45, une ou plusieurs boucles de courant conformes à l'invention, voir - 8 - figure 10, on sera amené à prévoir sur l'extrémité d'un levier de contact mobile 41 une corne telle que 42, afin que l'un des deux pieds d'arc puisse s'accrocher sur une surface conductrice distincte de celle de la pastille mobile 43, une tresse conductrice 48 servant à fermer le circuit. Compte tenu du chemin curviligne que suit alors cette corne, il est indispensable de conférer à la ou aux boucles de courant 46, 47 une forme adaptée, qui permette de mettre en oeuvre des opérations de déformation mécanique telles que celles mentionnées ci-dessus. Pour des dispositifs interrupteurs à simple et double coupu- re destinés à des appareils ayant des calibres nominaux de 16 A à 63 A, on peut définir un rapport K d'environ 1,5 à 4 entre la longueur développée - B - de la boucle (par exem- ple, portions 15a, 15 et 16a, 16 de la figure 3 et la distan- ce - D - mesurant la longueur du déflecteur 19). Ces valeurs, qui sont avantageuses pour procurer aux boucles une bonne efficacité d'assistance au développement de l'arc, sans exposer le métal tel que le cuivre à des contraintes exagérées, ne sont naturellement pas limitatives, compte tenu des applications particulières qui pourraient être envisagées et de l'épaisseur que pourrait présenter la bande d'o sont tirées les ébauches. Il est, par ailleurs, clair que les portions 17, respective- ment 32 qui ont été jusqu'ici directement associées à des bornes 18, respectivement 35, pourraient être indirectement raccordées à l'aide de conducteurs de prolongation si les bornes se trouvaient plus éloignées dans un appareil parti- culier. Compte tenu du fait que la pièce conductrice, avec sa ou ses boucles et ses régions de contact et de borne, représente un tout indissociable, il n'est pas possible d'incorporer directement celle-ci dans un bottier de forme quelconque vu - 9 - qu'une partie se trouvera à l'intérieur et une autre partie à l'extérieur de celui-ci. Dans le cadre de l'invention qui vise un appareil interrup- teur, voir figures 11 à 13, on est donc nécessairement amené à définir un boîtier 50 susceptible de permettre la mise en oeuvre de cette pièce conductrice d'assistance, en particu- lier lorsque celle-ci possède deux boucles. Celui-ci, qui est représenté aux figures 11, 12, 13 auxquelles on se reportera, afin d'illustrer un bottier à deux chambres de coupure symétriques, fait appel à deux coquilles isolantes 52, 53 sensiblement symétriques par rapport à un plan de joint médian WW' o se situera après montage le plan médian PP' de la pièce conductrice et à un socle 54 destiné princi- palement à obturer localement la cavité qui est comprise entre les deux coquilles afin de constituer les deux cham- bres de coupure symétrique d'un interrupteur ayant un pont de contact. Cette embase comporte principalement un canal de guidage axial 55 destiné à recevoir un support de pont de contact mobile tel que celui désigné en 10 à la figure 1 et un certain nombre de dégagements 56, 57 et 58, 59 qui sont destinés à recevoir les portions d'extrémité telles que 14 et 17 afin d'effectuer une immobilisation de celles-ci. Cette première mise en place de la pièce conductrice peut ici se faire en exploitant au besoin l'élasticité de cette dernière parallèlement au plan PP'. Les dégagements tels que 58, 59 qui sont pratiqués dans une nervure centrale 60 du socle ayant une largeur moindre que celle de la face externe 61, s'étendent jusqu'à cette face en laissant subsister de part et d'autre du plan médian deux bras parallèles 62, 63 concourant au maintien d'une borne telle que 18. Les coquilles 52, 53 possèdent chacune sur une paroi interne de la chambre telle que 64, d'une part, des dégagements ou rainures 65, 66 et 67 pour assujettir les bords opposés des - 10 - déflecteurs individuels tels que 19 et respectivement ceux du déflecteur commun tel que 22 et, d'autre part, un bossage tel que 68 servant à recevoir l'extrémité du ressort de rappel