Brevet FR2756415A1 — publié le 19980529

La présente invention se rapporte à un fusible pour véhicules électriques fonctionnant sous des tensions élevées, et à un corps central supportant deux connecteurs mâles ou fiches le long duquel est disposé un élément fusible électrique reliant les connecteurs mâles. Des fusibles pour véhicules électriques diffèrent grandement en ce qui concerne les caractéristiques qui leur sont demandées par rapport tout à la fois aux fusibles automobiles conventionnels et à ceux qui sont prévus pour des installations fonctionnant électroniquement ou électriquement. Les fusibles pour automobiles, conformes par exemple aux normes DIN 72581, SAE J 1888 ou J ASO 614-91 comportent principalement des éléments fusibles ouverts ou de simples couvercles pour éléments fusibles qui ne forment pas un boitier étanche et qui ne peuvent seulement résister également qu'à de faibles pressions d'arc électrique. La limite de leur capacité est par suite généralement de 32 V. En utilisant des matériaux de contact particuliers, tels que le cuivre à la place du zinc, on peut obtenir des tensions de fonctionnement de 42 V ou 48 V. Des mesures additionnelles telles que le remplissage de la chambre à arc par un milieu d'extinction, permettent de rendre de tels fusibles appropriés pour un usage jusqu'à une tension maximale de 125 V. Pour l'entraînement de véhicules électriques, typiquement pour des voitures, et pour un domaine d'utilisation journalier, il est requis d'avoir des tensions de batterie d'environ 300 V et plus. Les "tensions de fonctionnement élevées" indiquées dans l'introduction se situent dans cette plage. L'importance de cette tension de fonctionnement exclut l'utilisation des fusibles automobiles ayant des conceptions et des caractéristiques de conception connues. L'objet de l'invention est par suite de prévoir un élément fusible du type décrit dans l'introduction, qui fonctionne de façon fiable sous des tensions élevées tout en conservant les fonctions nécessaires, et néanmoins ait une construction simplifiée et soit constitué de façon qu'il soit possible de le fabriquer en grande série. Conformément à l'invention, cet objet est atteint en ce que le corps central est un tube isolant cylindrique dans lequel l'élément fusible, noyé dans un milieu d'extinction d'arc, est fixé, et en ce que des chapeaux d'extrémité sont fixés sur les faces d'extrémité du tube isolant, et sont reliés à des connecteurs plats agissant en tant que connecteurs mâles, l'axe longitudinal des connecteurs étant disposé à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du tube isolant, et les côtés plats des connecteurs étant parallèles aux bases (faces d'extrémité) du tube cylindrique. Avec le fusible conforme à l'invention, les avantages des systèmes à connecteur plat sont liés aux autres fusibles cylindriques connus dans lesquels il a été montré que des avantages inattendus sont obtenus en combinant ce qui constituait, pour l'utilisation envisagée ici, des technologies s'excluant mutuellement. D'autre part, des tensions de batterie de 300 V et plus peuvent être parfaitement bien commandées, dans lesquelles si la situation se produit, toutes les fonctions de fusible sont garanties, et néanmoins, d'autre part, on obtient une simplification technique du nouveau fusible dans la mesure o il est constitué de parties qui peuvent être obtenues dans le commerce en étant fabriquées en série pour d'autres systèmes. Cependant, comme tous les fusibles cylindriques des dimensions proposées ne sont pas appropriés pour la protection par fusible de circuit en courant continu présentant une tension de 300 V et plus, il est extrêmement important de les distinguer correctement. L'utilisation de systèmes de connexion plats a ainsi été essayée et testée depuis les décades pour des fusibles pour automobiles. Avec ces systèmes, les forces d'actionnement sont faibles, et par le moyen de leur élasticité externe, les fusibles à connecteur plat présentent une forte résistance à la température et une immunité aux vibrations. Si l'on utilise des connecteurs plats de ces systèmes connus, et qu'on les combine avec