Brevet FR3060832A1 — publié le 20180622

CONTACTEUR ELECTRIQUE DE PUISSANCE ET VEHICULE COMPORTANT UN TEL CONTACTEUR DOMAINE TECHNIQUE L'invention appartient au domaine des réseaux de distribution des alimentations de puissance. Plus particulièrement, l'invention appartient au domaine de la distribution de puissance électrique embarquée dans les véhicules. Plus particulièrement, l'invention concerne un contacteur électrique de 10 puissance, par exemple un contacteur utilisé dans un aéronef. ETAT DE L'ART 15 Dans les réseaux de distribution électrique des véhicules, le retour des courants portés par les phases ou le positif de l'alimentation est généralement réalisé par un conducteur séparé dédié, neutre ou potentiel de référence à l'alimentation, de manière distincte par rapport à la masse électrique de la structure du véhicule. 20 Cette configuration illustrée dans l'exemple d'installation d'un contacteur 100 illustré sur la Figure 1 est utilisé en particulier lorsque les qualités exigées pour les circuits d'alimentation des équipements sont incompatibles avec un retour nominal de courant par la structure du véhicule utilisée comme masse électrique. 25 Elle s'impose également lorsque la continuité électrique de la structure n'est pas assurée avec une résistance suffisamment faible, ce qui est constaté sur les structures résultant de l'assemblage de nombreuses pièces métalliques, par exemple les aéronefs à structure métallique, ou pour les aéronefs récents avec 3060832 2 l'utilisation croissante de structures non conductrices, ou inadaptées à la conduction électrique, comme par exemple les structures en matériaux composites. Une telle configuration implique un nombre important d'interfaces 5 composant/composant et composant/système, entraînant une complexité et un poids de câblage ainsi que des risques de couplage électromagnétique dus aux boucles de courant radiofréquences rayonnantes. La problématique du poids est essentielle en aéronautique. Par ailleurs, il convient de limiter autant que possible tout dysfonctionnement des systèmes 10 embarqués qui serait imputable aux couplages électromagnétiques entre les éléments du système. L'invention propose un contacteur électrique de puissance diminuant la complexité du câblage interne, permettant ainsi de limiter les conséquences inférentes à la problématique mentionnée plus haut et d'améliorer la fiabilité de 15 l'installation. EXPOSE DE L'INVENTION 20 L'invention concerne un contacteur électrique de puissance destiné à être connecté à une alimentation électrique en courant continu entretenant une différence de potentiel entre une borne à un potentiel Vdc et une borne à un potentiel de référence OVdc. Le contacteur électrique de puissance selon 25 l'invention comporte : au moins une bobine agencée pour actionner au moins un contact de puissance ; et - au moins un contrôleur alimentant l'au moins une bobine par une tension +Vdc fournie par l'alimentation électrique ; et 30 - au moins un contact auxiliaire actionné par l'au moins une bobine, une borne de l'au moins un contact auxiliaire étant reliée à une entrée du contrôleur pour définir une tension sur l'entrée. ^ 3060832 3 L'au moins un contact de puissance, l'au moins une bobine et l'au moins un contact auxiliaire sont renfermés dans un boîtier mécanique. Le contacteur électrique de puissance comporte en outre un plan de masse électrique local destiné à être relié électriquement au potentiel de référence OVdc 5 de l'alimentation électrique et à une masse électrique extérieure au contacteur électrique de puissance. Des retours de courant de l'au moins une bobine et de l'au moins un contact auxiliaire sont réalisés par un conducteur commun relié au plan de masse électrique local. Un retour de courant de l'au moins un contrôleur est relié au plan de masse électrique local. Dans une forme de réalisation, le boîtier mécanique est relié au plan de masse électrique local par un conducteur indépendant. Dans une forme de réalisation, le boîtier mécanique est relié au plan de masse électrique local par le conducteur commun reliant les retours de courant de l'au moins une bobine et de l'au moins un contact auxiliaire audit plan de masse électrique local. Dans une forme de réalisation, une distance du plan de masse électrique local à l'au moins un contrôleur et une distance du plan de masse électrique local à un boîtier mécanique comprenant les éléments de commutation est inférieure ou égale à 30cm. Dans une forme de réalisation, la résistance entre deux points quelconques du plan de mass électrique local est inférieure à 10pQ, de préférence à 2p0. Dans une forme de réalisation, le plan de masse électrique local est une 30 plaque rectangulaire d'un matériau de résistivité inférieure ou égale à 10-6 Cl.m, d'épaisseur e supérieure ou égale à 0,10mm, de préférence égale à 0,5mm, et dont le rapport UL d'une largeur f de plaque sur une longueur L de plaque est supérieur ou égal à 2/3 et inférieur ou égal à 1. 