Brevet FR2877154A1 — publié le 20060428

L'invention concerne, de façon générale, le domaine de la protection électrique. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de protection d'appareils électriques contre des surtensions, par exemple dues à la foudre, ce dispositif comprenant au moins: des premier et second plots de connexion; un interrupteur thermosensible comprenant au moins une pièce mobile conductrice et une première liaison fusible; des moyens élastiques exerçant une sollicitation permanente sur la pièce mobile; et un composant d'écrêtage de tension à caractéristique tension-courant non linéaire, tel qu'une varistance, présentant une première borne directement reliée au premier plot de connexion, et une deuxième borne sélectivement reliée au deuxième plot de connexion à travers l'interrupteur thermosensible, la pièce mobile étant, en fonctionnement normal du dispositif, maintenue par la première liaison fusible dans une position de fermeture dans laquelle elle établit un contact électrique entre des premier et second conducteurs dont l'un est au potentiel du second plot de connexion et l'autre au potentiel de la seconde borne du composant d'écrêtage, et adoptant, sous la sollicitation des moyens élastiques et en cas de surchauffe du composant d'écrêtage ayant provoqué une fusion de la première liaison fusible, une position d'ouverture dans laquelle elle introduit, entre les premier et second conducteurs, un espace qui les isole l'un de l'autre. Les dispositifs de ce type, parfois dénommés "parafoudres", sont bien connus de l'homme du métier et divers exemples en sont donnés dans les brevets US 3 889 22, US 4 015 228 ou encore US 4 288 833. Le composant d'écrêtage classiquement utilisé dans ces dispositifs est constitué par une varistance, laquelle est montée en série, entre les deux plots de connexion, avec un interrupteur thermosensible. En effet, comme indiqué dans les trois brevets sus-mentionnés, les varistances sont, vers la fin de leur durée de vie, le siège d'un échauffement important, l'interrupteur thermosensible ayant précisément pour fonction de déconnecter la varistance avant que cet échauffement n'atteigne une valeur telle qu'il engendre des risques d'explosion ou d'incendie. La réalisation de l'interrupteur thermosensible peut 15 essentiellement prendre deux formes connues. Tout d'abord il est possible d'utiliser, en tant que pièce mobile, une pièce rigide fixée à l'un au moins des premier et second conducteurs par une liaison fusible constituée par une soudure à bas point de fusion, cette pièce mobile étant sollicitée en translation par un ressort dans une direction propre à l'éloigner de sa ou de ses soudures. Une telle solution, qui est par exemple décrite dans les brevets US 3 301 981, US 3 964 010, ou encore US 4 015 228, requiert une course relativement importante de la pièce mobile pour garantir l'extinction de tout arc électrique qui pourrait se former, et conduit donc à un encombrement relativement important de l'agencement final. La seconde possibilité consiste à utiliser, en tant que pièce mobile, une pièce conductrice élastique dont la première extrémité est fixée à demeure sur le premier conducteur et dont la deuxième extrémité est fixée au deuxième conducteur par une liaison fusible constituée par une soudure à bas point de fusion, cette pièce n'étant ainsi mobile qu'à sa deuxième extrémité, qui se dégage du deuxième conducteur, par l'élasticité propre de cette pièce, dès que l'échauffement de la varistance a provoqué la fusion de la soudure. Une telle solution, qui est par exemple décrite dans le brevet US 4 288 833, requiert pour la constitution de la pièce mobile l'emploi d'un matériau à la fois conducteur et capable de conserver une élasticité importante sur une plage étendue de température, ce qui conduit à choisir un matériau très spécifique et donc coûteux, et/ou oblige à donner à la pièce mobile une longueur importante pour obtenir un espace isolant suffisant après déclenchement. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de protection d'appareils électriques contre des surtensions libéré des compromis précédemment évoqués. A cette fin, le dispositif de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la pièce mobile est rigide et présente une première zone de jonction électrique par laquelle cette pièce mobile est fixée sur le premier conducteur au moyen de la première liaison fusible, et une deuxième zone de jonction électrique par laquelle cette pièce mobile est montée à rotation par rapport au deuxième conducteur, les moyens élastiques exerçant sur la pièce mobile un couple sollicitant la première zone de jonction à distance du premier conducteur par rotation de la pièce mobile autour de la deuxième zone de jonction. De préférence, l'interrupteur thermosensible comprend une deuxième liaison fusible fixant, en fonctionnement normal du dispositif, la deuxième zone de jonction électrique au deuxième conducteur et contribuant à bloquer la rotation de la pièce mobile, cette deuxième liaison fusible subissant elle aussi une fusion en cas de surchauffe du composant d'écrêtage et autorisant alors la rotation de la pièce mobile. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le premier conducteur est par exemple directement formé par le second plot de connexion, et le second conducteur est par exemple directement formé par la seconde borne du composant d'écrêtage. Dans le cas où le composant d'écrêtage présente une forme aplatie dont une dimension minimale ou épaisseur s'étend suivant une première direction, le deuxième conducteur peut également présenter une forme aplatie dont une dimension minimale ou épaisseur s'étend au moins sensiblement suivant la première direction, la pièce mobile étant alors de préférence dotée d'un axe de rotation s'étendant lui-même au moins sensiblement suivant la première direction. L'axe de rotation de la pièce mobile peut par exemple traverser un oeil pratiqué dans la pièce mobile et / ou dans le deuxième conducteur. En pratique, le dispositif de l'invention comprend un boîtier isolant supportant les plots de connexion et dans lequel sont logés l'interrupteur thermosensible, les moyens élastiques, et le composant d'écrêtage, l'axe de rotation de la pièce mobile pouvant ainsi être formé, au moins partiellement, par un ergot interne du boîtier. Un agencement particulièrement compact et économique peut être obtenu en prévoyant que le deuxième plot de connexion présente un méplat s'étendant parallèlement à l'axe de rotation de la pièce mobile, et que cette pièce mobile soit constituée par un flan métallique découpé présentant au moins un pli à angle droit définissant, sur cette pièce mobile, une première branche sur laquelle est formée la première zone de jonction fixée au méplat du deuxième plot par la première liaison fusible, et une deuxième branche perpendiculaire à la première et sur laquelle est formée la deuxième zone de jonction fixée à la deuxième borne du composant d'écrêtage par la deuxième liaison fusible. Le dispositif de l'invention peut également comprendre, de façon connue en soi, un indicateur de déclenchement mécaniquement lié à la pièce mobile du côté de la première zone de jonction de cette pièce mobile et entraîné en translation lors d'une rotation de la pièce mobile. Par ailleurs, les moyens élastiques sont par exemple constitués par un ressort s'étendant parallèlement à une grande dimension du composant d'écrêtage entre un point d'accrochage ménagé dans le boîtier et un point d'accrochage ménagé sur la pièce mobile du côté de sa première zone de jonction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: les figures 1A et 1B sont respectivement des vues de face et en perspective d'un dispositif conforme à l'invention représenté, par souci de clarté, sans le boîtier dont il est normalement pourvu, et dans sa configuration de fonctionnement normal; - les figures 2A et 2B sont respectivement des vues de face et en perspective d'un dispositif conforme à l'invention représenté, par souci de clarté, sans son boîtier ni le ressort de traction de la pièce mobile, et dans la configuration inactive qu'il atteint après ouverture de l'interrupteur thermosensible; - la figure 3A représente sous un autre angle le dispositif illustré aux figures 1A et 1B; - la figure 3B représente, à échelle agrandie, le détail 15 repéré par la référence III sur la figure 3A; et - les figures 4A et 4B sont respectivement des vues de face et en perspective du dispositif illustré aux figures 1A et 1B, représenté avec son boîtier, mais sans le couvercle servant à fermer ce dernier. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un dispositif de protection d'appareils électriques contre des surtensions, notamment contre les surtensions dues à la foudre. Un tel dispositif comprend, de façon connue en soi, deux plots de connexion 11 et 12, un interrupteur thermosensible 2 associé à des moyens élastiques tels qu'un ressort 3, et un composant 4 d'écrêtage de tension à caractéristique tension-courant non linéaire monté en série avec l'interrupteur thermosensible 2 entre les plots de connexion 11 et 12, ce composant étant en l'occurrence représenté sous la forme d'une varistance à oxyde(s) métallique(s). L'interrupteur thermosensible 2 comprend une pièce mobile conductrice 21, associée à au moins une liaison fusible 221 typiquement constituée par une soudure à bas point de fusion, fondant à une température par exemple de l'ordre de 100 à 120 C. Le ressort 3, qui a pour fonction d'exercer en permanence sur la pièce mobile 21 une sollicitation dans le sens d'une rupture de la liaison fusible 221, est par exemple constitué par un ressort hélicoïdal travaillant en traction. La varistance 4 présente deux bornes 41 et 42, dont la première 41 est directement reliée au premier plot de connexion 11, et dont la seconde 42 est sélectivement reliée au deuxième plot de connexion 12 à travers l'interrupteur thermosensible 2. En fonctionnement normal du dispositif, la pièce mobile 21 est maintenue par la liaison fusible 221 dans une position de fermeture qui est illustrée aux figures 1A, 1B, et 3A à 4B et dans laquelle elle établit un contact électrique entre deux conducteurs 12 et 42. Comme le montrent les figures, ces conducteurs sont de préférence directement constitués, selon l'invention, par le second plot de connexion 12 et par la seconde borne 42 de la varistance 4. Si un autre agencement est adopté, il convient au moins de prévoir que le premier des deux conducteurs que relie la pièce mobile 21 soit au potentiel électrique du plot de connexion 12, et que le second de ces conducteurs définisse le potentiel électrique de la borne 42 de la varistance 4, de manière que la varistance 4 soit connectée aux plots 11 et 12 dans la configuration de fonctionnement normal du dispositif. En cas de surchauffe de la varistance 4 conduisant à une fusion de la liaison fusible 221, la pièce mobile 21 adopte, sous la sollicitation du ressort 3, une position d'ouverture telle qu'illustrée aux figures 2A et 2B, et dans laquelle elle introduit, entre les conducteurs 12 et 42, un espace E (figure 2A) qui isole ces conducteurs l'un de l'autre, la varistance 4 cessant alors d'être connectée au plot de connexion 12 et n'étant donc plus traversée par aucun courant. Selon l'invention, la pièce mobile 21 est rigide et 15 montée à rotation autour d'un axe de rotation distant de la liaison fusible 221. Plus précisément, la pièce mobile 21 présente en pratique deux zones de jonction électrique, 211 et 212, en l'occurrence assimilables aux deux parties d'extrémité de cette pièce 21. La pièce mobile 21 est d'une part fixée sur le plot de connexion 12 par sa première zone de jonction électrique 211 au moyen de la liaison fusible 221, et d'autre part montée à rotation, par sa deuxième zone 212 de jonction électrique, par rapport à la borne 42 de la varistance 4. Le ressort 3 exerce donc sur la pièce mobile 21 un couple qui sollicite la première zone de jonction 211 à distance du plot 12 par rotation de la pièce mobile 21 autour de la deuxième zone de jonction 212. Outre la première liaison fusible 221, l'interrupteur thermosensible 2 comprend de préférence une deuxième liaison fusible 222 fixant, en fonctionnement normal du dispositif, la deuxième zone 212 de jonction électrique à la deuxième borne 42 de la varistance 4. Cette deuxième liaison fusible 222, qui contribue donc, avec la première liaison fusible 221, à bloquer la rotation de la pièce mobile 21 dans la configuration de fonctionnement normal du dispositif, subit elle aussi une fusion en cas de surchauffe anormale de la varistance 4 et autorise alors la rotation de la pièce mobile 21. La deuxième liaison fusible, par exemple également constituée d'une soudure à bas point de fusion, est particulièrement avantageuse pour plusieurs raisons. Tout d'abord, elle assure, entre la seconde borne 42 de la varistance 4 et la pièce mobile 21 et même après sa fusion, une conduction thermique et électrique idéale, et notamment très supérieure à celle qui serait obtenue par un simple contact direct de cette borne 42 et de cette pièce 21. Corrélativement, cette deuxième liaison fusible 222 évite la formation, entre la borne 42 et la pièce mobile 21, de tout arc électrique qui pourrait avoir pour effet de souder cette pièce 21 à cette borne 42. Par ailleurs, dans la mesure où la deuxième liaison fusible 222 est la plus proche de la source de chaleur que représente la varistance 4 en état de surchauffe, cette deuxième liaison 222 fond avant la première liaison fusible 221, et forme un palier fluide facilitant la rotation de la pièce 21, qui intervient ainsi immédiatement après la fusion