La présente invention se rapporte un dispositif assurant le passage d'un
courant électrique entre plusieurs bras conducteurs articulés. Ce dispositif est
particulièrement adapté au passage de courants permanents forts en basse tension et
est capable de supporter également des courants exceptionnels de court-circuit.
L'invention se rapporte également à un appareil électrique comportant au moins un tel
dispositif.
Les dispositifs articulés assurant le passage d'un courant électrique sont
notamment utilisés dans des appareils électriques de type interrupteurs, disjoncteurs
ou contacteur-disjoncteurs pour remplacer avantageusement une tresse de contact
placée entre un conducteur fixe et un conducteur mobile articulé raccordé
électriquement avec le conducteur fixe. Une tresse pose en effet des problèmes
d'encombrement, d'échauffement, de coût de fabrication et d'efforts mécaniques en
particulier lors du passage d'un courant fort. Par ailleurs, un dispositif à lames flexibles
n'est pas non plus adapté pour le passage de courants permanents forts. Un dispositif
articulé permet au contraire de faire passer correctement un courant fort à condition
d'avoir une zone de contact suffisamment bien définie et maítrisée pour garantir une
résistance de contact faible et pour éviter tout risque de soudure dans l'articulation.
Le document EP0358286 décrit déjà un dispositif d'articulation pour le
passage de courant électrique fort. Ce dispositif comprend une zone d'articulation
entourant l'axe de pivotement d'un levier de contact mobile. Un conducteur fixe
présente deux extrémités conductrices qui enserrent comme des tenailles la zone
d'articulation du levier de contact mobile, sur au moins trois points de contact. Le ou
les différents plans de contact ainsi créés sont donc sensiblement parallèles à l'axe de
pivotement. Cependant, cette solution d'une part fait appel à un nombre de pièces
important et d'autre part ne permet pas d'obtenir un dosage précis et constant de la
pression de contact, permettant de tenir compte des tolérances de fabrication des
différentes pièces. Par ailleurs, augmenter le serrage autour de la zone de contact
risque de provoquer des coincements lors du pivotement du contact mobile, à moins
de prévoir un jeu plus important, ce qui ne permet alors plus d'assurer le maintien d'un
contact satisfaisant.
Les documents US2256815 et US2546366 décrivent également des
dispositifs pour le passage de courant électrique entre plusieurs conducteurs articulés
autour d'un axe. Dans ces dispositifs, certains conducteurs présentent des bossages
au niveau de l'articulation, permettant ainsi de faciliter leur rotation contre d'autres
conducteurs en formant un plan de contact perpendiculaire à l'axe de l'articulation.
Néanmoins, ces dispositifs ne prévoient rien pour assurer un effort de pression de
contact efficace, stable et homogène dans l'articulation, même en cas d'usure des
zones de contacts.
La présente invention a donc pour but de concevoir un dispositif assurant le
passage d'un fort courant électrique entre deux ou plus bras conducteurs articulés. Ce
dispositif doit être simple, nécessiter peu de pièces et doit permettre de régler
facilement à un seuil déterminé la pression de serrage du contact lors de la fabrication
de chaque dispositif, de façon à obtenir une forte pression de contact prédéfinie, stable
et homogène sur de vraies sections de passage sans pour autant gêner le mouvement
de l'articulation des bras conducteurs. Cette pression de contact devra être aisément
reproductible lors des fabrications en grande série de ce dispositif.
Pour cela, l'invention décrit un dispositif destiné à assurer le passage d'un
courant électrique dans un ensemble de bras conducteurs comportant au moins un
premier bras conducteur extrême et un second bras conducteur extrême opposé,
l'ensemble des bras conducteurs étant articulés les uns par rapport aux autres selon
un axe de pivotement. Le dispositif comprend un pivot cylindrique traversant
l'ensemble des bras conducteurs selon une direction parallèle à l'axe de pivotement et
comportant deux extrémités, une première extrémité du pivot étant fixée au premier
bras conducteur extrême et une seconde extrémité comportant un rebord de maintien,
et le dispositif comprend un organe élastique situé entre le rebord de maintien et une
face externe du second bras conducteur extrême opposé.