20 25 3060832 4 Dans une forme de réalisation, le plan de masse électrique local a une forme sensiblement carrée. 5 L'invention concerne également un aéronef comportant au moins un contacteur électrique de puissance selon l'invention. Dans une forme de réalisation, l'aéronef comporte en outre un plan de masse électrique général en charge des retours de courant de l'aéronef et auquel 10 le plan de masse électrique local de l'au moins un contacteur de puissance est relié. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La Figure 1 déjà citée représente un contacteur de puissance de l'art antérieur. La Figure 2 représente un contacteur électrique de puissance selon l'invention dans une première forme de réalisation. La Figure 3 représente un contacteur électrique de puissance selon 25 l'invention dans une seconde forme de réalisation. La Figure 4 représente le contacteur de puissance dans la forme de réalisation de la Figure 2, dont une référence de potentiel de l'alimentation est reliée à un plan de masse général. 30 3060832 5 DESCRIPTION DETAILLEE La Figure 1 représente le schéma de câblage d'un contacteur 100 de l'art antérieur, classiquement utilisé dans un système électrique embarqué d'un 5 aéronef. Le contacteur de puissance 100 illustré ici est du type SPST - 2NO - 2NC. Il comprend : - un boîtier mécanique 110 renfermant : o un contact de puissance 111 Single Pole Single Throw 10 comportant une première borne Al et une seconde borne A2 ; o quatre contacts auxiliaires 112, dont deux contacts auxiliaires « normalement ouverts » NO et deux contacts auxiliaires « normalement fermés » NC ; o une bobine d'appel L2 susceptible d'être traversée par un courant 15 d'appel et ou de maintien des contacts ; o une bobine de maintien Ll +L2 susceptible d'être traversée par un courant de maintien ; - un contrôleur 120. Le courant d'appel susceptible de traverser les bobines d'appel L2 et de 20 maintien Ll +L2 pour fermer le contact de puissance 111 est parfois dix fois supérieur au courant de maintien susceptible de traverser la bobine de maintien Ll +L2 pour maintenir fermé ledit contact de puissance. Par exemple, le courant d'appel peut être de 4A, et le courant de maintien de 0,4A, ce qui justifie la mise en oeuvre de deux bobines pour limiter la consommation électrique et 25 l'échauffement sur de longues durées d'excitation du contacteur de puissance. Ces caractéristiques d'un contacteur ne sont présentées ici qu'à titre d'exemple non limitatif d'un contacteur qui peut présenter plusieurs contacts de puissance, normalement ouverts ou normalement fermés, et un nombre différent de contacts secondaires normalement ouverts ou normalement fermés. 30 Le contacteur de puissance 100 présente : - six bornes 1, 2, 5, 7, 9, 11 susceptibles d'être soumises à un potentiel Vdc, chacune étant associée de manière unique à l'une des bobines L1, L2 ou à l'un des contacts auxiliaires ; 3060832 6 - cinq bornes 3, 4, 6, 8 et 10 susceptibles d'être soumises à une référence de potentiel Odc, la borne 3 étant associée aux bobines, les autres bornes étant chacune associée de manière unique à un contact auxiliaire. 5 Les bornes 1 à 11 sont reliées électriquement et individuellement au contrôleur 120. Le boîtier mécanique 110 contenant notamment les éléments de commutation, c'est-à-dire les bobines et les contacts auxiliaires, est également relié à une masse électrique 310 par un conducteur 113 de mise à la masse 310 10 de sorte à acheminer les courants de fuite et éviter une accumulation de charges électriques sur ledit boîtier mis en oeuvre avec un blindage électromagnétique. Le contrôleur 120 est quant à lui alimenté en tension par une alimentation électrique 300 présentant un potentiel d'alimentation +Vdc et une référence de potentiel OVdc. 15 On remarque en particulier que le contacteur de puissance 100 comprend six retours au potentiel de référence OVdc. Ces caractéristiques du contacteur de l'art antérieur sont rappelées pour mieux mettre en évidence la configuration d'un contacteur de l'invention qui pour 20 comparaison sera illustré avec des capacités équivalentes. La Figure 2 représente un contacteur de puissance 200 selon l'invention. Il comprend : - un boîtier mécanique 110 renfermant : o un contact de puissance 111 SPST comportant une première borne Al et une seconde borne A2 ; o quatre contacts auxiliaires 112, dont deux contacts auxiliaires « normalement ouverts » NO et deux contacts auxiliaires « normalement fermés » NC ; o une bobine d'appel L2 susceptible d'être traversée par un courant d'appel et ou de maintien des contacts ; o une bobine de maintien Ll +L2 susceptible d'être traversée par un courant de maintien ; - un contrôleur 120 ; et 3060832 7 - un plan de masse électrique local 230 relié à une masse électrique 310 extérieure au contacteur de puissance 200. Le plan de masse électrique local 230 est constitué d'un matériau électriquement bon conducteur, par exemple du cuivre. 