Brevet FR2987162A1 — publié le 20130823

Contact mobile bistable La présente invention concerne un ensemble contact mobile / porte-contact pour appareil électrique de protection de ligne du type disjoncteur, dans lequel le ou les contacts mobiles est/sont monté(s) rotatif(s) dans un porte-contact avec un débattement angulaire permettant une dissociation des déplacements du ou des contacts mobiles et du porte-contact. Une telle possibilité de rotation relative est recherchée pour améliorer le fonctionnement de l'appareil, autant dans une position de fermeture de la ligne, où elle permet le cas échéant de compenser l'usure des contacts, que lors d'une ouverture brusque consécutive à un problème sur une ligne, où l'indépendance rotationnelle permet d'accélérer l'ouverture des contacts avant même que la serrure qui équipe ce genre de produits ne bascule. On utilise dans ce dernier cas l'effet de répulsion électrodynamique entre le contact fixe et le contact mobile, également appelé effet de boucle, qui implique cependant une configuration particulière d'arrivée du courant dans le contact fixe pour créer les conditions d'une telle boucle avec le bras du contact mobile. La répulsion électrodynamique provoque l'ouverture des contacts au plus tôt, en pratique dès que la valeur du courant dans la ligne a dépassé quelques dizaines de fois le courant nominal, sans pour autant s'approcher du pouvoir de coupure nominal de l'appareil. Cette possibilité d'ouverture accélérée du contact mobile est utile par exemple dans un disjoncteur à haut pouvoir de coupure, dans lequel on utilise l'effet de répulsion précité dans le but de séparer le plus rapidement possible le contact mobile du contact fixe, l'augmentation rapide de la distance les séparant permettant d'avoir la tension d'arc la plus élevée possible dans les meilleurs délais. Pour préserver le bénéfice de ce déplacement rapide du contact mobile décorrellé du déplacement du porte-contact, il faut prévoir qu'en fin de course, provoquée par la collision dudit contact avec une quelconque butée, par exemple une paroi de l'appareil, ladite collision ne provoque pas une rotation en sens inverse, rediminuant la distance entre les contacts et par conséquent la tension d'arc. Le déplacement rotatif du contact mobile dans le porte-contact est dans ce but organisé entre deux positions stables, par exemple au moyen du ressort de traction par ailleurs utilisé pour assurer la force de contact, qui sollicite le contact mobile selon une direction et dans un sens favorisant globalement la fermeture des contacts, et qui peut prendre deux positions selon que l'axe du ressort est située d'un côté ou de l'autre de l'axe de rotation du contact mobile. Il y a donc une position stable maintenant le contact mobile dans le porte- contact à distance du contact fixe alors que le porte-contact n'a pas encore commencé à tourner. Le déclenchement du disjoncteur, via la serrure mécanique qui l'équipe, libère ensuite le porte-contact, qui se présente par exemple sous la forme d'un barreau porte-contact dans les produits multipolaires, et l'ensemble porte- contact/contact mobile (dans sa seconde position stable) bascule par conséquent. Le contact mobile revient ensuite dans sa position initiale par rapport au porte-contact, c'est à dire dans sa première position stable, suite à une collision sur une butée du produit en fin de basculement, marquant le début d'une rotation inverse du contact mobile relativement au porte-contact impulsée par ladite butée. L'ensemble se retrouve alors en position normale d'ouverture des contacts du disjoncteur, mais configuré pour que la position relative du contact mobile et du porte-contact permette une fermeture dans la position stable correspondant à un tel état. L'invention présente des configurations originales d'ensembles contact mobile / porte-contact, permettant d'assurer le caractère bistable des contacts mobiles avec des solutions techniques favorisant une industrialisation dans les meilleures conditions de fabrication, induisant des incidences économiques favorables. Selon l'invention, ces solutions sont basées sur une configuration telle que, le contact mobile étant monté rotatif dans le porte-contact entre deux positions stables, au moins un ressort de traction est fixé d'une part au contact mobile et d'autre part au porte-contact, selon une orientation perpendiculaire à l'axe de rotation du contact mobile dans le porte-contact. Les moyens ressort sont disposés de telle sorte qu'il puissent exercer