des fusibles cylindriques utilisés pour l'alimentation en énergie et les circuits électroniques, le nouveau fusible peut également satisfaire la demande des véhicules électriques en ce qui concerne leur capacité de rupture. Les caractéristiques de la batterie, les tensions nominales et les courants nominaux des véhicules électriques peuvent être adaptés par une configuration convenable de l'élément fusible et de l'intérieur du tube isolant, et par le choix correct du milieu d'extinction d'arc. Au moyen de l'enseignement de l'invention, un fusible peut maintenant être fabriqué à partir d'éléments essayés et testés aisément disponibles et simultanément peu coûteux. L'invention n'a pas adopté le système de connexion plat, avec ses avantages, tel quel, étant donné que son usage est dérivé des fusibles pour automobiles, et en diffère seulement par les possibilités d'erreurs de différenciation qui seraient extrêmement dangereuses. Avec la même construction par exemple, un fusible de 12 V pourrait être ajusté dans des véhicules électriques fonctionnant avec une tension de 300 V, et la sécurité du véhicule et des passagers serait sérieusement mise en danger. Conformément à l'invention, cette confusion simple de connecteurs plats et d'éléments fusibles l'un avec l'autre est évitée. La possibilité de se tromper de fusible conformément à l'invention en utilisant un fusible provenant d'autres systèmes est éliminée au bénéfice de la sécurité des passagers et du véhicule. L'homme de l'art reconnaitra les inconvénients des fusibles cylindriques connus provenant du domaine de l'alimentation électrique sous forme de fusible cylindrique. Ces fusibles sont pincés dans des supports de fusible avec des clips de contact qui, avec des forces de contact adéquates, requièrent de très grandes forces d'actionnement, et lorsqu'ils sont actionnés, sont aisément soumis à des contraintes excessives. Les clips de contact disponibles dans le commerce sont constitués d'éléments qui sont en eux- mêmes élastiques, dans lesquels les parties conductrices de courant servent également de ressort pour les forces de contact. Avec une telle démarche, constitue un inconvénient le fait que les forces élastiques diminuent avec des températures de fonctionnement élevées des fusibles, et l'efficacité du fonctionnement est par suite soumise à risque. En outre, les supports de fusible ne sont pas appropriés pour une connexion directe avec les câbles conducteurs, mais comportent au contraire des bornes à vis ou autres introducteurs. Cela crée un site de connexion additionnel à travers lequel se produit de la chaleur par effet Joule, ce qui augmente le risque de défaillance. Il est d'autre part avantageux, conformément à l'invention, qu'à l'intérieur du chapeau d'extrémité sur la face d'extrémité du tube isolant, soit ajustée une plaque d'appui constituée d'un matériau résistant à des températures élevées. En dehors des avantages décrits dans l'introduction, grâce à quoi conformément à l'invention des parties et composants individuels essayés et testés qui peuvent être produits en grandes quantités largement dans le monde peuvent être utilisés pour constituer le nouveau fusible, la plaque d'appui sert entre autres pour favoriser l'assemblage. Avec elle, par exemple, l'élément fusible peut être retenu sur un côté à l'extrémité du tube isolant, et simultanément, le milieu d'extinction d'arc qui peut être fluide, comme par exemple du sable de quartz, peut être maintenu enfermé provisoirement à l'intérieur du tube isolant tandis que le tube isolant peut être manipulé et soumis à d'autres traitements. Il est avantageux que le matériau qui résiste à la température élevée soit également électriquement isolant. Par exemple, un tissu minéral peut être utilisé dans ce cas, ou un caoutchouc résistant à des températures élevées tel que, par exemple, un caoutchouc au silicium. Avantageusement, une goutte de soudure métallique peut également être placée à l'intérieur, contre l'extrémité de la plaque de couverture qui, lorsque de la chaleur est appliquée depuis l'extérieur, effectue la soudure par laquelle l'élément fusible, par exemple, est soudé