Brevet FR3126058A1 — publié le 20230210

Deux pôles électriques (1, 2) sont commandés dans un même disjoncteur par un mécanisme d’ouverture (6, 24, 20) commun, commandé par un actionneur pyrotechnique (10). L’ouverture du circuit produite par cet actionneur, rapide pour une grande course d’ouverture des contacts mobiles (5), permet d’éteindre les arcs électriques dans de bonne condition. Les pôles (1, 2) peuvent être placés en série sur un même circuit électrique, afin de diminuer la différence de potentiel aux bornes de chacun d’eux, ce qui augmente encore l’efficacité du disjoncteur pour les extinctions d’arc. Figure pour l’abrégé : Figure 2. Disjoncteur bipolaire actionné par un dispositif pyrotechnique Le sujet de l’invention est un disjoncteur bipolaire actionné par un dispositif pyrotechnique. Les systèmes de coupure électrique, appelés ici disjoncteurs, sont souvent actionnés par des moteurs électromagnétiques. Ces actionneurs offrent des vitesses et des courses de déplacement du contact mobile qui sont relativement faibles, ce qui limite les capacités de coupure des arcs électriques qui apparaissent quand les contacts se séparent. Certains disjoncteurs industriels comprennent des chambres étanches, emplies d’un gaz diélectrique et dans lesquelles les contacts sont placés, ou des dispositifs de soufflage d’un gaz comprimé au moment de l’ouverture des contacts, pour accroître les capacités de coupure des arcs. Ces dispositifs additionnels comportent néanmoins des inconvénients, comme le caractère toxique de gaz couramment utilisés, tels que le SF6, ou les complications de structure induites par l’addition de la chambre de compression du gaz. Le document US 2019/0198277 A1 décrit un dispositif de coupure comprenant un actionneur pyrotechnique pour couper des niveaux de courant élevés. La cartouche pyrotechnique s’enflammant propulse un piston, qui repousse le curseur portant le contact mobile avec une énergie suffisante pour rompre une butée et éloigner le contact mobile des contacts fixes d’une distance beaucoup plus importante que par la manœuvre d’un actionneur électromagnétique classique, également prévu sur ce disjoncteur. L’actionneur électromagnétique est employé, et suffisant, pour ouvrir le circuit électrique dans des circonstances normales ; et on recourt à l’actionneur pyrotechnique quand le courant est important et produit des arcs plus difficiles à éteindre, ce qui arrive pendant les courts-circuits par exemple. Ce disjoncteur est limité à l’ouverture d’un seul pôle électrique composé d’un contact mobile et d’une paire de contacts fixes. Il est de plus incommode dans la mesure où une rupture de pièce se produit dans le mécanisme de disjonction proprement dit, c’est-à-dire ailleurs que dans l’actionneur pyrotechnique, quand celui-ci est utilisé : une réparation du disjoncteur est nécessaire ensuite. L’invention concerne aussi un disjoncteur comprenant un dispositif pyrotechnique, mais celui-ci est spécialement adapté à ouvrir simultanément deux pôles électriques. L’ouverture simultanée de deux pôles électriques accroît les avantages associés au dispositif pyrotechnique et consistant principalement en une vitesse d’ouverture et une course d’ouverture toutes deux plus importantes qu’avec un actionneur habituel. Si en effet (et ceci concerne une application préférée, quoique non exclusive, de l’invention) les deux pôles électriques sont disposés en série sur un même circuit électrique, la tension entre les bornes du circuit est répartie entre eux, ce qui facilite la coupure des arcs, à condition que les instants d’ouverture des deux pôles soient simultanés. Le disjoncteur se révèle particulièrement apte à ouvrir avec succès des circuits électriques parcourus par des intensités élevées de courant, notamment pendant des courts-circuits. Un autre objet de l’invention est d’intégrer un dispositif pyrotechnique dans un disjoncteur de deux pôles électriques, tout en conservant une structure simple, avec un encombrement réduit, et en limitant les dommages imposant une réparation ou un remplacement de pièce à l’actionneur pyrotechnique lui-même une fois qu’il a été utilisé. Sous une forme générale, l’invention concerne un dispositif de coupure électrique comprenant : deux pôles électriques, chacun des pôles comprenant une paire de contacts fixes et un contact mobile, qui est mobile entre un état de fermeture où il relie la paire des contacts fixes, et un état d’ouverture où il est séparé de ladite paire ; une pièce de liaison des contacts mobiles ; des butées portées par la pièce de liaison, distantes