deux couples distincts en deux positions de stabilité bornant un écart angulaire du contact mobile dans le contact fixe, lesdites positions de stabilité résultant d'un changement de positionnement du ressort par rapport soit à l'axe de rotation du contact mobile soit au contact mobile. Selon une première variante, le contact mobile comporte deux pièces symétriques présentant chacune : - un bras fixé à son homologue symétrique, une pastille de contact étant placée à l'extrémité libre des bras accolés dépassant du porte-contact, - et une portion située à l'intérieur du porte-contact, pivotant entre des flasques latéraux du porte-contact, et formant avec son homologue symétrique un étrier entre les branches duquel s'étend un ressort de traction fixé d'une part au contact mobile et d'autre part au porte-contact, selon une orientation perpendiculaire à l'axe de rotation. Selon une possibilité, l'une des pièces homologues comporte une patte venant de découpe avec la seconde portion et dépassant de celle-ci en direction de l'autre pièce, et sur laquelle une première extrémité du ressort est accrochée. Ladite patte présente d'ailleurs une encoche d'accroche de l'extrémité du ressort. La seconde extrémité du ressort est quant à elle accrochée à un axe reliant les flasques latéraux du porte-contact. Dans cette variante, la rotation du contact mobile dans le porte-contact n'est pas mise en oeuvre par un arbre traversant, du fait de la nécessité de laisser le ressort changer d'orientation et de localisation relativement au porte-contact entre ses deux positions stables. Ainsi, le contact mobile comporte sur les faces externes des secondes portions écartées l'une de l'autre des plots d'allure cylindrique aptes à pivoter dans des logements en regard pratiqués dans les flasques latéraux. Pour des facilités de montage, lesdits logements présentent un canal débouchant à la périphérie des flasques. Selon une seconde variante propre à l'invention, l'ensemble contact mobile / porte-contact est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ressort de traction fixé selon une orientation parallèle à l'axe de rotation d'une part au contact mobile et d'autre part à un arbre reliant les deux flasques du porte- contact, les extrémités dudit arbre étant logées dans des évidements latéraux pratiqués dans les flasques lui permettant un débattement provoqué par son interaction avec un profil du contact mobile situé au voisinage de l'arbre lorsque le contact mobile tourne, ledit profil comportant une protubérance formant point dur entre un appui stable dans les évidements latéraux et une zone d'appui du profil logeant l'arbre, correspondant à deux positions angulaires stables pour le contact mobile. La solution de la deuxième variante est basée sur la combinaison entre l'effort du ressort et le profil et plus généralement la liaison de l'arbre au porte-contact, permettant deux positions stables du contact mobile. Les évidements logeant les extrémités de l'arbre sont d'allure trapézoïdale à coins intérieurs arrondis et côtés de dimension supérieure au diamètre de l'arbre, et ils sont débouchants à la périphérie des flasques. Les déplacements, certes limités, des extrémités de l'arbre dans les évidements latéraux, sont nécessaires principalement pour passer au-dessus de la protubérance formant point dur lorsque le contact mobile tourne, la traction du ressort permettant la stabilité de l'appui de l'arbre dans la zone d'appui du profil et dans les évidements latéraux, conférant une stabilité corrélative aux deux positions angulaires du contact mobile dans le porte-contact. Plus précisément, ce profil comporte une protubérance suivie d'une concavité arrondies et d'une indentation, la protubérance et la concavité ayant un rayon de courbure de l'ordre du rayon de l'arbre. De préférence, selon l'invention, le ressort est un ressort de traction à boudins simple ou double. Les variantes de l'invention vont à présent être décrites plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective du contact mobile selon la première solution, avec le ressort et l'arbre coopérant avec le porte-contact ; - la figure 2 représente, toujours en perspective, les deux pièces homologues formant le contact mobile ; - la figure 3 montre, en vue perspective, une partie d'un barreau de porte- contact multipolaire ; - les figures 4 à 6 montrent l'invention, c'est à dire l'ensemble contact mobile / porte-contact, dans un boîtier de disjoncteur, dans ses trois positions, respectivement contact