au chapeau d'extrémité et/ou au connecteur plat. La soudure peut également se présenter sous la forme d'une plaque ou d'un anneau et la chaleur fournie depuis l'extérieur de sorte que le fusible produit de cette manière est placé sur certains corps chauffants. Des températures de l'ordre de 230 C à 250 C réalisent un soudage satisfaisant, en particulier avec l'étain. Le matériau de soudage s'écoule à une température suffisante, et sous l'effet de l'action capillaire pénètre tous les intervalles présents. Un matériau de tissu renforcé ou de fibre de verre renforcée peut être utilisé en tant que matériau isolant, par exemple une résine époxy, une résine phénolique ou une résine à base de mélamine. Dans ce cas, la résine de mélamine présente en outre l'avantage que, lors du passage d'un arc, des gaz sont formés qui produisent un refroidissement intense de l'arc électrique et par suite favorisent les moyens d'extinction d'arc. Bien que le tube isolant puisse également être produit à partir de papier imprégné de résine, cela n'est généralement pas préféré compte-tenu de la forte absorption d'humidité. Les chapeaux d'extrémité peuvent être pressés sur les faces d'extrémité du tube isolant, formant des sièges pressés. D'autre part, il est également possible de tourner une gorge dans le tube isolant et d'y presser le chapeau d'extrémité, par exemple en l'y forçant. Une connexion par denture est également concevable. On utilise de préférence le cuivre ou le bronze en tant que matériau pour constituer le chapeau d'extrémité, le chapeau étant souvent également étamé ou argenté. Il est également possible de le nickeler, mais cela n'est pas toujours préféré, étant donné que le nickel ne peut être comparativement aussi facilement soudé. Lorsque, dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, on effectue une fente en travers du chapeau d'extrémité du connecteur plat, et que le connecteur plat est ajusté à l'intérieur du chapeau d'extrémité sur la face d'extrémité du tube isolant, le choix des matériaux pour le chapeau d'extrémité est alors sans limite. Il n'a pas besoin d'être constitué d'un matériau bon conducteur électrique, et pourrait également être constitué en acier à ressort. Les chapeaux d'extrémité peuvent être ajustés sur les extrémités du tube isolant d'une manière élastique. Dans ce mode de réalisation, le courant électrique est conduit depuis l'élément fusible directement au connecteur plat, de sorte que la conduction du courant par les chapeaux d'extrémité est superflue. Normalement, les connexions plates sont fixées par leur côté plat aux faces d'extrémité du tube isolant par brasage, soudage, rivetage ou analogue. Il est d'autre part avantageux que, conformément à l'invention, le connecteur plat soit noyé dans une gorge sur la face d'extrémité du tube isolant, à angle droit par rapport à l'axe longitudinal du tube isolant, et soit maintenu par engagement positif. Indépendamment du type de fixation du connecteur plat sur la face d'extrémité du tube isolant, son orientation se trouve à 900 par rapport à l'axe longitudinal du tube isolant. Il existe par exemple des fusibles automobiles correspondant à la norme DIN 72 581, et le connecteur plat est également disposé à 90 par rapport à ceux-là. Cette orientation du connecteur plat peut avantageusement être utilisée avec des supports de fusible pour fusibles standards correspondant à la norme DIN 72 581/E 3, grâce à quoi, conformément à l'invention, les connecteurs plats peuvent également être introduits dans les supports de fusible pour fusibles standards décrits ci-dessus. Il est également avantageux que, conformément à l'invention, les extrémités du tube isolant comportent des cavités, en particulier des dents. La soudure décrite précédemment appliquée en gouttes à l'intérieur des chapeaux d'extrémité peut s'écouler dans ces cavités de façon à augmenter la résistance à la torsion. La résistance à la torsion est particulièrement efficace lorsque les extrémités des faces d'extrémité du tube isolant sont conformées, par exemple avec des gorges. La soudure qui relie les chapeaux d'extrémité à l'élément fusible et aux connecteurs