Pour obtenir une pression de contact constante, la première extrémité du
pivot est fixée après application d'un effort de pression prédéfini entre le bras
conducteur extrême et le rebord de maintien du pivot, par une opération de soudage,
collage ou sertissage.
Selon une caractéristique, une face interne d'un second bras conducteur de
l'ensemble de bras conducteurs comporte plusieurs zones de contacts qui sont en
contact avec une surface plane d'une face interne d'un premier bras conducteur,
adjacent au second bras conducteur, en formant un plan de contact perpendiculaire à
l'axe de pivotement.
Les zones de contacts sont avantageusement constituées de trois bossages
convexes, de taille identique, présentant une forme arrondie ou hémisphérique et
uniformément répartis sur la face interne du second bras.
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaítre dans la description
détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et
représenté par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente un dispositif selon l'invention assurant le passage
d'un courant électrique entre deux bras conducteurs,
- les figures 2, 3 et 4 montrent des variantes du même dispositif mais
possédant plus que deux bras conducteurs,
- la figure 5 détaille une vue de dessus d'un bras conducteur conforme à la
figure 1.
En référence à un mode de réalisation schématisé en figure 1, un dispositif 5
de passage d'un courant électrique comporte un ensemble de bras conducteurs
composés d'un premier bras 10 et d'un second bras 20. Ces bras sont des
conducteurs électriques et sont réalisés par exemple à base de cuivre. Ils sont
articulés l'un par rapport à l'autre selon un axe de pivotement X. Le but de l'invention
est d'obtenir le meilleur contact électrique au niveau de l'articulation entre les bras
conducteurs sans trop pénaliser le mouvement d'articulation. Ce dispositif peut être
utilisé dans un appareil électrique du type interrupteur, disjoncteur ou contacteur-disjoncteur
pour remplacer avantageusement une tresse de contact placée entre un
conducteur fixe et un conducteur mobile raccordé électriquement au conducteur fixe.
Indifféremment, c'est l'un quelconque des bras conducteurs 10,20 qui est fixe par
rapport à l'appareil électrique et l'autre qui est mobile selon l'axe de pivotement X.
Les bras conducteurs 10, respectivement 20, comportent, dans une zone
proche de l'articulation, une face interne 11, respectivement 21, et une face externe
12, respectivement 22, sensiblement parallèles entre elles. Un des deux bras
conducteurs, par exemple le premier bras 10 dans l'exemple de la figure 1, présente
une surface plane sur sa face interne 11. Cette surface plane est préférentiellement
circulaire pour couvrir une rotation autour de l'axe de pivotement X. L'autre bras
conducteur, le second bras 20 dans l'exemple de la figure 1, comporte plusieurs zones
de contacts 30 sur sa face interne 21. Ces zones de contacts 30 viennent en contact
avec la surface plane de la face interne 11 du premier bras 10 en formant ainsi un plan
de contact qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe de pivotement X. D'une façon
préférée, il existe trois zones de contacts de taille identique de façon à définir
précisément le plan de contact.
Les zones de contacts peuvent être constituées de trois bossages 30
convexes, proéminents et uniformément répartis sur la face interne 21. Ces bossages
30 sont réalisés par exemple par des repoussés sur le bras conducteur 20 et sont
préférentiellement de forme arrondie ou hémisphérique, bien qu'on puisse également
envisager une forme triangulaire ou une forme de méplat. La figure 5 détaille une vue
de dessus d'un second bras conducteur 20 dans lequel les trois bossages 30 sont
positionnés sur la face interne 21, en faisant un angle d'environ 120° entre eux, autour
de l'axe de pivotement X. La surface des bossages 30 peut être recouverte d'un dépôt
d'argent pour améliorer le contact électrique voire d'un dépôt d'argent graphite pour
limiter les risques de soudure. Durant les mouvements, les bossages facilitent
également l'évacuation d'éventuels débris ou poussières entre les bras conducteurs,
susceptibles de gêner le passage du courant et de provoquer un éventuel coincement
de l'articulation.