des contacts mobiles à l’état de fermeture et engagées sur les contacts mobiles à l’état d’ouverture ; un actionneur pyrotechnique pour déplacer la pièce de liaison en commutant les contacts mobiles de l’état de fermeture à l’état d’ouverture ; les butées étant placées sur la pièce de liaison de manière à s’engager simultanément sur les contacts mobiles. Un tel dispositif permet donc l’ouverture simultanée des deux pôles électriques par un même actionneur pyrotechnique. La conception du dispositif est aisée, avec une cinématique simple, si la pièce de liaison est une tige rectiligne. L’actionneur pyrotechnique peut alors en effet comprendre un piston parallèle à la tige, relié à celle-ci par une bielle basculante qui offre une transmission fiable dont l’encombrement est réduit. Avantageusement, l’actionneur pyrotechnique comprend une enveloppe montée sur une face extérieure d’un boîtier principal du dispositif de coupure qui contient les pôles électriques et la pièce de liaison, et une transmission traversant une paroi du boîtier relie la pièce de liaison à une pièce mobile de l’actionneur pyrotechnique. Il est alors facile de remplacer l’actionneur après utilisation. De plus, l’agencement du dispositif de coupure proprement dit n’est pas perturbé par l’actionneur pyrotechnique, qui est rapporté hors du boîtier principal, ce qui aide à maintenir compact le dispositif de coupure. Des moyens de coupure des arcs électriques peuvent être ajoutés. Ils peuvent comporter des aimants permanents, des pistes divergentes de captage d’extrémités opposées de l’arc, et des ailettes de sectionnement de l’arc situées entre les pistes. Tous ces dispositifs, étant purement statiques, ne compliquent pas beaucoup la structure du dispositif. Leur addition est facile, puisque, tout comme le dispositif de coupure, ils peuvent être installés autour des pôles électriques, sur les parois d’un boîtier contenant ceux-ci. Selon une telle disposition avantageuse, les pôles électriques sont logés dans des compartiments superposés d’un boîtier, le dispositif pyrotechnique est assemblé à un côté extérieur du boîtier, et des ouvertures d’évacuation de gaz sont ménagées à un autre côté du boîtier pour relier les compartiments à un milieu extérieur. Une disposition particulièrement avantageuse est caractérisée en ce que le boîtier est sensiblement parallélépipédique, comprend un compartiment de commande aligné avec les compartiments logeant les pôles électriques, les contacts fixes sont placés à travers deux premiers côtés opposés du boîtier, et les ouvertures sont ménagées à travers deux autres côtés opposés du boîtier. Un autre aspect de l’invention est un circuit à courant continu, caractérisé en ce qu’il comprend le dispositif de coupure selon l’une quelconque des revendications précédentes, les pôles étant placées à deux portions du circuit qui sont reliées en série. D’après une application particulièrement envisagée, ce circuit est un circuit de distribution électrique dans un avion. L’invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages, au moyen des figures suivantes, qui en illustrent une réalisation particulière, donnée à titre purement illustratif : - la est schéma du disjoncteur conforme à l’invention ; - la représente plus en détail la structure interne du disjoncteur, avec les éléments d’actionnement et les pôles électriques ; - la représente le disjoncteur en vue extérieure ; - la représente une coupe du disjoncteur perpendiculairement à la ; - et la représente un circuit sur lequel le disjoncteur est installé. Le disjoncteur comprend principalement, d’après la , deux pôles électriques 1 et 2, comprenant chacun une paire de contacts fixes 3 et 4 en prolongement mais séparés, et un contact mobile 5, déplaçable perpendiculairement à l’alignement des contacts fixes 3 et 4 de manière à les joindre et les relier, ce qui donne un état de fermeture du circuit électrique sur lequel le pôle 1 ou 2 est installé, ou au contraire à être séparés d’eux, ce qui donne un état d’ouverture du circuit. Les contacts mobiles 5 sont reliés entre eux par une tige 6, qui permet de les déplacer ensemble pour que les états d’ouverture et de fermeture des deux pôles 1 et 2 soient quasiment simultanés. Un actionneur pyrotechnique 10 permet de déplacer la tige 6 dans sa direction d’allongement par une transmission 11. Les mouvements des contacts mobiles 5 sont accomplis par l’actionneur pyrotechnique 10. Cela se produit dans le cas d’un court-circuit, où l’intensité du courant peut atteindre par exemple 25 fois l’intensité