plats constitue alors une résistance à la torsion par l'engagement positif des parties métalliques par rapport au tube isolant. Par soudage, on obtient avantageusement un couvercle extérieur lisse en même temps qu'une face d'extrémité intacte sur le chapeau d'extrémité. Il n'y a pas de soudure externe. Ce mode de réalisation lisse à l'extérieur est formé en particulier par ajustement du connecteur plat à l'intérieur du chapeau d'extrémité en l'y soudant. De cette manière, l'élément fusible et le connecteur plat, et lorsque cela est approprié également le chapeau, sont soudés ensemble. Le chapeau d'extrémité peut autrement être ajusté par pressage ou par soudage par points, et l'élément fusible peut être pincé entre le chapeau d'extrémité et les parois externes du tube isolant de façon à assurer ainsi une connexion électriquement conductrice. Par engagement positif, la résistance à la torsion est également obtenue de la manière décrite ci- dessus en noyant le connecteur plat dans la gorge de face d'extrémité du tube isolant. Le transfert direct de la force entre le connecteur plat et le tube isolant par engagement positif et par isolement du chapeau lui- même est dans ce cas avantageux. Le chapeau peut avantageusement être de construction mécanique notablement plus faible, et par suite moins coûteux. Selon une autre configuration avantageuse de l'invention, la partie cylindrique du corps fusible formée par le tube isolant avec les chapeaux d'extrémité, présente les dimensions standards internationales conformes à la norme IEC 269-2-1, dans laquelle les connecteurs plats ont avantageusement des dimensions standards en conformité avec la norme DIN 46 266. Une dimension standard pour le corps de fusible cylindrique est ainsi par exemple de 10 mm X 38 mm (13/32" x 11/2") conformément à la norme IEC 269-2-1. Avec des coûts de fabrication et de développement très faibles, on peut fabriquer en utilisant ces mesures des fusibles de fabrication courante pour véhicules électriques fonctionnant sous des tensions élevées. Seule la configuration interne du corps du fusible cylindrique comportant l'élément fusible, le milieu d'extinction d'arc et éventuellement d'autres caractéristiques affectant les caractéristiques et la capacité de rupture restent d'application spécifique. D'autres avantages, caractéristiques et possibilités d'application de la présente invention apparaitront de la description qui va suivre des modes de réalisation préférés faite en référence aux dessins annexés. Dans lesquels: La figure 1 est une vue de côté faite en partie en coupe d'un premier mode de réalisation d'un fusible comportant à l'extérieur deux connecteurs plats; la figure 2 est une vue du fusible de la figure 1 vu de la droite vers la gauche, dans laquelle la vue est faite en direction du connecteur plat; la figure 3 est une vue en plan de deux corps de fusible disposés de façon adjacente avec deux embases de fiche qui peuvent être vues en dessous des corps de fusible; la figure 4 est une vue de côté du fusible de la figure 1, dans laquelle cependant les deux embases de fiche, en partie en coupe, sont montrées en engagement fonctionnel; la figure 5 est une vue du mode de réalisation de la figure 4, montré en partie avec arrachement, lorsque l'on regarde de la gauche vers la droite selon la figure 4, dans laquelle derrière l'un des fusibles de la figure 4, on doit supposer que se trouve disposé un second fusible; la figure 6 montre un second mode de réalisation d'un fusible dans une représentation similaire à celle de la figure 1; la figure 7 est une vue de côté du fusible de la figure 6, lorsque l'on regarde de la droite vers la gauche dans la figure 6; et la figure 8 est une vue en plan faite en partie en coupe avec arrachement du fusible conforme au second mode de réalisation tel qu'illustré aux figures 6 et 7. Les deux modes de réalisation de fusibles illustrés ici peuvent être utilisés pour des véhicules électriques avec des tensions de fonctionnement élevées, par exemple des tensions de 300 V et plus. Le corps de fusible 1 est formé d'un tube isolant 2 constituant un corps central 2, avec des chapeaux