du pont de contact tel que 9. Sur une paroi externe 69 opposée à la paroi 64 d'une coquil- le se trouvent des couloirs ouverts ou empreintes de faible profondeur tels que 71, 72 qui sont conformés pour recevoir les parties externes des boucles telles que 30c, 30b et qui circulent par suite entre une région 73 voisine de la portion 14, et une région 74 voisine de la portion 17 de la pièce conductrice. Des dégagements latéraux tels que 75 et 76, qui sont situés en regard des dégagements tels que 56, 57, autorisent le passage des extrémités des branches ascen- dantes externes des boucles, jusqu'au volume interne de la cavité présente entre les coquilles. La mise en place des coquilles se fait simultanément en sens F en écartant les boucles 30a, 30b de la pièce conductrice et en rabattant ensuite celles-ci dans les couloirs 71, 72; ces derniers, qui ne présentent pas une profondeur très supérieure à l'épaisseur des boucles de courant, peuvent assurer simultanément le maintien des différents éléments constituant le bottier ou concourir à celui-ci. - l1 - Revendications 1. Dispositif interrupteur de protection, pour un circuit sujet à des courants de court-circuit, dans lequel le développement naturel de l'arc apparaissant à l'ouverture d'une paire de contacts placés dans une chambre et se dépla- çant le long d'un conducteur déflecteur est assisté et accé- léré par une induction magnétique développée par au moins une boucle conductrice de ces courants qui est placée exté- rieurement à la chambre dans un plan sensiblement parallèle à celui qui passe par ce déflecteur et par ces contacts, caractérisé en ce que cette boucle (30) est formée par une portion longitudinale (28, 28a, 28b) étirée et cambrée dans son plan propre d'une unique ébauche plate (26, 27) découpée dans un feuillard, et présentant: - une première portion d'extrémité (14, 12), respectivement (31), propre à être électriquement reliée au contact fixe (8), respectivement (34); - une languette (19) prolongeant la première portion paral- lèlement à la portion longitudinale pour constituer le conducteur déflecteur; et - une seconde portion d'extrémité (17, 32) qui est placée dans l'alignement de la languette et qui est destinée à rejoindre directement ou indirectement une borne de raccordement (18, 35) de l'appareil recevant le disposi- tif. 2. Dispositif interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux boucles de courant (30c, 30b) circulent entre les portions d'extrémité (14, 17) de part et d'autre d'un plan moyen (PP') passant par les contacts (8, 7) et par le déflecteur (19). - 12 - 3. Dispositif interrupteur selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une racine (15a) d'une branche montante (15) de la boucle de courant (30) se développe à partir de la première portion (14, 12) dans une direction sensiblement parallèle à celle (XX') du déplacement du contact mobile (4) et circule sensiblement dans un demi-plan (V, V') ne conte- nant ni les contacts (5, 6, 7, 8) ni le déflecteur (19). 4. Dispositif interrupteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que cette racine (15a) est rattachée à la première portion (12) recevant le contact fixe (5) par une patte cambrée (14) placée du côté opposé à ce contact par rapport au contact mobile (5). 5. Dispositif interrupteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que cette racine (38c, 38d) prend naissan- ce dans le plan (Q) d'une première portion (31). 6. Dispositif interrupteur selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la ou les boucles de courant (30, 30c, b) sont disposées dans des dégagements latéraux (71, 72) opposés d'un boîtier (50) formé par l'association de deux coquilles (52, 53) associées le long d'un plan de joint (WW') sensiblement parallèle à ces boucles et passant par le contact fixe (8) avec une embase (54), et sont maintenues dans des encoches (75, 76) respectivement rebords de dégage- ments (58, 59) recevant les portions d'extrémité (12, 14), respectivement (17).