Le mécanisme décrit dans le présent dispositif selon l'invention permet
d'envisager de nombreuses variantes pour une articulation comportant plus que deux
bras conducteurs, comme celles représentées aux figures 2, 3 et 4 dans lesquelles le
dispositif assurant le passage d'un courant électrique possède par exemple trois bras
conducteurs dans les exemples des figures 2 et 4 et cinq bras conducteurs dans
l'exemple de la figure 3. Les zones de contact des figures 2, 3 et 4 sont similaires à
celles décrites pour la figure 1.
La figure 2 montre un ensemble de bras conducteurs composé d'un bras
conducteur supérieur 100, d'un bras conducteur médian 200 et d'un bras conducteur
inférieur 110. Le bras supérieur 100 et le bras inférieur 110 constituent les bras
extrêmes et possèdent chacun une face externe 102 (respectivement 112) tournée
vers l'extérieur du dispositif et une face interne 101 (respectivement 111) tournée vers
l'intérieur du dispositif. Les faces externes et internes sont sensiblement parallèles
entre elles. Le bras médian 200 possède une face supérieure 202 tournée vers le bras
supérieur 100 et sensiblement parallèle à la face interne 101, ainsi qu'une face
inférieure 201 tournée vers le bras inférieur 110 et sensiblement parallèle à la face
interne 111. La face supérieure 202 du bras médian 200 comporte une surface plane
qui est en contact avec plusieurs zones de contact présentes sur la face interne 101
du bras supérieur 100, de manière analogue à ce qui a été décrit précédemment en
référence à la figure 1. La face inférieure 201 du bras médian 200 comporte plusieurs
zones de contact qui sont en contact avec une surface plane présente sur la face
interne 111 du bras inférieur 110. Les bras supérieur 100 et inférieur 110 sont donc
placés de part et d'autre du bras médian 200 de manière à obtenir une articulation
entre les conducteurs 100 et 200 d'une part et entre les conducteurs 110 et 200
d'autre part.
Dans la variante de la figure 4, un bras conducteur médian 140 possède
plusieurs zones de contact sur sa face inférieure ainsi que sur sa face supérieure. Les
zones de contact de la face supérieure du bras médian 140 sont en contact avec la
surface plane d'une face interne d'un bras supérieur 220, alors que les zones de
contact de la face inférieure du bras médian 140 sont en contact avec la surface plane
d'une face interne d'un bras inférieur 230. On peut envisager que le bras supérieur 220
et le bras inférieur 230 soient ensuite reliés ensemble pour former un bras unique 240.
Dans ce cas, les bras conducteurs 220 et 230 doivent être suffisamment élastiques
pour garantir la pression de contact. Par ailleurs, si les deux séries de zones de
contact du bras médian 140 sont chacune constituées de trois bossages obtenus par
repoussé et répartis à 120°, il est possible de décaler de 60° les deux séries de
bossages (voir figure 4) l'une par rapport à l'autre, pour permettre une réalisation plus
aisée.
Ainsi, le dispositif décrit dans la figure 4 présente l'avantage de doubler les
zones de contact par rapport au dispositif de la figure 1 puisque le bras conducteur
médian 140 est en contact avec le bras unique 240 au moyen de deux séries de zones
de contact au lieu d'une seule série, ce qui permet d'augmenter les surfaces de
contact de l'articulation et donc l'intensité du courant admissible dans l'articulation.
Le dispositif schématisé dans la figure 3 comporte un bras conducteur
supérieur 120, un bras conducteur inférieur 130 et deux bras conducteurs
intermédiaires 125,135 entourant un bras conducteur médian 210. Le bras médian 210
possède deux surfaces planes sur ses deux faces supérieure et inférieure. Le bras
intermédiaire 125 possède une face inférieure comportant plusieurs zones de contact
qui sont en contact avec la surface plane de la face supérieure du bras médian 210.
Le bras supérieur 120 possède une face interne comportant plusieurs zones de
contact qui sont en contact avec une surface plane sur la face supérieure du bras
intermédiaire 125. De même, le bras intermédiaire 135 possède une face supérieure
comportant plusieurs zones de contact qui sont en contact avec la surface plane de la
face inférieure du bras médian 210. Le bras inférieur 130 possède une face interne
comportant plusieurs zones de contact qui sont en contact avec une surface plane sur
la face inférieure du bras intermédiaire 135.