5 Les connexions au potentiel de référence OVdc associées aux bobines L1, L2 et aux contacteurs auxiliaires du contacteur de puissance 200 sont regroupées, à l'intérieur du boîtier mécanique 110 dudit contacteur, au plus près des contacts auxiliaires et des bobines L1, L2 sur une unique borne de raccordement 3'. 10 Un unique conducteur commun, par exemple un câble électrique, est mis en oeuvre pour relier la borne de raccordement 3' au plan de masse électrique local 230. Le contrôleur 120 et le boîtier mécanique 110 sont reliés indépendamment dudit conducteur commun audit plan de masse électrique local. De par la disposition des éléments devant être reliés à la masse électrique 15 locale, l'utilisation d'une tresse électrique comme masse électrique locale nécessiterait une tresse de longueur supérieure à 30cm. La résistance d'une tresse d'une telle longueur est trop importante pour que la tresse constitue un plan de masse électrique efficace. Avantageusement, le plan de masse électrique local 230 a sensiblement la 20 forme d'une plaque rectangulaire, d'épaisseur e minimale 0,1mm et de préférence égale à 0,5mm, et de longueur L et de largeur f telles qu'un ratio UL est supérieur à deux tiers et inférieur ou égal à 1. De manière préférée, la plaque est sensiblement carrée. De telles caractéristiques permettent d'obtenir une résistance, entre deux points quelconques du plan de masse électrique, 25 suffisamment faible pour réduire le risque de perturbations par impédance commune lorsque plusieurs signaux partagent la même masse électrique de retour à un niveau compatible avec les exigences des équipements embarqués. L'utilisation d'une plaque au profit d'une tresse permet de limiter le nombre de connexions multi-contacts, évitant ainsi les augmentations de résistance électrique 30 localement, aux points de connexion, et évitant également une dégradation de la fiabilité du système électrique. En pratique, on entend par « résistance suffisamment faible » une résistance inférieure à 10p4, de préférence inférieure à 24. Pour obtenir une 3060832 8 telle résistance, l'au moins un plan de masse électrique 230 pourra être constitué d'un matériau bon conducteur électrique, par exemple du cuivre. L'expression « matériau bon conducteur » doit être comprise dans le sens communément entendu par l'homme du métier des systèmes de distribution électrique de 5 puissance. En général, un matériau ayant une résistivité inférieure à 10-6 Cl.m dans les conditions d'utilisation est considéré comme « bon conducteur ». Avantageusement, le plan de masse électrique local 230 est situé au plus près du boîtier mécanique 110 et du contrôleur 120, de sorte à limiter la longueur des câbles utilisés, et donc leur poids. De préférence, l'agencement du plan de 10 masse électrique local 230 est tel que les câbles conducteurs utilisés pour relier la borne de raccordement 3', le boîtier mécanique 110 et le contrôleur 120 ont une longueur inférieure à 30cm. Dans une forme de réalisation non illustrée, le plan de masse électrique 15 local 230 d'un contacteur selon l'invention peut servir de plan de masse électrique local 230 pour un autre contacteur 200 selon l'invention, en particulier dans l'environnement d'un meuble électrique comportant une pluralité de contacteurs électriques. 20 Dans l'exemple illustré, en regroupant ainsi les retours de courant du contacteur 200, le nombre de câbles utilisés est diminué de quatre, passant de : - un câble utilisé initialement pour le raccordement des bobines au potentiel de référence ; - quatre câbles utilisés initialement pour le raccordements des bornes des 25 contacts auxiliaires au potentiel de référence 0Vdc ; à un seul et unique câble utilisé pour tous ces raccordements. Dans une forme de réalisation illustrée sur la Figure 3 , l'unique conducteur commun mis en oeuvre pour relier la borne de raccordement 3' au plan de masse 30 électrique local 230 est également utilisé pour relier le boîtier mécanique 110 audit plan de masse électrique local. 