fermé, contact mobile en phase de répulsion et contacts ouverts lorsque la serrure a basculé; - la figure 7 est une vue perspective du contact mobile selon la seconde variante ; - la figure 8 illustre en perspective une partie d'un porte-contact multipolaire vu du côté dont dépasse le contact mobile ; - la figure 9 représente en perspective un porte-contact multipolaire vu du côté opposé ; - les figures 10 à 12 montrent la seconde variante de l'ensemble de l'invention, contact mobile / porte-contact, dans ses trois positions, respectivement contact fermé, contact mobile en phase de répulsion et contacts ouverts une fois la serrure basculée, la figure 10 montrant en sus leur implantation dans un boîtier de disjoncteur En référence à la figure 1, le contact mobile 1 se compose de deux pièces symétriques 2 et 3 présentant chacune un bras (2a, 3a) et une portion interne au porte-contact (2b, 3b) (voir ci-après). Chaque pièce (2, 3) forme avec son homologue symétrique (3, 2) un étrier entre les branches duquel s'étend un ressort de traction (4). Ce ressort de traction (4) est fixé entre une patte (5) d'un seul tenant avec la pièce (3) (voir en figure 2) et présentant une encoche (6) du maintien de l'extrémité recourbée du ressort (4). L'autre extrémité du ressort (4) s'accroche à un arbre (7) retenu dans des logements du porte-contact. Les portions (2b, 3b) des pièces (2 et 3) présentent, sur leur face extérieure, des plots proéminents (8) destinés à pivoter dans des évidements correspondants (9) pratiqués dans les flasques latéraux du porte-contact (10) (voir en figure 3). La patte (5) vient de découpe avec la pièce (3), elle est repliée vers un logement (5') prévu dans la pièce (2). Les plots (8) sont réalisés par extrusion d'un soyage dans les portions (2b) et (3b) des pièces (2) et (3). Le fonctionnement apparaît dans les figures 4 à 6. En figure 4, la portion du disjoncteur représentée est figurée avec les contacts fermés, ce qui signifie que la pastille (11) soudée à l'extrémité libre des bras (2a, 3a) est en appui sur le contact fixe (12). Le trajet du courant I est représenté par les flèches. Lorsque, suite à un défaut sur la ligne, ledit courant I devient égal à plusieurs dizaines de fois la valeur nominale de fonctionnement normal du disjoncteur, le courant I passant dans les contacts (1, 11, 12) crée par effet électrodynamique une force tendant à ouvrir le contact mobile (1), comme représenté en figure 5. La forme particulière du contact fixe (12) et sa disposition par rapport au bras du contact mobile (1) favorisent un effet de répulsion électrodynamique dû à la circulation du courant électrique I en sens contraire dans les deux contacts (1, 12), créant un effet de boucle. On voit en effet, notamment en figure 5, qu'au niveau des contacts fixe (12) et mobile (1), les flèches du courant I sont en sens inverse, ce qui est simplement obtenu par une forme particulière des contacts, notamment du contact fixe (12) qui induit un trajet du courant en sens inverse de celui qui circule dans le bras du contact mobile (1) au voisinage des pastilles de contact (11, 12). Cet effet répulsion visible en figure 5 accélère le déplacement du contact mobile (1), qui précède alors tout déplacement en rotation du porte-contact (10), lequel nécessite le basculement de la serrure. Dans la position de la figure 4, l'axe (A, A') de la force de traction du ressort est situé à gauche de l'axe de pivotement (R) du porte-contact (10), et ledit ressort (4) exerce par conséquent un couple qui sollicite le contact mobile (1) vers une position stable, contacts (1, 12) fermés. Lorsque le contact mobile (1) est brutalement repoussé du fait de l'effet de boucle, comme cela résulte de la figure 5, l'axe (A, A') du ressort (4), matérialisant l'axe d'application de la force de traction, passe de l'autre côté de l'axe de rotation (R), et se positionne à la droite de celui-ci. La force de traction exerce par conséquent un couple dans l'autre sens, empêchant le contact mobile (1) de se refermer lorsqu'il bute sur une butée par exemple constituée d'une paroi du produit. Le but est d'éteindre l'arc électrique le plus rapidement possible, et d'atteindre à cet effet la distance maximale entre le contact mobile (1) et le contact fixe (12), permettant d'augmenter la tension d'arc et d'éteindre plus facilement ce dernier. Lorsque le disjoncteur déclenche par basculement de la serrure, comme cela est représenté en figure 6, le porte-contact (10) opère une rotation dans la sens de la flèche (F), c'est-à-dire qu'il va dans le même sens que la direction de répulsion du contact mobile (1). L'ensemble subit alors cette rotation et le contact mobile (1), continuant à se déplacer dans la même direction, heurte une butée du produit, et entame une rotation inverse par rapport au porte-contact (10). Le mouvement de rotation du porte-contact (10) vers sa position d'ouverture « rattrape » en somme le contact mobile (1), qui tend à repasser dans son autre position stable car le ressort repasse de l'autre côté de l'axe de rotation (R). Lorsque le contact mobile (1) arrive au voisinage de la butée (14) du porte- contact (10), butée vers laquelle il était déjà, en position fermée (voir en figure 4), le contact mobile (1) et le porte-contact (10) se meuvent ensemble vers la position normale, contacts ouverts du disjoncteur, position qui apparaît en figure 6. La seconde variante de l'invention est montrée aux figures suivantes 7 à 12, dans lesquelles les références qui sont conservées s'appliquent aux mêmes éléments ou à leurs stricts équivalents. Ainsi, le contact mobile (1) de la figure 7 est mobile autour d'un arbre (30) passant par son orifice (20), arbre dont les extrémités sont logées dans des évidements (9) pratiqués dans les faces ou flasques en regard du porte-contact (10) (voir en figure 8). Il comporte une encoche (6) pour l'accrochage de l'extrémité d'un double ressort de traction (4) et, à son extrémité voisine de l'orifice (20), il présente un profilé particulier composé d'une protubérance (21) suivie d'une cavité arrondie (22) et d'une indentation (23). Le fonctionnement précis de ce profil sera donné dans la suite, en référence aux figures 10 à 12. La figure 9 montre le côté du porte contact (10) situé à proximité dudit profil, en fonctionnement. Les faces latérales du porte contact (10) comportent à ce niveau des évidements (24) latéraux en regard débouchant à la périphérie desdites faces et destinés à loger un arbre (7) sur lequel il est prévu d'accrocher la ou les autres extrémités des moyens ressort (4). Le montage de l'arbre (7) est facilité par le caractère débouchant des évidements (24), l'arbre (7) (voir en figure 10) y étant maintenu par la tension du ou des ressorts (4). En référence à la figure 10, qui montre l'invention dans un disjoncteur (D) qui ne sera pas décrit, n'étant pas l'objet de l'invention, l'ensemble contact mobile (1)/porte contact (10) est représenté en position de fermeture des contacts (1, 12), la pastille (11) du contact mobile (1) étant au contact de la pastille du contact fixe (12). Le ressort de traction (4), en l'occurrence doublé puisqu'il en existe deux situés de part et d'autre du contact mobile (1), reliés par une tige en U inversé insérée dans l'encoche (6), sert de ressort de contact dans cette position. Le couple qu'il crée plaque en effet le contact mobile (1) contre le contact fixe (12) et rattrape en particulier l'usure possible des pastilles de contact (11, 12). Le bras du contact mobile (1) est, dans cette position, au voisinage de la butée (14) du porte-contact (10). L'arbre (7) est en deça de la protubérance (21), les extrémités logés vers la gauche des évidements (24). Il s'agit d'une position stable du contact mobile (1) par rapport au porte-contact (10) Lorsque la force due à l'effet électrodynamique, exactement dans les mêmes conditions que pour la configuration faisant l'objet de la première variante, repousse violemment le contact mobile (1) en générant un couple opposé à celui créée par les ressorts (4) vers une position telle que représentée en figure 2, sans que le porte-contact (10) ne bouge encore, l'arbre (7) commence par se déplacer vers la paroi à droite de l'évidement latéral (24), contre laquelle il arrive en butée car il est repoussé par la protubérance (21). Puis, la rotation du contact mobile (1) se poursuivant par rapport au porte-contact (10), ledit arbre (7) franchit la protubérance (21) aidé en cela par la possibilité de jeu de l'arbre (7) vers l'extérieur débouchant de l'évidement (24). Passé le point dur constitué par la protubérance (21), le contact mobile (1) se trouve dans une nouvelle position stable, montrée en figure 11. Ainsi, même si le contact mobile (1) a heurté le couvercle (25), il ne revient pas au delà de cette seconde position stable. La figure 12 est très semblable à la figure 11, mais après rotation du porte- contact (10) qui n'avait pas tourné en figure 11. Cette rotation, induite par la serrure du disjoncteur (D), fait heurter la surface (25) du porte-contact (10) contre la paroi (26), provoquant l'apparition d'un nouveau couple qui tend à faire tourner le contact mobile (1) en rotation inverse, de sorte que l'arbre (7) repasse la protubérance (21) en sens inverse, revenant à la position relative porte-contact (10)/contact mobile (1) de départ, celle qui est montrée en figure 10.20 REVENDICATIONS1. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) pour appareil électrique de coupure de ligne du type disjoncteur, dans lequel le contact mobile (1) est monté rotatif dans le porte-contact (10) entre deux position stables, caractérisé en ce qu'un ressort de traction (4) est fixé d'une part au contact mobile (1) et d'autre part au porte-contact (10), selon une orientation perpendiculaire à l'axe de rotation du contact mobile (1) dans le porte-contact (10) de telle sorte qu'il puisse exercer deux couples distincts en deux positions de stabilité bornant un écart angulaire du contact mobile (1) dans le porte-contact (10), lesdites positions de stabilité résultant d'un changement de positionnement du ressort (4) par rapport soit à l'axe de rotation (R) du contact mobile (1) soit au contact mobile (1). 2. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le contact mobile (1) comporte deux pièces (2, 3) symétriques présentant chacune : - un bras (2a, 3a) fixé à son homologue symétrique, une pastille de contact (11) étant placée à l'extrémité libre des bras (2a, 3a) accolés dépassant du porte-contact (10), - et une portion (2b, 3b) située à l'intérieur du porte-contact (10), pivotant entre des flasques latéraux du porte-contact (10), et formant avec son homologue symétrique un étrier entre les branches duquel s'étend un ressort de traction (4) fixé d'une part au contact mobile (1) et d'autre part au porte-contact (10), selon une orientation perpendiculaire à l'axe de rotation (R). 3. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'une des pièces (3) comporte une patte (5) venant de découpe avec et dépassant de la seconde portion (3b) en direction de l'autre pièce (2), et sur laquelle une première extrémité du ressort (4) est accrochée. 4. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite patte (5) comporte une encoche (6) d'accroche de l'extrémité du ressort (4). 5. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde extrémité du ressort (4) est accrochée à un arbre (7) reliant les flasques latéraux du porte-contact. 6. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact mobile (1) comporte sur les faces externes des secondes portions (2b, 3b) écartées l'une de l'autre des plots (8) d'allure cylindrique aptes à pivoter dans des logements (9) en regard pratiqués dans les flasques latéraux. 7. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits logements (9) présentent un canal débouchant à la périphérie des flasques. 8. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) pour appareil électrique de coupure de ligne du type disjoncteur, dans lequel le contact mobile (1) est monté rotatif dans le porte-contact (10) entre deux position stables selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ressort de traction (4) fixé d'une part au contact mobile (1) et d'autre part à un arbre (7) reliant les deux flasques du porte-contact (10), selon une orientation parallèle à l'axe de rotation, les extrémités dudit arbre (7) étant logées dans des évidements latéraux (24) pratiqués dans les flasques lui permettant un débattement provoqué par son interaction avec un profil (21, 22, 23) du contact mobile (1) situé au voisinage de l'arbre (7) lorsque le contact mobile (1) tourne, ledit profil comportant une protubérance (21) formant point dur entre un appui stable dans les évidements (9) et une zone d'appui (22) du profil logeant l'arbre (7), correspondant à deux positions angulaires stables pour le contact mobile (1). 9. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les évidements (24) sont d'allure trapézoïdale à coins intérieurs arrondis et côtés de dimension supérieure au diamètre de l'arbre (7), et débouchant à la périphérie des flasques. 10. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit profil comporte une protubérance(21) suivie d'une concavité arrondie (22) et d'une indentation (23), la protubérance (21) et la concavité (22) ayant un rayon de courbure de l'ordre du rayon de l'arbre (7). 11. Ensemble contact mobile (1) / porte-contact (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ressort (4) est un ressort de traction à boudins simple ou double.