Le fait de pouvoir aisément multiplier les bras conducteurs au niveau de
l'articulation permet ainsi d'utiliser le dispositif de la présente invention dans des
appareils électriques d'un calibre nécessitant une plus forte intensité électrique.
Le dispositif selon l'invention comporte également, pour maintenir les bras
conducteurs entre eux, un pivot cylindrique 31 qui est introduit dans un trou circulaire
central présent dans chaque bras conducteur. Le pivot 31 traverse les différents bras
conducteurs du dispositif selon une direction parallèle à l'axe de pivotement X. En
figure 5, est représentée une vue de dessus d'un second bras conducteur 20 conforme
à la figure 1 dans lequel le bras conducteur 20 présente un trou central circulaire 23
pour l'introduction du pivot 31, entouré par trois bossages 30 uniformément répartis et
faisant un angle d'environ 120° entre eux.
Le pivot cylindrique 31 comporte deux extrémités opposées. Une première
extrémité 34 est fixée à un bras conducteur extrême. On entend par bras conducteur
extrême un bras situé à une extrémité de l'ensemble de bras conducteurs, c'est-à-dire
par exemple soit le premier bras conducteur 10 dans la figure 1, soit le bras
conducteur supérieur 100,120,220 dans les figures 2, 3 et 4. La seconde extrémité du
pivot 31 comporte un rebord de maintien 33. Le dispositif comprend également un
organe élastique 32 qui est positionné entre le rebord de maintien 33 et la face externe
22,112 d'un bras conducteur extrême opposé. On entend par bras conducteur extrême
opposé un bras situé à l'extrémité opposée de l'ensemble de bras conducteurs, c'est-à-dire
par exemple soit le second bras conducteur 20 dans la figure 1, soit le bras
conducteur inférieur 110,130,230 dans les figures 2, 3 et 4.
L'organe élastique est constitué d'un ressort ou préférentiellement d'une
rondelle élastique 32 (telle qu'une rondelle de type "Belleville"), par exemple de forme
conique, avantageuse pour des raisons de faible encombrement. La taille de cette
rondelle élastique 32 est adaptée pour qu'une fois montée, elle puisse rester coincée
entre le rebord de maintien 33 du pivot 31 et la face externe du bras conducteur
extrême opposé 20,110,130,230.
Grâce à la rondelle élastique 32, il est possible, lors de l'assemblage du
dispositif décrit, d'exercer facilement un effort de pression d'une valeur prédéfinie,
entre le rebord de maintien 33 du pivot 31 et le bras conducteur extrême
10,100,120,220. Ceci permet d'obtenir une pression de contact constante au niveau
des différentes zones de contact 30 du dispositif. Une fois cette valeur d'effort de
pression obtenue, et par exemple mesurée par tout moyen de mesure déjà connu, on
fixe alors la première extrémité 34 du pivot 31 sur la face externe 12,102 du bras
conducteur extrême 10,100,120,220 par exemple au moyen d'une opération de
soudage, de collage ou de sertissage, rendant ainsi solidaires les différents bras
conducteurs, le pivot et la rondelle élastique. De façon entièrement équivalente, on
pourrait utiliser le pivot 31 en inversant ses deux extrémités par rapport aux bras
conducteurs du dispositif.
La mesure à une valeur prédéterminée de l'effort de pression exercé avant la
fixation de la première extrémité 34 du pivot 31 permet d'obtenir automatiquement,
durant les processus de fabrication de tels dispositifs, une pression homogène et
stable sur les zones de contact, quelles que soient les imperfections et les tolérances
des différentes pièces constituant le dispositif. Ceci est primordial pour obtenir de
façon reproductible dans le temps un pivotement des bras articulés sans frottements
excessifs ainsi qu'une qualité de contact optimale entre les bras articulés, capable de
supporter des courants forts permanents et de résister aux efforts électrodynamiques
lors d'un court-circuit.
Le pivot cylindrique 31 est par exemple fabriqué en acier ou en dural sans
caractéristique particulière de conduction électrique. En effet, dans le dispositif décrit
ci-dessus, la majeure partie du courant circulant dans les articulations se propage à
travers les zones de contact 30 et non à travers le pivot 31.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer
d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de
moyens équivalents.