Brevet FR3134224A1 — publié le 20231006

L’invention porte sur un contacteur bidirectionnel double pole à double coupure configuré pour être monté sur des busbars, comprenant, pour chaque pole, une chambre de coupure, dans laquelle sont disposés : - un pont mobile ayant des premier et deuxième contacts mobiles ; - un premier contact fixe et un deuxième contact fixe ; - une paire d’aimants, aptes à générer un champ magnétique de direction constante, de manière à générer une force magnétique pour déplacer un arc apparaissant entre les contacts fixes et les contacts mobiles du pont mobile passant d’un état fermé à un état ouvert ; - quatre blocs d’ailettes ; - quatre guides d’arc. Les deux chambres de coupure sont configurées pour éteindre simultanément des arcs ayant une première direction de courant, pour un pôle, et des arcs ayant une deuxième direction de courant, pour l’autre pôle, la première et la deuxième direction de courant étant opposées. La première et la deuxième chambre de coupure sont disposées parallèles et sont accolées l’une à l’autre, définissant une zone d’accolement, les première et deuxième chambres de coupure étant en communication fluidique au moins en partie dans la zone d’accolement. Il y a quatre aimants et les paires d’aimants des deux pôles sont disposées de manière à ce que les champs magnétiques générés au sein des deux pôles soient de direction parallèle, mais de sens opposés. Pas de figure. Contacteur bidirectionnel double pole à double coupure à champs magnétiques inversés Le domaine technique de l’invention est celui des chambres de contacteur. L’invention concerne un contacteur bidirectionnel double pole à double coupure, qui est adapté pour être monté sur des busbars. On obtient un contacteur qui est compact et qui peut être utilisé dans la distribution électrique de puissance, en particulier dans un aéronef. Un contacteur est un interrupteur électrique télécommandé permettant d’établir ou d’interrompre le passage d’un courant électrique. Le contacteur peut être unipolaire, bipolaire, tripolaire ou tétrapolaire, selon qu’il possède un, deux, trois ou quatre contacts (pôles) de puissance. Dans le cadre de l’invention, on s’intéresse à un contacteur bidirectionnel bipolaire ou double pole à double coupure (contacteur à translation). Un tel contacteur bidirectionnel double pole à double coupure permet par exemple de couper simultanément la borne positive et la borne négative d’une batterie HVDC. De manière connue et tel qu’illustré dans la , un contacteur bidirectionnel à double coupure comporte : - un pont mobile 2 entre un état fermé et un état ouvert, comprenant un premier contact mobile 20 et un deuxième contact mobile 21 ; - un premier contact fixe 30, en vis-à-vis du premier contact mobile 20, et un deuxième contact fixe 31, en vis-à-vis du deuxième contact mobile 21, le premier et le deuxième contact mobile 20, 21 étant, dans l’état fermé, en contact avec respectivement le premier et le deuxième contact fixe 30, 31, et le premier et le deuxième contact mobile 20, 21 étant distants, dans l’état ouvert, avec respectivement le premier et le deuxième contact fixe 30, 31 ; - une paire d’aimants, aptes à générer un champ magnétique B de direction constante, de manière à générer une force magnétique pour déplacer un arc 9 apparaissant entre les contacts fixes et les contacts mobiles du pont mobile passant d’un état fermé à un état ouvert ; - une chambre de coupure 1 pour éteindre des arcs ayant une première direction de courant, ladite chambre de coupure comprenant : - quatre blocs d’ailettes 4 possédant chacun : - une première 41 et une deuxième extrémité 42 ; - des ailettes 43 comprises entre la première extrémité 41 et la deuxième extrémité 42 du bloc d’ailettes 4 correspondant ; - quatre guides d’arc 5, chaque guide d’arc se dirigeant depuis un contact mobile du pont mobile 2 vers son bloc d’ailettes respectif 4. Le soufflage d’arcs dans le contacteur est un soufflage magnétique par aimant permanent. Il s’agit d’une technique éprouvée, qui se retrouve dans les contacteurs et disjoncteurs courant continu haute tension HVDC. Elle permet de générer un champ magnétique qui, en entrant en interaction avec l’arc, permet de le déplacer suivant la force de Laplace. Les guides d’arc dirigent les