Brevet FR3111008A1 — publié le 20211203

Dispositif de coupure à chambre plasma L’invention concerne un dispositif de coupure comprenant : , un élément conducteur (40) et un piston (30) mobile, le piston (30) étant apte à se déplacer entre une première position de passage du courant dans l’élément conducteur (40) et une deuxième position de coupure du courant, le piston (30) étant configuré pour rompre l’élément conducteur (40) lors de son passage de sa première position à sa deuxième position, le piston (30) étant positionné dans une cavité de réception (12a) d’un élément de réception (12) lorsque ledit piston (30) est dans sa deuxième position, caractérisé en ce que l’élément de réception (12) comprend en outre au moins une cavité additionnelle (50) distincte de la cavité de réception (12a) et reliée à ladite cavité de réception (12a) par au moins un canal (51), ledit au moins un canal (51) étant ouvert lors de la rupture de l’élément conducteur (40) par le piston (30). Figure pour l’abrégé : Fig.1 Dispositif de coupure à chambre plasma La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de coupure électrique, et plus particulièrement ceux du type à actionnement pyrotechnique. On connaît des dispositifs de coupure pyrotechnique comprenant un corps dans lequel est présent un initiateur pyrotechnique configuré pour, lorsqu’il est déclenché, mettre en mouvement un piston muni d’un relief en direction d’une barre conductrice à sectionner. On connaît par exemple le document déposé sous le numéro FR1908466 qui décrit un dispositif de coupure pyrotechnique. Le dispositif présenté dans le document FR1908466 connus permet d’obtenir des résultats satisfaisants, notamment pour des tensions supérieures à 500V et intensités supérieures à 10kA. Toutefois, la Demanderesse s’est aperçue que la génération de plasma provoquée lors de la rupture de la barre conductrice tend à limiter la coupure électrique. Ainsi, il existe ainsi un besoin pour un dispositif de coupure qui soit plus fiable à des tensions et à des intensités élevées. A cet effet, l’invention propose un dispositif de coupure comprenant: un élément conducteur et un piston mobile, le piston étant apte à se déplacer entre une première position de passage du courant dans l’élément conducteur et une deuxième position de coupure du courant, le piston étant configuré pour rompre l’élément conducteur lors de son passage de sa première position à sa deuxième position, le piston étant positionné dans une cavité de réception d’un élément de réception lorsque ledit piston est dans sa deuxième position, caractérisé en ce que l’élément de réception comprend en outre au moins une cavité additionnelle distincte de la cavité de réception et reliée à ladite cavité de réception par au moins un canal, ledit au moins un canal étant ouvert lors de la rupture de l’élément conducteur par le piston. Un tel dispositif de coupure permet d’évacuer le plasma généré lors de la rupture de l’élément conducteur vers la cavité additionnelle, limitant ainsi la quantité de plasma dans la cavité de réception qui tend à ralentir le piston et à assurer la continuité électrique entre les extrémités rompues de l’élément conducteur. Selon une caractéristique possible, le dispositif est un dispositif de coupure pyrotechnique comprenant un initiateur pyrotechnique, le piston étant apte à se déplacer suite à l’actionnement de l’initiateur pyrotechnique entre sa première position et se deuxième position. Selon une caractéristique possible, le au moins un canal est obturé par le piston lorsque ledit piston est dans sa deuxième position. Selon une caractéristique possible, le au moins un canal est situé au droit d’un point de rupture de l’élément conducteur. Selon une caractéristique possible, l’élément de réception comprend au moins deux cavités additionnelles distinctes chacune reliée à la cavité de réception par au moins un canal. Selon une caractéristique possible, l’élément conducteur est configuré pour être rompu par le piston en deux points de rupture. Selon une caractéristique possible, chaque cavité additionnelle est reliée à la cavité de réception par au moins un canal situé au droit d’un point de rupture de l’élément conducteur, au moins un canal étant situé au droit de chaque point de rupture de l’élément conducteur. Selon une caractéristique possible, la au moins une cavité additionnelle comprend une longueur au moins égale à la moitié de la longueur de la cavité de réception. Selon une caractéristique possible, le volume de la au moins une cavité additionnelle est supérieur ou égal au volume de la cavité de réception. Selon une caractéristique possible, le au moins un canal débouche dans la cavité de réception sur une portion de ladite cavité de réception présentant une surface conique de forme complémentaire à une portion du piston. Selon une caractéristique possible, l’élément conducteur est configuré pour être rompu en un point de rupture et être plié par le piston. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une installation électrique sécurisée comprenant un dispositif de coupure selon l’une quelconque des caractéristiques possibles et un circuit électrique relié à l’élément conducteur dudit dispositif. Selon un troisième aspect, l’invention concerne un véhicule comprenant une installation électrique sécurisée selon l’une des caractéristiques possibles. La figure 1 est une représentation schématique d’une vue en coupe d’un dispositif de coupure selon un mode de réalisation de l’invention, le piston étant en première position. La figure 2 correspond au dispositif de coupure de la figure 1 dans lequel le piston est en deuxième position. La figure 3 est une en perspective d’un élément de réception du dispositif de coupure selon un mode de réalisation possible de l’invention. La figure 4 est une représentation schématique d’un circuit électrique sécurisé dans lequel est présent un dispositif de coupure selon l’invention. La figure 5 est une représentation schématique d’une vue en coupe d’un dispositif de coupure selon un mode de réalisation possible de l’invention. Comme cela est illustré sur les figures 1 et 2, un dispositif 100 de coupure selon un mode de réalisation comprend un corps 10 à l’intérieur duquel sont installés un initiateur pyrotechnique 20, un piston 30, et un élément conducteur 40. Le piston 30 est monté de sorte à être mobile entre une première position de stockage et une deuxième position de rupture, le piston 30 étant déplacé depuis sa première position vers sa deuxième position par l’actionnement de l’initiateur pyrotechnique 20. Le piston 30 a pour fonction de rompre l’élément conducteur 40 lors de son passage de sa première position vers sa deuxième position, coupant ainsi la circulation du courant électrique traversant l’élément conducteur 40. Le dispositif 100 comprend une première 41 et une deuxième 42 bornes électriques destinées à être reliées à un circuit électrique à couper et qui correspondent ici à deux extrémités de l’élément conducteur 40. L’élément conducteur 40 prend ici la forme d’une barre ou languette conductrice électriquement. Dans un mode de réalisation non illustré, le dispositif 100 peut comprendre une pluralité d’éléments conducteurs. Un exemple d’installation comprenant un circuit électrique relié aux bornes 41 et 42 sera décrit en lien avec la figure 4. Afin de faciliter la rupture de l’élément conducteur 40 par le piston 30, l’élément conducteur 40 comprend au moins une zone de faiblesse 43 qui est destinée à former un point de rupture de l’élément conducteur 40. Dans les exemples de réalisation illustrés sur les figures, l’élément conducteur 40 comprend deux zones de faiblesses 43, permettant ainsi d’assurer une cassure de l’élément conducteur 40 en deux points de rupture et de détacher une portion sacrificielle 44 du reste de l’élément conducteur 40. Le corps 10 peut présenter une forme cylindrique d’axe principal Z, comme cela est illustré sur les figures, d’autres formes sont cependant possibles. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le corps 10 est formé par un élément de stockage 11 et un élément de réception 12 qui sont assemblés ensemble. L’élément de stockage 11 présente une cavité de stockage 11a dans laquelle le piston 30 est situé lorsque le piston 30 est dans sa première position. L’élément de réception 12 présente une cavité de réception 12a qui est alignée avec la cavité de stockage 11a et qui communique avec ladite cavité de stockage 11a. La cavité de réception 12a est destinée à recevoir le piston 30 lorsque ledit piston 30 est dans sa deuxième position, comme cela est illustré sur la figure 2. La cavité de stockage 11a et la cavité de réception 12a forme un logement dans lequel peut se déplacer le piston 30 et qui est traversée par la portion conductrice 40. L’initiateur pyrotechnique 20 comprend une charge pyrotechnique reliée à des connecteurs 21. La charge pyrotechnique est, lorsqu’elle est initiée par exemple à l’aide d’un courant traversant les connecteurs 21, apte à générer un gaz de pressurisation par sa combustion. Les éléments conducteurs 21 peuvent être reliés à un dispositif de contrôle C (figure 4) configuré pour actionner l’initiateur pyrotechnique 20 lorsqu’une anomalie est détectée. Le piston 30 présente, dans cet exemple, une forme de révolution autour de l’axe Z. L’axe Z correspond à l’axe de déplacement du piston 30. Le piston 30 comprend une gorge circonférentielle dans laquelle un joint d’étanchéité 31, par exemple un joint torique, est logé. Le piston 30 peut se déplacer selon une direction de déplacement A le long de l’axe Z à l’intérieur du corps 10 entre une position haute (première position) comme sur la figure 1, et une position basse (deuxième position) comme sur la figure 2. Tant que l’initiateur pyrotechnique 20 n’a pas été déclenché, le piston 30 est dans sa première position. Comme visible sur les figures 1 à 3, l’élément de réception 12 comprend au moins une cavité additionnelle 50 située autour de la cavité de réception 12a qui est mise en communication avec ladite cavité de réception 12a par au moins un canal 51. Dans les exemples