d'extrémité 3 sur les faces d'extrémité du tube isolant 2, et des connecteurs plats 4 formant connecteurs mâles 4. A l'intérieur du tube isolant 2 résistant à la pression interne, lequel est constitué d'une résine de mélamine renforcée par un tissu, se trouve l'élément fusible 6, noyé dans un sable de quartz 5, agissant en tant que milieu d'extinction d'arc. Cet élément s'étend depuis une face d'extrémité du tube isolant 2 jusqu'à l'autre, et il est maintenu pincé au moyen d'une plaque d'appui 7 dans le mode de réalisation des figures 1 et 2. Cette plaque est constituée d'un matériau isolant résistant à une température élevée, par exemple un caoutchouc au silicium. Lorsque le fusible est terminé, un milieu de soudage fondu s'écoulant dans les intervalles présents peut être prévu, avec l'aide duquel l'élément fusible 6 est fixé de façon additionnelle par l'intermédiaire de la plaque d'appui et est maintenu en contact électrique avec le chapeau d'extrémité 3. Sur les deux extrémités, sont soudés les connecteurs respectifs plats 4 sur lesquels se trouvent les côtés plats externes des chapeaux d'extrémité 3. De cette manière, il existe une connexion électrique par l'intermédiaire du premier connecteur plat 4 en passant par les chapeaux d'extrémité métalliques 3 et en passant par l'élément fusible 6 en direction du chapeau d'extrémité 3 sur le côté opposé, et mettant également de la sorte le connecteur plat en contact électrique avec lui. Les corps 1 de fusible montrés aux figures ont la forme d'un cylindre allongé avec un axe longitudinal 8 qui est représenté comme un point dans la vue de côté, par exemple à la figure 2. L'axe longitudinal 9 du connecteur plat 4 est perpendiculaire à l'axe longitudinal 8 du tube isolant 2. Le connecteur plat respectif 4 s'étend dans la direction de l'axe longitudinal 9 approximativement dans la direction de sa plus grande longueur. Avantageusement, les deux connecteurs plats 4 sont parallèles l'un à l'autre, les axes longitudinaux 9 étant également parallèles l'un à l'autre et ces deux axes coupant l'axe longitudinal 8 du corps isolant 2 approximativement à 90 . Les figures 6 à 8 montrent un second mode de réalisation d'un fusible dans lequel chaque chapeau d'extrémité 3 comporte une fente 10 adjacente à sa paroi latérale de base plane. La fente 10 présente approximativement la même largeur que celle du connecteur plat 4 et permet de l'introduire depuis l'extérieur vers l'intérieur en avant de l'extrémité de la face d'extrémité du tube isolant 2, à l'intérieur du chapeau d'extrémité 3 adjacent à sa paroi latérale de base plane. Tandis que le connecteur plat 4 conforme au premier mode de réalisation conforme aux figures 1 à 5 présente un élargissement épaissi, arrondi, approprié, disposé adjacent au tube isolant, comme on peut le voir clairement, par exemple, à la figure 2, et est biseauté dans la région de branchement à sa base, mais est constitué en une seule pièce, le connecteur plat conforme au second mode de réalisation conforme aux figures 6 à 8 est configuré comme une lame droite. La figure 7 montre comment les bords extérieurs parallèles ll du connecteur plat 4 sont parallèles à l'axe longitudinal 9 depuis l'extrémité libre inférieure vers l'extrémité supérieure qui est montrée aux figures 6 à 8. Le tube isolant 2 doit être conçu comme étant compris à l'intérieur des deux cercles montrés en ligne brisée derrière la paroi de base de la face d'extrémité du chapeau d'extrémité 3. En outre, des figures 6 à 8, on peut concevoir une gorge 13 sur la face d'extrémité du tube isolant 2 dans laquelle est noyé et fixé un connecteur plat 4 à l'encontre d'une torsion autour de l'axe longitudinal 8 du tube isolant 2. Les figures 3 et 4 montrent, en plus du fusible, les moyens pour le maintenir. Ces moyens sont constitués par des embases recevant les fiches, ou douilles 14 et 15 qui agissent comme supports de fusible et dont la production était initialement conçue pour introduire des fusibles standards conformes à la norme DIN 72 581/3E. La configuration conforme à l'invention du connecteur plat 4 est avantageusement utilisée avec ses embases réceptrices