3060832 9 L'ensemble selon l'invention permet donc le câblage interne du contacteur de puissance 200 en utilisant le plan de masse électrique local 230. La limitation du nombre de câbles permet de limiter, d'environ 30% en pratique, le poids de câblage mis en oeuvre dans le contacteur 200, et de 5 minimiser les boucles de courant radiofréquences rayonnantes, réduisant ainsi les risques de couplage électromagnétique pouvant induire des dysfonctionnements du système électrique. L'invention telle que décrite ici est adaptée à tout type de véhicule, et 10 particulièrement à des aéronefs avec une structure majoritairement réalisée en matériaux composites. En effet, de tels avions sont munis d'un plan de masse électrique général 400 car les courants de fuite, toujours possibles, sont susceptibles d'endommager ladite structure. Le contacteur électrique de puissance 200 selon l'invention peut être mis en oeuvre avantageusement dans un 15 tel avion, dont le plan de masse électrique fait office de plan de masse électrique général 400 tel qu'illustré sur la Figure 4 auquel est rapporté le potentiel de référence du plan de masse local 230 via l'alimentation électrique 300. La masse électrique 310 de la forme de réalisation de la Figure 2 est ici avantageusement remplacée par le plan de masse électrique général 400. 20 Toutefois, il convient de noter que l'invention n'est pas limitée au seul domaine de l'aéronautique du mode de réalisation détaillé ici, mais pourra être adapté à d'autres domaines industriels tels que par exemple le domaine automobile. REVENDICATIONS1. Contacteur électrique de puissance (200) destiné à être connecté à une alimentation électrique (300) en courant continu entretenant une différence de potentiel entre une borne à un potentiel Vdc et une borne à un potentiel de référence OVdc, ledit contacteur électrique comportant : - au moins une bobine (L1 ; L2) agencée pour actionner au moins un contact de puissance (111) ; et au moins un contrôleur (120) alimentant ladite au moins une bobine par une tension +Vdc fournie par l'alimentation électrique (300) ; et - au moins un contact auxiliaire (112) actionné par ladite au moins une 10 bobine, une borne dudit au moins un contact auxiliaire étant reliée à une entrée dudit contrôleur pour définir une tension sur ladite entrée ; l'au moins un contact de puissance (111), l'au moins une bobine (L1 ; L2) et l'au moins un contact auxiliaire (112) étant renfermés dans un boîtier mécanique (110), ledit contacteur électrique de puissance étant caractérisé en ce 15 que : - le contacteur électrique de puissance (200) comporte en outre un plan de masse électrique local (230) destiné à être relié électriquement au potentiel de référence OVdc de l'alimentation électrique (300) et à une masse électrique (310) extérieure au contacteur électrique de puissance (200) ; 20 - des retours de courant de l'au moins une bobine (L1 ; L2) et de l'au moins un contact auxiliaire (112) sont réalisés par un conducteur commun relié audit plan de masse électrique local ; un retour de courant de l'au moins un contrôleur (120) est relié audit plan de masse électrique local. 25 2. Contacteur électrique de puissance (200) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boîtier mécanique (110) est relié au plan de masse électrique local (230) par un conducteur indépendant. 30 3 Contacteur électrique de puissance (200) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boîtier mécanique (110) est relié au plan de masse ^ ^ 3060832 11 électrique local (230) par le conducteur commun reliant les retours de courant de l'au moins une bobine (L1 ; L2) et de l'au moins un contact auxiliaire audit plan de masse électrique local (230). 5 4. Contacteur électrique de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une distance du plan de masse électrique local (230) à l'au moins un contrôleur (120) et une distance du plan de masse électrique local (230) à un boîtier mécanique (110) comprenant les éléments de commutation est inférieure ou égale à 30cm. 5. Contacteur électrique de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la résistance entre deux points quelconques du plan de masse électrique local (230) est inférieure à 10p4, de préférence inférieure à 2p0. 6. Contacteur électrique de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le plan de masse électrique local (230) est une plaque rectangulaire d'un matériau de résistivité inférieure ou égale à 10-6 Cl.m, d'épaisseur e supérieure ou égale à 0,10mm, de préférence égale à 0,5mm, et dont un rapport UL d'une largeur f de plaque sur une longueur L de plaque est supérieur ou égal à 2/3 et inférieur ou égal à 1. 7. Contacteur électrique de puissance (200) selon la revendication 6 caractérisé en ce que le plan de masse électrique local (230) a une forme 25 sensiblement carrée. 8. Aéronef comportant au moins un contacteur électrique de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 30 9. Aéronef selon la revendication 8 comportant en outre un plan de masse électrique général (400) en charge des retours de courant de l'aéronef et auquel le plan de masse électrique local (230) de l'au moins un contacteur de puissance (200) est relié.