de réalisation illustrés sur les figures, l’élément de réception 12 comprend une pluralité de cavités additionnelles 50. Les cavités additionnelles 50 sont des cavités distinctes de la cavité de réception 12a, notamment le piston 30 ne pénètre pas dans les cavités additionnelles 50 lorsque ledit piston 30 est positionné dans la cavité de réception 12a. Les canaux 51 qui relient les cavités additionnelles 50 à la cavité de réception 12a sont ouverts lorsque le piston 30 vient rompre l’élément conducteur 40, et sont obturés par le piston 30 lorsque ledit piston 30 est dans sa deuxième position. De telles cavités additionnelles 50 permettent de recevoir le plasma généré lors de la rupture de l’élément conducteur 40, le plasma étant ainsi évacué depuis la cavité de réception 12a vers la ou les cavités additionnelles 50 par le ou les canaux 51.. La Demanderesse s’est en effet rendue compte que le fait que le plasma stagne dans la cavité de réception 12a tend d’une part à ralentir le mouvement du piston 30, et d’autre part tend à permettre la circulation du courant électrique malgré la rupture de l’élément conducteur 40. Le fait de déplacer le plasma hors de la cavité de réception 12a permet ainsi au dispositif 100 de couper plus rapidement et plus efficacement la circulation d’un courant électrique entre les deux bornes 41 et 42 de l’élément conducteur, 40 et ce malgré le fait que la tension et l’intensité du courant électrique soit élevées (notamment une tension supérieure à 500V et une intensité supérieure à 10kA) et provoquent la génération de plasma à la rupture de l’élément conducteur 40. De manière préférentielle, une fois l’élément conducteur 40 rompu, le piston 30 vient ensuite obturer le ou les canaux 51, maintenant ainsi le plasma dans les cavités additionnelles 50, ce qui limite ainsi le risque que le courant continue de circuler malgré la coupure de l’élément conducteur 40. Selon une caractéristique préférentielle permettant une meilleure évacuation du plasma vers la ou les cavités additionnelles 50, le ou les canaux 51 sont situés au droit d’un point de rupture de l’élément conducteur 40. En effet, le plasma est généré au niveau du point de rupture de l’élément conducteur 40. Le ou les canaux 51 sont de préférence situés proches d’un point de rupture de l’élément conducteur 40, permettant ainsi une meilleure évacuation du plasma vers la ou les cavités additionnelles 50. Ainsi, le ou les canaux sont situés à une distance inférieure ou égale à 5mm d’un point de rupture de l’élément conducteur 40. Afin de minimiser la quantité de plasma restant dans la cavité de réception 12a, la taille de la ou des cavités additionnelles 50 est avantageusement suffisamment importante par rapport à la taille de la cavité de réception 12a. Ainsi, la ou les cavités additionnelles 50 présentent une longueur qui est au moins égale à la longueur de la cavité de réception 12a. De manière encore plus avantageuse, le volume totale de la ou des cavités additionnelles 50 est supérieur ou égal au volume de la cavité de réception 12a. De manière préférentielle, le volume totale de la ou des cavités additionnelles 50 est supérieur au volume de la cavité de réception 12a. Selon une caractéristique préférentielle permettant d’obtenir une meilleure isolation, l’élément de réception 12 comprend une pluralité de cavités additionnelles 50 afin de créer des poches isolées de plasma. L’élément de réception 12 peut par exemple comprendre quatre cavités additionnelles 50, comme dans l’exemple de la figure 3. Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 3, les canaux 51 débouchent dans la cavité de réception 12a sur une portion P de ladite cavité de réception 12a qui présente une surface conique. La forme de la surface conique de la portion P de la cavité de réception 12a est complémentaire à la forme d’une portion du piston 30, permettant ainsi d’améliorer l’étanchéité de la fermeture des canaux 51 par le piston 30. Selon un mode de réalisation possible qui n’est pas illustré sur les figures, l’élément conducteur 40 comprend une zone de faiblesse 43 et est rompue en un point de rupture. La portion sacrificielle 44 n’est pas détachée du reste de l’élément conducteur 40 mais est pliée par le piston 30 dans la cavité de réception 12a. La figure 4 montre schématiquement un exemple d’installation électrique sécurisée 300 mettant en œuvre le dispositif 100 de coupure selon l’invention. L’installation électrique sécurisée 300 comprend un système d’alimentation sécurisé 310 comprenant le dispositif de coupure 100 (représenté de façon très schématique) et un circuit d’alimentation 311. Le circuit d’alimentation 311 comprend ici un générateur électrique G relié à la deuxième borne 42 de la portion conductrice 40 du dispositif de coupure 100. Le générateur électrique G peut être par exemple une batterie ou un alternateur. Le système d’alimentation sécurisé 310 comprend en outre un élément de contrôle C configuré pour actionner l’initiateur pyrotechnique 20 lorsqu’une anomalie est détectée. L’élément de contrôle C est connecté