de la première liaison fusible 221. Dans le cas, qui correspond à la situation illustrée, où la varistance 4 présente une forme aplatie dont la dimension minimale, encore appelée épaisseur, s'étend suivant une direction telle que Dl sur les figures 1B et 4B, il est judicieux de faire en sorte, d'une part que chaque borne 41 et 42 de la varistance 4, et au moins la deuxième borne 42, présente une forme aplatie dont l'épaisseur s'étend aussi suivant la direction Dl, et d'autre part que l'axe de rotation 5 de la pièce mobile 21 s'étende également suivant cette même direction Dl. En pratique, le dispositif de l'invention comprend un boîtier isolant 7 qui supporte les plots de connexion 11 et 12, et dans lequel sont logés l'interrupteur thermosensible 2, le ressort 3, et la varistance 4. Dans ces conditions, il est possible de prévoir que l'axe de rotation 5 de la pièce mobile 21 soit formé par un ergot interne du boîtier 7. Dans ce cas, ou dans le cas où l'axe de rotation 5 de la pièce mobile 21 est formé par un rivet, cet axe 5 traverse par exemple un oeil 6 pratiqué dans la pièce mobile 21 et / ou dans la deuxième borne 42 de la varistance 4. Par ailleurs, le ressort 3 peut s'étendre parallèlement à l'un des plus grands côtés de la varistance 4, entre un point d'accrochage 70 ménagé dans le boîtier 7 et un point d'accrochage 213 ménagé sur la pièce mobile 21 du côté de sa première zone 211 de jonction. Le deuxième plot de connexion 12 peut être constitué par un flan métallique découpé et plié en équerre, et présente avantageusement un méplat 120 s'étendant parallèlement à l'axe de rotation 5 de la pièce mobile 21. Pour limiter les fuites thermiques à travers le plot de connexion 12 et éviter corrélativement tout retard de la fusion de la première liaison fusible 221 en cas de surchauffe de la varistance 4, ce plot 12 peut être réalisé en un métal ou en un alliage métallique moins conducteur de la chaleur que le cuivre, et présenter des perçages tels que ceux qu'illustre la figure 2B sous la référence 121. La pièce mobile 21 peut elle-même être constituée par un flan métallique découpé et plié, mais de préférence réalisé en cuivre ou en tout autre métal ou alliage métallique très conducteur de la chaleur. Ainsi, la pièce mobile 21 peut notamment comprendre un pli 210 à angle droit, définissant des première et 20 seconde branches 21A et 21B de cette pièce mobile 21. La première branche 21A, sur laquelle est formée la première zone 211 de jonction électrique, est fixée au méplat 120 du deuxième plot 12 de la varistance 4 par la première liaison fusible 221. La deuxième branche 21B, qui est perpendiculaire à la première branche 21A et sur laquelle est formée la deuxième zone 212 de jonction électrique, est fixée à la deuxième borne 42 de la varistance 4 par la deuxième liaison fusible 222. Le dispositif de l'invention peut enfin comprendre un indicateur de déclenchement 8 mécaniquement lié à la pièce mobile 21 et propre à fournir, notamment à travers une fenêtre 71 du boîtier 7, une indication de la position de la pièce mobile 21. Pour ce faire, la pièce mobile 21 peut par exemple présenter, du côté de sa première zone 211 de jonction, une aile latérale dans laquelle est pratiquée une lumière 214 (figure 3B) recevant à coulissement un ergot 80 de l'indicateur de déclenchement 8, ce dernier étant ainsi entraîné en translation lorsque la pièce mobile 21 passe de sa position de fermeture à sa position d'ouverture par rotation autour de son axe 5. REVENDICATIONS. 1. Dispositif de protection d'appareils électriques contre des surtensions, ce dispositif comprenant au moins: des premier et second plots de connexion (11, 12); un interrupteur thermosensible (2) comprenant au moins une pièce mobile conductrice (21) et une première liaison fusible (221); des moyens élastiques (3) exerçant une sollicitation permanente sur la pièce mobile (21); et un composant (4) d'écrêtage de tension à caractéristique tension-courant non linéaire, tel qu'une varistance, présentant une première borne (41) directement reliée au premier plot de connexion (11), et une deuxième borne (42) sélectivement reliée au deuxième plot de connexion (12) à travers l'interrupteur thermosensible (2), la pièce mobile (21) étant, en fonctionnement normal du dispositif, maintenue par la première liaison fusible (221) dans une position de fermeture dans laquelle elle établit un contact électrique entre des premier et second conducteurs (12, 42) dont l'un est au potentiel du second plot de connexion (12) et l'autre au potentiel de la seconde borne (42) du composant d'écrêtage (4), et adoptant, sous la sollicitation des moyens élastiques (3) et en cas de surchauffe du composant d'écrêtage (4) ayant provoqué une fusion de la première liaison fusible (221), une position d'ouverture dans laquelle elle introduit, entre les premier et second conducteurs (12, 42), un espace (E) qui les isole l'un de l'autre, caractérisé en ce que la pièce mobile (21) est rigide et présente une première zone (211) de jonction électrique par laquelle cette pièce mobile (21) est fixée sur le premier conducteur (12) au moyen de la première liaison fusible (221), et une deuxième zone (212) de jonction électrique par laquelle cette pièce mobile (21) est montée à rotation par rapport au deuxième conducteur (42), les moyens élastiques (3) exerçant sur la pièce mobile (21) un couple sollicitant la première zone (211) de jonction à distance du premier conducteur (12) par rotation de la pièce mobile (21) autour de la deuxième zone (212) de jonction. 2. Dispositif de protection suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur thermosensible (2) comprend une deuxième liaison fusible (222) fixant, en fonctionnement normal du dispositif, la deuxième zone (212) de jonction électrique au deuxième conducteur (42) et contribuant à bloquer la rotation de la pièce mobile (21), cette deuxième liaison fusible (222) subissant elle aussi une fusion en cas de surchauffe du composant d'écrêtage (4) et autorisant alors la rotation de la pièce mobile (21). 3. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier conducteur (12) est directement formé par le second plot de connexion (12). 4. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second conducteur (42) est directement formé par la seconde borne (42) du composant d'écrêtage (4). 5. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant d'écrêtage (4) présente une forme aplatie dont une dimension minimale ou épaisseur s'étend suivant une première direction (Dl), en ce que le deuxième conducteur (42) présente une forme aplatie dont une dimension minimale ou épaisseur s'étend au moins sensiblement suivant la première direction (Dl), et en ce que la pièce mobile (21) est dotée d'un axe de rotation (5) s'étendant lui-même au moins sensiblement suivant la première direction (Dl). 6. Dispositif de protection suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'axe de rotation (5) de la pièce mobile (21) traverse un oeil (6) pratiqué dans la pièce mobile (21) et / ou dans le deuxième conducteur (42). 7. Dispositif de protection suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un boîtier isolant (7) supportant les plots de connexion (11, 12) et dans lequel sont logés l'interrupteur thermosensible (2), les moyens élastiques (3), et le composant d'écrêtage (4), et en ce que l'axe de rotation (5) de la pièce mobile (21) est au moins partiellement formé par un ergot interne du boîtier (7). 8. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications précédentes combinée aux revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le deuxième plot de connexion (12) présente un méplat (120) s'étendant parallèlement à l'axe de rotation (5) de la pièce mobile (21), et en ce que cette pièce mobile (21) est constituée par un flan métallique découpé présentant au moins un pli (210) à angle droit définissant, sur cette pièce mobile, une première branche (21A) sur laquelle est formée la première zone (211) de jonction fixée au méplat (120) du deuxième plot (12) par la première liaison fusible (221), et une deuxième branche (21B) perpendiculaire à la première (21A) et sur laquelle est formée la deuxième zone (212) de jonction fixée à la deuxième borne (42) du composant d'écrêtage (4) par la deuxième liaison fusible (222). 9. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un indicateur de déclenchement (8) mécaniquement lié à la pièce mobile (21) du côté de la première zone (211) de jonction de cette pièce mobile et entraîné en translation lors d'une rotation de la pièce mobile (21). 10. Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier isolant (7) supportant les plots de connexion (11, 12) et dans lequel sont logés l'interrupteur thermosensible (2), les moyens élastiques (3), et le composant d'écrêtage (4), et en ce que les moyens élastiques (3) sont constitués par un ressort (3) s'étendant parallèlement à une grande dimension du composant d'écrêtage (4) entre un point d'accrochage (70) ménagé dans le boîtier (7) et un point d'accrochage (213) ménagé sur la pièce mobile (21) du côté de sa première zone (211) de jonction.