habituelle. L’emploi de l’actionneur pyrotechnique 10 permet d’obtenir à la fois une course des contacts mobiles plus importante et une vitesse de séparation des contacts beaucoup plus rapide vers l’état d’ouverture, apte à éteindre les arcs et ouvrir effectivement le circuit électrique sur lequel le disjoncteur est placé, même dans ces circonstances difficiles. Les contacts mobiles 5 sont suspendus à la tige 6 par des ressorts 12 qui permettent de les appliquer sur les contacts fixes 3 et 4 avec une force suffisante à l’état de fermeture, sans rupture mécanique ni déformation permanente, en comprimant les ressorts 12. On se reporte à la . Les pôles 1 et 2 sont logés dans un boîtier 13 et plus précisément dans deux compartiments superposés 14 et 15 de celui-ci. Un compartiment de commande 16, situé sur les autres, contient le sommet de la tige 6. L’actionneur pyrotechnique 10 est situé à l’extérieur du boîtier 13, à hauteur du compartiment 14 immédiatement sous le compartiment de commande 16. Il comprend une enveloppe 17, assemblée de manière démontable au boîtier 13 du disjoncteur proprement dit, dans lequel coulisse un piston 18 qui divise son volume intérieur en une chambre supérieure 19 et une chambre inférieure 20. La tige du piston 18 émerge de l’enveloppe 17. Une bielle 20 basculante est articulée à ses extrémités au sommet de la tige du piston 18 et à une partie supérieure de la tige 6 d’actionnement des contacts mobiles 5. Elle bascule autour d’un pivot 21 établi dans le compartiment de commande 16, et traverse la paroi du boîtier 13 par une fente de celle-ci. La transmission 11 est donc composée de la bielle 20 et du pivot 21. Une charge pyrotechnique 23 est disposée sur l’enveloppe 17. La tige 6 est munie de deux butées 24 qui s’étendent au-dessous des contacts mobiles 5 et permettent de les soulever quand la tige 6 est déplacée vers le haut, et d’ouvrir les pôles 1 et 2. L’actionneur pyrotechnique 10 comprend encore un dispositif de blocage 25 pouvant consister en une goupille et qui empêche les déplacements du piston 18 tant que la charge pyrotechnique reste intacte, et un dispositif anti-retour 26, qui peut consister en une lame élastique et qui empêche le retour du piston 18 à sa position initiale, quand la charge pyrotechnique a été mise à feu. L’actionneur pyrotechnique 10 est monté sur le boîtier 13 du disjoncteur par des vis 27 (non représentées complètement) qui permettent de le remplacer facilement. Quand l’actionneur pyrotechnique 10 est utilisé, les gaz d’explosion issus de la charge pyrotechnique 23 se répandent dans la chambre supérieure 19 et y augmentent la pression jusqu’à la rupture du dispositif de blocage 25. Le piston 18 s’abaisse dans la direction verticale, dans le sens descendant noté Z - , la bielle 20 bascule et la tige 6 s’élève dans le sens opposé Z + . Les butées 24 touchent les contacts mobiles 5 et les soulèvent, en amenant l’état d’ouverture des pôles 1 et 2 ; leur course et leur vitesse d’ouverture sont suffisantes pour produire l’extinction des quatre arcs électriques qui apparaissent entre les contacts mobiles 5 et les contacts fixes 3 et 4, et qui sont donc au nombre de quatre. Les dispositifs d’extinction d’arcs qu’on va maintenant décrire, en recourant aussi aux figures 3 et 4, facilitent aussi l’extinction. Des aimants 28 sont disposés dans le boîtier 13 à hauteur des pôles 1 et 2. Des couples de pistes conductrices 29 et 30 sont associés à chaque arc et chaque contact fixes 3 ou 4. Dans chacun d’eux, la piste supérieure 29 et la piste inférieure 30 sont proches l’une de l’autre à proximité du pôle 1 ou 2, et s’écartent en faisant un angle vers les côtés du boîtier 13. Des ailettes horizontales 31 remplacent la paroi du boîtier 13 à cet endroit, tout en laissant entre elles des ouvertures de sortie du boîtier 13 vers l’extérieur. Et des tuyères 32, qui sont des plaques incurvées, s’étendent à l’extérieur du boîtier 13 devant les ouvertures, pour guider et infléchir vers le haut des écoulements de gaz sous pression originaires des compartiments 14 et 15 et produits par les arcs. Les tuyères 32, les ailettes 31, ainsi que les pistes 29 et 30, s’étendent sur deux côtés opposés du boîtier 13 parallélépipédique, alors que l’actionneur pyrotechnique 10 et les aimants 28 sont disposés sur les deux autres côtés, où débouchent aussi les contacts fixes 3 et 4. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Quand les pôles 1 et 2 viennent à l’état d’ouverture et que des arcs se forment entre les contacts fixes 3 et 4 d’une part et les contacts mobiles 5 d’autre part, les aimants 28 déplacent les pieds des arcs sur les extrémités adjacentes des pistes conductrices 29 et 30, puis le long de ces pistes vers l’extérieur du boîtier 13 ; les arcs s’allongent grâce à la distance croissante entre les pistes supérieures 29 et inférieures 30, perdent de leur cohésion et finissent par être sectionnées par les ailettes 31. Les gaz très chauds produits par les arcs sont évacués du boîtier 13 par les tuyères 32, et rejetés vers le haut. Dans toute cette réalisation détaillée, on a supposé que la direction Z était verticale, la tige 6 s’étendant dans cette direction, et les compartiments 15, 14 et 16 étant superposés dans cet ordre dans le sens Z + . L’invention fonctionnerait aussi bien avec des orientations différentes, et des agencements différents, du disjoncteur. La représente une application favorable de l’invention. Le disjoncteur porte la référence 33, et il est disposé sur un circuit 34 électrique alimenté par un générateur 35 de courant continu, éventuellement bidirectionnel. Une des branches 36 du circuit 34 porte le pôle électrique 1, et une autre branche 37, en série avec la précédente, l’autre pôle électrique 2. Des charges 38, consommatrices de puissance électrique, sont placées à différentes positions du circuit 34, notamment entre les pôles 1 et 2. Il peut s’agir d’appareils à l’intérieur d’un avion et qu’alimente le générateur 35. Le disjoncteur 33 peut évidemment être utilisé pour d’autres applications ou d’autres circuits électriques. Dispositif de coupure électrique, comprenant : deux pôles électriques (1, 2), chacun des pôles comprenant une paire de contacts fixes (3, 4) et un contact mobile (5), qui est mobile entre un état de fermeture où il relie la paire des contacts fixes, et un état d’ouverture où il est séparé de ladite paire ; une pièce de liaison (6) des contacts mobiles (5); des butées (24) portées par la pièce de liaison, distantes des contacts mobiles à l’état de fermeture et engagées sur les contacts mobiles à l’état d’ouverture ; un actionneur pyrotechnique (10) pour déplacer la pièce de liaison en commutant les contacts mobiles de l’état de fermeture à l’état d’ouverture ; les butées étant placées sur la pièce de liaison de manière à s’engager simultanément sur les contacts mobiles. Dispositif de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de liaison est une tige (6) rectiligne. Dispositif de coupure selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’actionneur pyrotechnique comprend un piston (18) mobile parallèlement à la tige, et une bielle (20) basculante reliant le piston (18) à la tige (6). Dispositif de coupure selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’actionneur pyrotechnique comprend une enveloppe (17) montée sur une face extérieure d’un boîtier (13) principal du dispositif de coupure qui contient les pôles électriques et la pièce de liaison, et une transmission (11 ; 20, 21) traversant une paroi du boîtier relie la pièce de liaison à une pièce mobile (18) de l’actionneur pyrotechnique. Dispositif de coupure selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de coupure d’un arc électrique. Dispositif de coupure selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de coupure comportent des aimants permanents (28), des pistes divergentes (29, 30) de captage d’extrémités opposées de l’arc, et des ailettes (31) de sectionnement de l’arc situées entre les pistes. Dispositif de coupure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pôles électriques sont logés dans des compartiments superposés (14, 15) d’un boîtier (13), le dispositif pyrotechnique (10) étant assemblé à un côté extérieur du boîtier, et des ouvertures d’évacuation de gaz étant ménagées à travers au moins un autre côté du boîtier pour relier les compartiments à un milieu extérieur. Dispositif de coupure selon les revendications 3, 5 et 7, caractérisé en ce que le boîtier est sensiblement parallélépipédique, et comprend un compartiment de commande (16) aligné avec les compartiments (14, 15) logeant les pôles électriques, les contacts fixes (3, 4) étant placés à travers deux premiers côtés opposés du boîtier, et les ouvertures étant ménagées à travers deux autres côtés opposés du boîtier. Circuit à courant continu, caractérisé en ce qu’il comprend le dispositif de coupure (33) selon l’une quelconque des revendications précédentes, les pôles étant placées à deux portions (36, 37) du circuit reliées en série. Utilisation d’un circuit à courant continu selon la revendication 9, dans un circuit de distribution électrique d’un avion.