Brevet FR2818794A1 — publié le 20020628

AMPOULE D'INTERRUPTEUR SOUS VIDE La présente invention concerne une ampoule d'interrupteur sous vide comportant au moins un boîtier étanche en matériau isolant dans lequel est logé au moins un contact fixe pourvu d'au moins une zone de contact fixe, au moins un contact mobile pourvu d'au moins une zone de contact mobile située en regard de ladite zone de contact fixe, ledit contact mobile étant agencé pour se déplacer entre une"position circuit fermée" dans laquelle ladite zone de contact mobile est en appui sur ladite zone de contact fixe et une"position circuit ouvert"dans laquelle lesdites zones de contact mobile et fixe sont éloignées, ledit contact mobile étant assujetti à une force de rappel appliquée par un organe élastique. Ces ampoules d'interrupteur sous vide appelées communément interrupteurs, interrupteurs-fusibles ou commutateurs sont destinées à distribuer l'énergie électrique dans les installations électriques, ou à commander des équipements industriels, notamment en moyenne et haute tension, mais également en basse tension dans une plage de courant allant de quelques centaines à quelques milliers d'ampères. Les ampoules d'interrupteur sous vide sont constituées d'un boîtier étanche dans lequel on crée un vide d'air de l'ordre de 10-2 Pascal. Ces ampoules comportent généralement un corps portant un contact fixe et, un couvercle mobile portant un contact mobile, le corps et le couvercle étant reliés entre eux par un organe élastique garantissant une bonne étanchéité de l'ampoule tout en permettant la translation du couvercle dans le corps et donc le déplacement du contact mobile. Le contact fixe et le contact mobile comportent des zones de contact disposées en regard l'une de l'autre. Pour fermer le circuit électrique, le contact mobile solidaire du couvercle est approché du contact fixe pour amener la zone de contact mobile en appui sur la zone de contact fixe. Pour ouvrir le circuit, le contact mobile est déplacé pour éloigner la zone de contact mobile de la zone de contact fixe. Dans cette configuration, le moyen élastique est disposé entre le corps et le couvercle et est agencé pour exercer, sur le contact mobile, une force de rappel tendant à l'amener dans la position circuit fermé. En conséquence, l'effort de manoeuvre à exercer sur le contact mobile pour fermer le circuit est nul. La position circuit fermé correspond à la position repos de l'ampoule. Pour ouvrir le circuit électrique, l'effort de manoeuvre à exercer sur le contact mobile doit être au moins égal à la somme de la force de rappel du moyen élastique et de la pression atmosphérique appliquées sur ce couvercle. L'ouverture du circuit électrique nécessite une force importante et permanente et la vitesse de la manoeuvre d'ouverture est limitée. De plus, cette configuration limite, de part sa géométrie, la distance d'ouverture entre les zones de contact mobile et fixe à un espace de l'ordre de 1 à 3 mm La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant une ampoule d'interrupteur sous vide permettant d'ouvrir le circuit électrique sans nécessiter d'effort de manoeuvre particulier, pouvant offrir si nécessaire une distance d'ouverture plus importante, et permettant d'atteindre des caractéristiques électriques comparables à celles des ampoules d'interrupteur sous vide existantes, tout en ayant un encombrement plus faible et un coût réduit. Dans ce but, l'invention concerne une ampoule d'interrupteur sous vide telle que définie en préambule, caractérisée en ce que ce que le boîtier étanche, le contact fixe, le contact mobile et le moyen élastique sont agencés pour que la force de rappel appliquée par le moyen élastique sur le contact mobile tende à le déplacer dans la "position circuit ouvert". Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le boîtier étanche comporte un corps creux définissant un axe de symétrie A, un fond, une ouverture et un couvercle fermant l'ouverture. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, le fond est réalisé en matériau électriquement conducteur, il comporte une borne de connexion électrique et est couplé électriquement au contact fixe. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le contact mobile est solidaire du couvercle monté coulissant dans le corps creux suivant l'axe A. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la zone de contact mobile est disposée en regard du couvercle et la zone de contact fixe est disposée en regard du fond. Le corps creux est réalisé en matériau électriquement isolant et comporte avantageusement sur sa face interne un moyen de séparation définissant deux chambres communicantes l'une avec l'autre, une première chambre s'étendant du moyen de séparation au fond, une deuxième chambre s'étendant du moyen de séparation au couvercle. Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de séparation est formé par un épaulement du corps creux. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les zones de contact mobile et fixe sont logées dans la première chambre et l'organe élastique est logé dans la deuxième chambre. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, l'organe élastique comporte une première extrémité solidaire du moyen de séparation et une deuxième extrémité solidaire du couvercle et il est agencé pour assurer l'étanchéité entre le corps creux et le couvercle. L'organe élastique est de préférence une membrane élastique imperméable à l'air. Selon un autre mode de réalisation préféré, le contact mobile est réalisé en matériau électriquement conducteur et comporte une tige d'axe A portant à une extrémité un disque sensiblement perpendiculaire à l'axe A sur lequel est prévue la zone de contact mobile et logé dans ladite première chambre et, à l'autre extrémité extérieure audit boîtier étanche, une borne de connexion électrique, cette tige étant solidaire du couvercle. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le contact fixe comporte une chemise d'axe A logée dans la première chambre, une extrémité de cette chemise étant en contact avec le fond et l'autre extrémité comportant une couronne sensiblement perpendiculaire à l'axe A sur laquelle est prévue la zone de contact fixe, ladite couronne définissant un alésage central d'axe A traversé par la tige du contact mobile. La couronne comporte de préférence au moins un orifice distinct de l'alésage central agencé pour répartir la pression entre les première et deuxième chambres. Le boîtier étanche comporte de préférence une semelle en matériau électriquement isolant disposée entre le fond et le contact mobile. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue de face en coupe suivant l'axe A d'une ampoule d'interrupteur sous vide selon l'invention en position circuit ouvert, - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, en position circuit fermé, et - la figure 3 représente une vue de dessous de l'ampoule d'interrupteur sous vide de la figure 1. En référence aux figures, l'ampoule d'interrupteur sous vide 1 selon l'invention comporte, de manière connue, un boîtier étanche 2 dans lequel sont disposés un contact fixe 3, un contact mobile 4, ainsi qu'un organe élastique 5 associé audit contact mobile 4. Le boîtier étanche 2 comporte un corps creux 20, un fond 21, une ouverture 22 et un couvercle 23 fermant l'ouverture 22 et mobile axialement dans le corps creux 20. Le corps creux 20, réalisé de préférence en matériau électriquement isolant, a une forme générale de portion de tube cylindrique définissant un axe A et comportant une paroi périphérique dont les faces extérieure et intérieure sont concentriques. La forme du corps creux 20, peut évidemment être différente. De même, la paroi périphérique peut avoir une épaisseur variable. Le fond 21, réalisé de préférence en matériau électriquement conducteur, comporte, dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe A, une forme extérieure complémentaire à la forme intérieure du corps creux 20, donc de préférence cylindrique. Le diamètre extérieur du fond 21 est légèrement inférieur au diamètre intérieur du corps creux 20. Le fond 21 peut ainsi s'emboîter dans ce corps creux 20 avec lequel il peut est rendu solidaire par application, par exemple, d'un joint de colle disposé dans la zone de jonction. Les diamètres intérieur du corps creux 20 et extérieur du fond 21 peuvent également être sensiblement identiques pour que ce fond 21 puisse être emmanché en force dans le corps creux 20, de manière à ce qu'ils soient solidarisés par une liaison rigide et étanche. Le fond 21 est prolongé par une borne de connexion 8 destinée à recevoir un conducteur électrique (non représenté). Dans l'exemple illustré, l'ouverture 22 est située à l'extrémité du corps creux 20 en regard du fond 21 et est délimitée par le diamètre intérieur dudit corps creux 20. Le couvercle 23 se compose d'un disque sensiblement perpendiculaire à l'axe A et ferme en grande partie l'ouverture 22 tout en préservant un jeu J avec ledit corps