de fiche 14, 15, pour les fusibles standards décrits. Dans les figures 3 et 4, deux de ces embases réceptrices de fiche 14, 15 sont disposées parallèlement correspondant à la distance d'espacement des connecteurs plats 4 ou à la longueur du corps de fusible 1, de telle façon que leur axe interpolaire 16 soit parallèle à l'axe longitudinal 8 du tube isolant 2. Grâce à cette disposition parallèle des deux embases réceptrices de fiches 14 et , à la distance désirée l'une de l'autre, on produit un support de fusible pour deux corps de fusible 1. Les batteries de véhicules automobiles sont de façon générale actionnées avec isolation des deux pôles. Pour cette raison, les fusibles sont disposés aux deux pôles des conducteurs d'alimentation de l'unité, autrement dit, les fusibles sont utilisés par paires, conformément aux enseignements de l'invention. Etant donné que les fusibles cylindriques connus présentant des dimensions standards pour automobiles ne comportent pas des connecteurs plats faisant saillie à 90 à partir du corps fusible 1, on élimine la possibilité de les confondre avec des fusibles conformes à l'invention. Le fusible décrit ici qui peut également être utilisé pour des tensions de fonctionnement de 300 V et plus, ne peut être confondu avec les fusibles conventionnels pour automobiles qui sont souvent limités à 32 V, ou avec les fusibles cylindriques qui ne sont pas appropriés pour des circuits à courant continu fonctionnant sous des tensions élevées. Dans la représentation montrée en coupe avec arrachement de la figure 4, les bornes de pincement 17 des parties réceptrices 18 sont également visibles dans lesquelles les connecteurs plats sont pressés dans l'état assemblé illustré. Seuls, de faibles degrés de force d'actionnement sont requis pour les retirer des contacts de base ou réceptacles. REVENDICATIONS 1. Fusible pour véhicules électriques fonctionnant sous des tensions élevées, comportant un corps central (2) portant deux connecteux mâles (4) et dans lequel un élément fusible (6) connectant électriquement les connecteurs mâles (4) est disposé, caractérisé en ce que le corps central (2) est constitué par un tube isolant cylindrique (2) dans lequel est fixé l'élément fusible (6) noyé dans un milieu (5) d'extinction d'arc, et en ce que des chapeaux d'extrémité (3) sont fixés sur les faces d'extrémité du tube isolant (2), et ces chapeaux sont reliés aux connecteurs plats (4) constituant des connecteurs mâles (4), l'axe longitudinal (9) de ces connecteurs étant dirigé à angle droit par rapport à l'axe longitudinal (8) du tube isolant (2), et les côtés plats des connecteurs étant parallèles aux bases du tube cylindrique. 2. Fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque d'appui (7) constituée d'un matériau résistant à une température élevée est ajustée à l'intérieur du chapeau d'extrémité (3) sur la face d'extrémité du tube isolant (2). 3. Fusible selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le connecteur plat (4) traverse une fente (10) formée dans le chapeau d'extrémité (3) et est fixé à l'intérieur du chapeau d'extrémité (3) sur la face d'extrémité du tube isolant (2). 4. Fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le connecteur plat (4) est noyé dans une gorge (13) disposée à angle droit par rapport à l'axe longitudinal (8) du tube isolant (2) sur la face d'extrémité du tube isolant (2), et est retenu par engagement positif. 5. Fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les extrémités du tube isolant (2) comportent des cavités, en particulier des dents. 6. Fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie cylindrique du corps fusible (1) formée par le tube isolant (2) avec les chapeaux d'extrémité (3), présente les dimensions standards internationales en conformité avec la norme IEC 269-2-1, les connecteurs plats (4) ayant de préférence les dimensions standards en conformité avec la norme DIN 46 266. 7. Fusible selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les connecteurs plats (4) peuvent être introduits dans des supports de fusible (14, 15) pour fusibles standards en conformité avec la norme DIN 72 581/3E.