arcs vers leurs blocs d’ailettes respectifs, les blocs d’ailettes servant de dispositif d’extinction des arcs. Chaque bloc permet de fractionner et d’éteindre un arc dirigé vers le bloc. En référence à la , qui est un schéma de principe des doubles contacts électriques d’un contacteur bidirectionnel à double coupure, on peut voir que le contacteur comporte, d’une part, des premier et deuxième contacts fixes 30, 31 et, d’autre part, des premier et deuxième contacts mobiles 20, 21 sur un pont mobile 2. Le premier contact mobile 20 est en vis-à-vis du premier contact fixe 30 et le deuxième contact mobile 21 est en vis-à-vis du deuxième contact fixe 31. La représente le pont mobile 2 dans l’état ouvert. Quand le pont mobile 2 est à l’état fermé, un courant i peut se déplacer depuis le premier contact fixe 30 vers le deuxième contact fixe 31 en traversant le pont mobile 2. Le contacteur est dit bidirectionnel, car la circulation électrique du courant peut être inversée de telle manière que le courant se déplace depuis le deuxième contact fixe 31 vers le premier contact fixe 30 en traversant le pont mobile 2, le sens du courant physique étant inversé au niveau des contacts 30, 20, 31, 21. À la différence d’un contacteur unipolaire, un contacteur double pôle à double coupure 12 comporte deux chambres de coupure 1a, 1b. En outre, comme on souhaite que l’intégration du contacteur 12 dans un boitier de distribution 13 se fasse sur des busbars 15 et non par du câblage (un « busbar » est un terme anglais couramment utilisé dans le domaine de la distribution électrique, qui peut être traduit par « jeu de barre » ou « barre d’interconnexion », et qui est un élément permettant à la fois un lien mécanique et un lien électrique), les deux chambres sont disposées parallèles et adjacentes (accolées l’une à l’autre), afin de minimiser l’encombrement et de faciliter la sortie de pattes de fixation 8 pour l’installation du contacteur 12 dans un boitier de distribution 13. La montre l’installation d’un contacteur bidirectionnel 12 double pole à double coupure dans un boîtier de distribution 13 avec un busbar 15 de puissance et les sens de circulation des courants i. Un pôle du connecteur peut ainsi être connecté, à la sortie du boitier de distribution, par un cablage 16, à la borne « + » d’une batterie 14, et l’autre pôle connecté à la borne « – » de la batterie 14. La détaille une vue côté d’un contacteur bidirectionnel double pole à double coupure de l’art antérieur qui est montable sur des busbars, le champ magnétique B étant dans le même sens dans les deux chambres de coupure 1a, 1b ; on voit également les arcs à l’ouverture des contacts de puissance. Sur la , on distingue les deux chambres 1a, 1b du contacteur bidirectionnel double pole selon une vue de dessus prise au niveau du plan de coupe AA de la . Comme on peut le voir dans cette , les deux chambres de coupure du connecteur double pole de l’art antérieur sont séparées par une paroi interne 11 commune aux deux chambres et une unique paire 7 d’aimants (l’orientation Nord Sud étant indiquée pour chaque aimant) permet de créer un champ magnétique B dans chacune des deux chambres de coupure, les deux champs étant orienté dans le même sens dans les deux chambres de coupure 1a, 1b. Il y a en outre, dans chaque chambre, une autre paroi interne discontinue 17, disposée perpendiculairement à la paroi interne 11, qui permet d’isoler les blocs d’ailettes adjacents, et qui présente une ouverture pour permettre le passage du pont mobile 2. Du fait de cette configuration particulière, à l’ouverture du contacteur bidirectionnel double pole à double coupure de la , quatre arcs électriques se forment dont deux arcs qui se dirigent vers l’intérieur du contacteur (arcs internes 9). Lorsque le champ magnétique est dans le même sens dans les deux chambres de coupure, les deux arcs qui vont vers l’intérieur se font face. Il faut donc que la paroi interne 11 séparant les deux chambres de coupure soit une paroi électriquement isolante pour éviter un court-circuit. Et, même avec cette paroi isolante, étant donné que les chambres de coupure sont fermées mais ne sont pas hermétiques, il existe quand même un risque que les deux arcs se rencontrent et ne fasse qu’un (le chemin d’arc entre les deux pôles est représenté