creux 20. Ce jeu J permet au couvercle 23 d'être déplacé axialement suivant l'axe A dans ledit corps creux 20. Comme on le verra par la suite, le couvercle 23 coopère avec l'organe élastique 5 pour fermer le corps creux 20 de manière étanche. Le corps creux 20 comporte sur sa face intérieure un moyen de séparation 24. Dans l'exemple illustré, ce moyen de séparation 24 consiste en un épaulement intérieur du corps creux 20. Dans un autre mode de réalisation non représenté, ce moyen de séparation 24 peut également se présenter sous la forme d'un anneau, d'une rondelle, d'une bague ou de tout autre composant de forme et de dimensions adéquates et réalisé en un matériau électriquement isolant. Dans cet autre mode de réalisation, le moyen de séparation 24 peut par exemple se loger dans une rainure prévue à cet effet dans le corps creux 20. Ce moyen de séparation 24 sépare le corps creux 20 en deux chambres qui communiquent l'une avec l'autre. Une première chambre 6 s'étend du moyen de séparation 24 au fond 21. Une deuxième chambre 7 s'étend du moyen de séparation 24 au couvercle 23. L'organe élastique 5 se présente sous la forme d'un manchon 50 souple, élastique, imperméable à l'air et logé dans ladite deuxième chambre 7. Il exerce une force de rappel sur le couvercle 23 en direction du moyen de séparation 24. Les extrémités de ce manchon 50 sont fixées sur toute leur périphérie, d'une part au couvercle 23 et d'autre part au moyen de séparation 24. Cette fixation est réalisée de manière à assurer une étanchéité de l'ensemble formé par le corps creux 20, l'organe élastique 5 et le couvercle 23. La forme extérieure générale de l'organe élastique 5 est comparable à la forme intérieure du corps creux 20, donc de préférence cylindrique. Cet organe élastique 5 peut également être constitué d'une membrane étanche coopérant avec un moyen élastique tel qu'un ressort de traction ou tout autre moyen équivalent. Dans cette configuration, la membrane assure l'étanchéité et l'organe élastique 5 la fonction de rappel en position repos du couvercle 23. Le contact fixe 3, réalisé en matériau électriquement conducteur, est logé dans la chambre 6 du corps creux 20 et comporte notamment une chemise cylindrique 34 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur du corps creux 20. Le contact fixe 3 comporte également une couronne 31, sensiblement perpendiculaire à l'axe A, solidaire de l'extrémité de ladite chemise cylindrique 34 en regard de l'ouverture 22. Cette couronne 31 est en appui sur ledit moyen de séparation 24. Elle comporte un alésage central 32 coaxial à l'axe A, ainsi que trois orifices 33 répartis autour de cet alésage central 32 et destinés à favoriser la répartition de la pression entre lesdites première 6 et deuxième 7 chambres. Le nombre d'orifices 33 peut bien entendu être différent. La couronne 31 est pourvue, sur au moins une partie de sa surface en regard du fond 21, d'au moins une zone de contact fixe 30. L'autre extrémité de la chemise 34 est libre et disposée en contact avec le fond 21 du corps creux 20 de manière à permettre le passage du courant entre la borne de connexion électrique 8 et le contact fixe 30. Le contact mobile 4, réalisé en matériau électriquement conducteur, comporte une tige 41 coaxiale à l'axe A et traversant les première 6 et deuxième 7 chambres en passant librement par l'alésage 32 et portant à une extrémité un disque 44 perpendiculaire à l'axe A et disposé dans la première chambre 6 entre le fond 21 et la zone de contact fixe 30. L'autre extrémité de la tige 41 est saillante à l'extérieur du boîtier étanche 2 et est prolongée par une borne de connexion électrique 9 lui permettant de recevoir un conducteur électrique (non représenté). Le contact mobile 4 est pourvu sur son disque 44 d'au moins une zone de contact mobile 40 située en regard de la zone de contact fixe 30. Ce disque 44 peut bien entendu avoir une autre forme. Le contact mobile 4 est solidaire du couvercle 23 par sa tige 41 et coulisse dans ledit corps creux 20 entre une"position circuit fermé"dans laquelle sa zone de contact mobile 40 est en appui sur la zone de contact fixe 30 et une"position circuit ouvert"dans laquelle lesdites zones de contact mobile 40 et fixe 30 sont éloignées. Le passage de la position circuit fermé à la position circuit ouvert du contact mobile 4 est réalisé par un déplacement axial suivant l'axe A du contact mobile 4 solidaire du couvercle 23. Ce déplacement est obtenu par l'action de l'organe élastique 