à l’initiateur pyrotechnique 20 par l’intermédiaire des connecteurs 21. L’anomalie en réponse à laquelle l’élément de contrôle C peut déclencher l’initiateur pyrotechnique 20 peut être une anomalie électrique, comme un dépassement de seuil de courant dans le circuit, ou une anomalie non-électrique comme la détection d’un choc, par exemple une décélération brusque de l’élément de contrôle, d’un changement de température, de pression, etc. En cas de détection d’une anomalie, l’élément de contrôle C est apte à envoyer un courant électrique à l’initiateur pyrotechnique 20 pour son déclenchement afin de couper le courant, comme décrit précédemment. L’installation électrique sécurisée 300 comprend enfin un dispositif électrique D relié ici à la première borne 41 de la portion conductrice 40 du dispositif de coupure 100 pour être alimenté par le système d’alimentation sécurisé 310. A titre d’exemple, un véhicule automobile peut comprendre une installation électrique sécurisée 300. Selon un mode de réalisation possible illustré sur la figure 5, les canaux 51 peuvent être situés dans une partie basse de la cavité de réception 12a, le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2 comprenant les canaux 51 en partie haute de la cavité de réception 12. La cavité de réception 12a comprend en effet une partie haute située à une première extrémité et qui débouche dans la cavité de stockage 11a et une partie basse qui est située à une deuxième extrémité, qui obturée et qui reçoit la portion sacrificielle 44 une fois détachée de l’élément conducteur 40. Le plasma applique une pression sur les parois 200 des cavités additionnelles 50, renforçant ainsi l’étanchéité du cône mâle 201 formé par le piston 30 avec le cône femelle 202 formé par la cavité de réception 12a. Dispositif (100) de coupure comprenant : un élément conducteur (40) et un piston (30) mobile, le piston (30) étant apte à se déplacer entre une première position de passage du courant dans l’élément conducteur (40) et une deuxième position de coupure du courant, le piston (30) étant configuré pour rompre l’élément conducteur (40) lors de son passage de sa première position à sa deuxième position, le piston (30) étant positionné dans une cavité de réception (12a) d’un élément de réception (12) lorsque ledit piston (30) est dans sa deuxième position, caractérisé en ce que l’élément de réception (12) comprend en outre au moins une cavité additionnelle (50) distincte de la cavité de réception (12a) et reliée à ladite cavité de réception (12a) par au moins un canal (51), ledit au moins un canal (51) étant ouvert lors de la rupture de l’élément conducteur (40) par le piston (30). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif est un dispositif de coupure pyrotechnique comprenant un initiateur pyrotechnique (20), le piston (30) étant apte à se déplacer suite à l’actionnement de l’initiateur pyrotechnique (20) entre sa première position et se deuxième position. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le au moins un canal (51) est obturé par le piston (30) lorsque ledit piston (30) est dans sa deuxième position. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le au moins un canal (51) est situé au droit d’un point de rupture de l’élément conducteur (40). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’élément de réception (12) comprend au moins deux cavités additionnelles (50) distinctes chacune reliée à la cavité de réception (12a) par au moins un canal (51). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’élément conducteur (40) est configuré pour être rompu par le piston (30) en deux points de rupture. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chaque cavité additionnelle (50) est reliée à la cavité de réception (12a) par au moins un canal (51) situé au droit d’un point de rupture de l’élément conducteur (40), au moins un canal (51) étant situé au droit de chaque point de rupture de l’élément conducteur (40). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la au moins une cavité additionnelle (50) comprend une longueur au moins égale à la moitié de la longueur de la cavité de réception (12a). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le volume de la au moins une cavité additionnelle (50) est supérieur ou égal au volume de la cavité de réception (12a). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le au moins un canal (51) débouche dans la cavité de réception (12a) sur une portion (P) de ladite cavité de réception (12a) présentant une surface conique de forme complémentaire à une portion du piston (30). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ou 7 à 10, dans lequel l’élément conducteur (40) est configuré pour être rompu en un point de rupture et être plié par le piston (30). Installation électrique sécurisée (300) comprenant un dispositif de coupure (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 et un circuit électrique relié à l’élément conducteur (40) dudit dispositif. Véhicule comprenant une installation électrique sécurisée (300) selon la revendication 12.