par le trait discontinu 6), ce qui entrainerait un court-circuit directement entre les deux pôles. En outre, les parois situées derrière les ailettes créent un blocage du flux d’air, ce qui peut empêcher l’arc d’entrer dans les ailettes. Pour les parois situées en périphérie du contacteur, ce n’est pas un problème car on peut créer des orifices dans les parois ou carrément les supprimer, mais on ne peut pas retirer la paroi 11 séparant les deux chambres du fait du risque de court-circuit. Au vu de ce qui précède, les inventeurs ont cherché à concevoir un contacteur bidirectionnel double pôle à double coupure qui soit compact, afin de pouvoir être monté sur des busbars, et dans lequel les risques de court-circuit entre les arcs sont minimisés et la circulation des flux d’air est facilitée. Ce but est atteint grâce à un contacteur bidirectionnel double pole à double coupure configuré pour être monté sur des busbars, comprenant, pour chaque pole, une chambre de coupure, dans laquelle sont disposés : - un pont mobile entre un état fermé et un état ouvert, comprenant un premier contact mobile et un deuxième contact mobile ; - un premier contact fixe, en vis-à-vis du premier contact mobile, et un deuxième contact fixe, en vis-à-vis du deuxième contact mobile, le premier et le deuxième contact mobile étant, dans l’état fermé, en contact avec respectivement le premier et le deuxième contact fixe, et le premier et le deuxième contact mobile étant distants, dans l’état ouvert, avec respectivement le premier et le deuxième contact fixe ; - une paire d’aimants, aptes à générer un champ magnétique de direction constante, de manière à générer une force magnétique pour déplacer un arc apparaissant entre les contacts fixes et les contacts mobiles du pont mobile passant d’un état fermé à un état ouvert ; - quatre blocs d’ailettes possédant chacun : - une première et une deuxième extrémité ; - des ailettes comprises entre la première extrémité et la deuxième extrémité du bloc d’ailettes correspondant ; - quatre guides d’arc, chaque guide d’arc se dirigeant depuis un contact mobile du pont vers l’un des quatre blocs d’ailettes, chaque bloc ayant son propre bloc d’ailettes ; les deux chambres de coupure étant configurées pour éteindre simultanément des arcs ayant une première direction de courant, pour un pôle, et des arcs ayant une deuxième direction de courant, pour l’autre pôle, la première et la deuxième direction de courant étant opposées. Le contacteur est caractérisé en ce que la première et la deuxième chambre de coupure sont disposées parallèles et accolées l’une à l’autre, définissant une zone d’accolement, les première et deuxième chambres de coupure étant en communication fluidique au moins en partie dans la zone d’accolement ; et en ce qu‘il y a quatre aimants et les paires d’aimants des deux pôles sont disposées de manière à ce que les champs magnétiques générés au sein des deux pôles soient de direction parallèle, mais de sens opposés. Selon une première variante, la première et la deuxième chambre de coupure sont séparées par une paroi interne commune aux deux chambres, ladite paroi interne étant munie de plusieurs trous traversants. Les trous traversants permettent le passage de flux d’air interne entre les deux chambres. Selon une deuxième autre variante, la première et la deuxième chambre de coupure sont séparées seulement en partie par une paroi interne, éventuellement munie de plusieurs trous traversants. Selon une troisième variante, aucune paroi interne ne sépare la première et la deuxième chambre de coupure. D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - représente, selon une vue de côté et en coupe, une chambre de coupure d’un contacteur bidirectionnel à double coupure à un seul pole de l’art antérieur ; - est un schéma de principe du double contact électriques du contacteur bidirectionnel à double coupure de la ; - est une vue schématique de l’installation d’un contacteur bidirectionnel double pole à double coupure dans un boitier de distribution avec des busbars de puissance ; - représente, selon une vue de côté et en coupe, un contacteur bidirectionnel double pole à double coupure selon l’art antérieur ; - est une vue de dessus du contacteur bidirectionnel double pole à double coupure de l’art antérieur