5 appliquant sur le couvercle 23 une force de rappel qui s'additionne à la force appliquée par la pression atmosphérique sur ce couvercle 23. Ces deux forces sont orientées vers l'intérieur du corps creux 20 et contribuent au déplacement du contact mobile 4 sans effort de manoeuvre particulier. Un effort de manoeuvre peut éventuellement être appliqué pour faciliter et/ou accélérer le déplacement du contact mobile 4. Dans ce cas, cet effort de manoeuvre correspond à une force de compression et est directement appliqué par l'intermédiaire de la tige 41 ou du couvercle 23 sur le contact mobile 4. Il apparaît clairement que l'ouverture du circuit électrique ne nécessite pas d'effort de manceuvre particulier et peut être réalisé rapidement. En effet, on comprend bien à la lecture de cette description que la position repos de l'ampoule d'interrupteur sous vide 1 correspond à la position circuit ouvert dans laquelle la distance d'ouverture entre les zones de contact mobile 40 et fixe 30 est supérieure à celle obtenue dans les ampoules d'interrupteur sous vide de l'art antérieur. Le passage de la position circuit ouvert à circuit fermé s'effectue par application sur la tige 41 ou sur le couvercle 23 d'un effort de manceuvre correspond à une traction. Cette traction permet de déplacer le contact mobile 4 de sorte que sa zone de contact mobile 40 vienne en appui sur la zone de contact fixe 30. L'intensité de cette traction doit être au moins égale à la somme de la force appliquée sur le couvercle 23 par l'organe élastique 5 et de la pression atmosphérique appliquée sur ce couvercle 23. Le maintien du contact mobile 4 dans la position circuit fermé est obtenu par le maintien de l'effort de manoeuvre préalablement appliqué pour le passage de la position circuit ouvert à la position circuit fermé. On comprend alors que le passage de la position circuit fermé à la position circuit ouvert, qui correspond à la position repos, est obtenu par simple relâchement de cet effort de manoeuvre. Le boîtier étanche 2 peut également comporter entre son fond 21 et le contact mobile 4 une semelle 25 en matériau électriquement isolant. Cette semelle 25 permet d'éviter tout risque de contact entre le contact mobile 4 et le fond 21 lorsque le contact mobile 4 est en position circuit ouvert. Dans l'exemple illustré, les zones de contact mobile 40 et fixe 30 sont planes et sensiblement perpendiculaires à l'axe A. Il est évident que chaque zone de contact fixe 30 et/ou mobile 40 peut être constituée d'une ou de plusieurs zones plus petites, de dimensions et de formes variables selon les besoins et les contraintes électrotechniques de l'installation électrique. De même, ces zones de contact mobile 40 et fixe 30 peuvent être inclinées de manière à former un cône intérieur pour l'une, un cône extérieur pour l'autre. Les zones de contact mobile 40 et fixe 30 peuvent également comporter des plots rapportés ou des pastilles, disposés sur l'un ou sur les deux contacts mobile 4 et fixe 3. Dans le cas où les plots sont disposés sur un seul des contacts mobile 4 ou fixe 3, la zone de contact de l'autre contact fixe 3 ou mobile 4 peut avoir une forme complémentaire, plane, ou toute autre forme permettant de mettre en appui le contact mobile 4 sur le contact fixe 3. Ces exemples ne sont pas limitatifs. Pour faciliter le montage du contact mobile 4 par rapport au contact fixe 3, l'un ou les deux contacts mobile 4 et fixe 3 peuvent être constitués de plusieurs pièces. Ainsi, le contact fixe 3 peut être constitué de deux demi-coquilles complémentaires ou de deux pièces distinctes comme la couronne 31 et la chemise 34. De même, le contact mobile 4 peut être constitué de plusieurs pièces, par exemple de trois pièces, le couvercle 23, la tige 41 et le disque 44. Ces pièces peuvent être assemblées par tout moyen connu pour être démontables ou non. Des moyens d'étanchéité secondaires peuvent être ajoutés en complément de l'organe élastique 5. Ils peuvent être disposés entre le couvercle 23 et le corps creux 20 et/ou entre le contact mobile 4 et le contact fixe 3. Ces moyens d'étanchéité secondaire peuvent notamment consister en un joint, un ajustement serré, ou tout autre moyen équivalent. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier. Revendications 1. Ampoule d'interrupteur sous vide (1) comportant au moins un boîtier étanche (2) dans lequel est logé au moins un contact fixe (3) pourvu d'au moins une zone de contact fixe (30), au moins un contact mobile (4) pourvu d'au moins une zone de contact mobile (40) située en regard de ladite zone de contact fixe (30), ledit contact mobile (4) étant agencé pour se déplacer entre une"position circuit fermée"dans laquelle ladite zone de contact mobile (40) est en appui sur ladite zone de contact fixe (30) et une"position circuit ouvert"dans laquelle lesdites zones de contact mobile (40) et fixe (30) sont éloignées, ledit contact mobile (4) étant assujetti à une force de rappel appliquée par un organe élastique (5), caractérisée en ce que ledit boîtier étanche (2), ledit contact fixe (3), ledit contact mobile (4) et ledit moyen élastique (5) sont agencés pour que ladite force de rappel appliquée par ledit moyen élastique (5) sur ledit contact mobile (4) tende à le déplacer dans ladite"position circuit ouvert". 2. Ampoule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit boîtier étanche (2) comporte un corps creux (20) définissant un axe de symétrie A, un fond (21), une ouverture (22) et un couvercle (23) fermant ladite ouverture (22). 3. Ampoule selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit fond (21) est réalisé en matériau électriquement conducteur, comporte une borne de connexion électrique (8) et est couplé électriquement audit contact fixe (3). 4. Ampoule selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit contact mobile (4) est solidaire dudit couvercle (23) monté coulissant dans ledit corps creux (20) suivant l'axe A. 5. Ampoule selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite zone de contact mobile (40) est disposée en regard dudit couvercle (23) et en ce que ladite zone de contact fixe (30) est disposée en regard dudit fond (21). 6. Ampoule selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit corps creux (20) comporte sur sa face interne un moyen de séparation (24) définissant deux chambres communicantes l'une avec l'autre, une première chambre (6) s'étendant dudit moyen de séparation (24) audit fond (21), une deuxième chambre (7) s'étendant dudit moyen de séparation (24) audit couvercle (23) et, en ce que ledit corps creux (20) est réalisé en matériau électriquement isolant. 7. Ampoule selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit moyen de séparation (24) est formé par un épaulement dudit corps creux (20). 8. Ampoule selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites zones de contact mobile (40) et fixe (30) sont logées dans ladite première chambre (6) et que ledit organe élastique (5) est logé dans ladite deuxième chambre (7). 9. Ampoule selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit organe élastique (5) comporte une première extrémité solidaire dudit moyen de séparation (24) et une deuxième extrémité solidaire dudit couvercle (23), ledit organe élastique (5) étant agencé pour assurer l'étanchéité entre ledit corps creux (20) et ledit couvercle (23). 10. Ampoule selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit organe élastique (5) est une membrane élastique imperméable à l'air. 11. Ampoule selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit contact mobile (4) est réalisé en matériau électriquement conducteur et comporte une tige (41) d'axe A portant à une extrémité un disque (44) sensiblement perpendiculaire à l'axe A sur lequel est prévue la zone de contact mobile et logé dans ladite première chambre (6) et, à l'autre extrémité extérieure audit boîtier étanche (2), une borne de connexion électrique (9), ladite tige (41) étant solidaire dudit couvercle (23). 12. Ampoule selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit contact fixe (3) comporte une chemise (34) d'axe A logée dans ladite première chambre (6), une extrémité de cette chemise (34) étant en contact avec ledit fond (21) et l'autre extrémité de cette chemise (34) comportant une couronne (31) sensiblement perpendiculaire à l'axe A sur laquelle est prévue ladite zone de contact fixe (30), ladite couronne (31) définissant un alésage central (32) d'axe A traversé par ladite tige (41) dudit contact mobile (4). 13. Ampoule selon les revendications 12, caractérisée en ce que ladite couronne (31) comporte au moins un orifice (33) distinct dudit alésage central (32) et agencé pour répartir la pression entre lesdites première (6) et deuxième (7) chambres. 14. Ampoule selon l'une des revendications 2 à 13, caractérisée en ce que ledit boîtier étanche (2) comporte une semelle (25) réalisée en matériau électriquement isolant et disposée entre ledit fond (21) et ledit contact mobile (4).