selon une coupe au niveau du plan AA de la ; - est une vue de dessus d’un mode de réalisation du contacteur bidirectionnel double pole à double coupure selon l’invention ; - est une vue de côté et en coupe d’un mode de réalisation du contacteur bidirectionnel double pole à double coupure de l’invention ; - est une vue de côté et en coupe d’un autre mode de réalisation du contacteur bidirectionnel double pole à double coupure de l’invention (paroi interne partielle) ; - est une vue de côté et en coupe d’un autre mode de réalisation du contacteur bidirectionnel double pole à double coupure de l’invention (suppression de la paroi interne). On précise que dans les figures 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, les flèches noires rectilignes en trait fin représentent l’orientation du courant, les flèches rectilignes de grande taille et à remplissage rayé représentent l’orientation du champ magnétique, les flèches rectilignes de taille moyenne ou petite et sans remplissage représentent l’orientation de la force de Laplace et la direction de déplacement de l’arc électrique. De manière connue, les ronds munis d’un point ou d’une croix représentent respectivement une direction allant vers, ou s’éloignant de, l’observateur. Contacteur bidirectionnel double pole à double coupure configuré pour être monté sur des busbars, comprenant, pour chaque pole, une chambre de coupure (1a ; 1b), dans laquelle sont disposés : - un pont mobile (2a ; 2b) entre un état fermé et un état ouvert, comprenant un premier contact mobile (20a ; 20b) et un deuxième contact mobile (21a ; 21b) ; - un premier contact fixe (30a ; 31a), en vis-à-vis du premier contact mobile (20a ; 20b), et un deuxième contact fixe (30b ; 31b), en vis-à-vis du deuxième contact mobile (21a ; 21b), le premier et le deuxième contact mobile (20a ; 20b ; 21a ; 21b) étant, dans l’état fermé, en contact avec respectivement le premier et le deuxième contact fixe (30a ; 31a), et le premier et le deuxième contact mobile (20a ; 20b ; 21a ; 21b) étant distants, dans l’état ouvert, avec respectivement le premier et le deuxième contact fixe (30a ; 31a ; 30b ; 31b) ; - une paire d’aimants (7a ; 7b), aptes à générer un champ magnétique de direction constante, de manière à générer une force magnétique pour déplacer un arc apparaissant entre les contacts fixes (30a ; 30b ; 31a ; 31b) et les contacts mobiles (20a ; 20b ; 21a ; 21b) du pont mobile (2a ; 2b) passant d’un état fermé à un état ouvert ; - quatre blocs d’ailettes (4a ; 4b) possédant chacun : - une première (41) et une deuxième extrémité (42) ; - des ailettes (43) comprises entre la première extrémité (41) et la deuxième extrémité (42) du bloc d’ailettes (4a ; 4b) correspondant ; - quatre guides d’arc (5a ; 5b), chaque guide d’arc se dirigeant depuis un contact mobile (20a ; 20b ; 21a ; 21b) du pont mobile (2a ; 2b) vers son bloc d’ailettes (4a ; 4b) respectif ; les deux chambres de coupure étant configurées pour éteindre simultanément des arcs ayant une première direction de courant, pour un pôle, et des arcs ayant une deuxième direction de courant, pour l’autre pôle, la première et la deuxième direction de courant étant opposées ; le contacteur étant caractérisé en ce que la première et la deuxième chambre de coupure (1a ; 1b) sont disposées parallèles et sont accolées l’une à l’autre, définissant une zone d’accolement (10), les première et deuxième chambres de coupure étant en communication fluidique au moins en partie dans la zone d’accolement(10) ; et en ce qu ‘il y a quatre aimants et les paires d’aimants (7a ; 7b) des deux pôles sont disposées de manière à ce que les champs magnétiques générés au sein des deux pôles soient de direction parallèle, mais de sens opposés. Contacteur selon la revendication 1, dans lequel la première et la deuxième chambre de coupure sont séparées par une paroi interne commune aux deux chambres, ladite paroi interne 110 étant munie de plusieurs trous traversants. Contacteur selon la revendication 1, dans lequel la première et la deuxième chambre de coupure sont séparées seulement en partie par une paroi interne, éventuellement munie de plusieurs trous traversants. Contacteur selon la revendication 1, dans lequel aucune paroi interne ne sépare la première et la deuxième chambre de coupure.