EP3688782A1 - Dispositif de coupure pyrotechnique - Google Patents

Dispositif de coupure pyrotechnique

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Publication number
EP3688782A1
EP3688782A1 EP18786847.6A EP18786847A EP3688782A1 EP 3688782 A1 EP3688782 A1 EP 3688782A1 EP 18786847 A EP18786847 A EP 18786847A EP 3688782 A1 EP3688782 A1 EP 3688782A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
relief
pyrotechnic
piston
fuse element
conductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18786847.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alexandre Mathieu
Romain LORENZON
Jean-François De Palma
Rémy OUAIDA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mersen France SB SAS
ArianeGroup SAS
Original Assignee
Mersen France SB SAS
ArianeGroup SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mersen France SB SAS, ArianeGroup SAS filed Critical Mersen France SB SAS
Publication of EP3688782A1 publication Critical patent/EP3688782A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/0241—Structural association of a fuse and another component or apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/004—Closing switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor

Definitions

  • the present invention relates to the general field of electrical cut-off devices, and more particularly those of the pyrotechnic type.
  • the invention also relates to an electrical system secured by such a device.
  • Pyrotechnic breaking devices comprising a body in which there is present a pyrotechnic initiator configured for, when triggered, set in motion a piston provided with a relief in the direction of a conductive bar to be sectioned.
  • WO 2016/038043 and WO 2016/038050 show examples of devices of this type. However, these devices can be subject, especially when high voltages are used in the electrical circuit, to the formation of arcs. These electric arcs increase the time necessary to cut the current in the circuit and generally reduce the reliability of the breaking device.
  • a fuse in parallel with the conductor bar of such devices.
  • the fuse and the busbar are on.
  • the piston cuts the conductor bar to cut the current. After the initiation of the initiator and the breaking of the conducting bar, all the current passes through the fuse which melts it, and definitively cuts the current in the circuit.
  • this fuse makes it possible to reduce the occurrence of arcing and to use higher voltages in the electrical circuit to which the cut-off device is connected.
  • This type of device works globally effectively but, over time, the fuse may be subject to aging, which may eventually impair its reliability. There is therefore a need for a pyrotechnic breaking device which is capable of cutting current, can be used at high voltage, reducing the formation of arcing and having an improved lifetime compared to the devices of the prior art.
  • the main purpose of the present invention is therefore to overcome such disadvantages by proposing a pyrotechnic breaking device intended to be connected to an electrical circuit to be cut, the device comprising:
  • first conductive portion and a second non-conductive portion each intended to be connected to the electrical circuit, the second portion being connected in parallel to the first portion and comprising two conducting elements separated by an insulating segment, at least one of the conductive elements being provided with a first fuse element connected in series which is configured to trip when the current flowing therethrough exceeds a first predetermined value, and
  • first and second reliefs projecting from a lower face of a movable piston, the first and second reliefs respectively located opposite the first portion and the segment; insulation, and
  • said at least one pyrotechnic initiator being configured to pass the cutoff device from a first current flow pattern to a second current cutoff configuration, the first and second reliefs being set in motion upon transition from the first to the second second configuration to disconnect the first portion by breaking thereof by impact with the first relief, and electrically connect the two conductive elements by the second relief at the latest at the time of disconnection of the first portion.
  • the electric current can flow through the first portion but not through the second portion due to the presence of the insulating segment. So, no current flows through the first element fuse in normal operation, thus reducing the aging of the latter.
  • said at least one pyrotechnic initiator is triggered and the first and second reliefs are set in motion. Following this setting in motion, the first portion is disconnected by impact with the first relief and the two conductive elements of the second portion are connected by the second relief.
  • the disconnection of the first portion makes it possible to cut off the current flowing in it and the connection of the conductive elements makes it possible to allow the flow of current in the second portion, thereby triggering the first fuse element which permanently cuts off the current in the circuit.
  • Disconnection of the first portion is carried out, simultaneously or subsequently, at the connection of the conductive elements so as to be able to deviate towards the second portion the current flowing initially in the first portion, and thus terminate the cut-off by triggering the first fuse element, while avoiding the generation of an electric arc within the second portion.
  • the first fuse element comprises a fuse core present in an insulating envelope.
  • the insulating segment is formed by a lack of material.
  • the first portion is provided with a second fuse element connected in series, said at least one initiator being connected to the terminals of the second fuse element which is configured to trip when the intensity of the current flowing through it exceeds a second predetermined value and to thereby actuate said at least one initiator.
  • the second fuse element is on, the voltage across the second fuse element is relatively low and the current flowing through the ignition device of the pyrotechnic initiator is low enough to not operate the latter.
  • the intensity of the current passing through the second fuse element exceeds the second predetermined value, the second fuse element is triggered, that is to say that its resistance increases producing an increase in the voltage across the second fuse element.
  • the intensity in the ignition device then increases, thus making it possible to actuate the pyrotechnic initiator and to pass the device from the first to the second configuration in order to definitively cut off the flow of current in the circuit.
  • This characteristic is advantageous in order to have a simplified cut-off solution by proposing an autonomous cut-off device directly integrating the element that will trigger the break, in this case the second fuse element. This advantageously eliminates the presence of a third device sensor / voltage analyzer / current to allow the triggering of the initiator.
  • the device comprises a chamber in which are present the first and second portions, a movable piston delimiting the chamber and comprising a lower face from which the first and second reliefs project, the distance separating the first portion the first relief being greater than or equal to the distance separating the insulating segment from the second relief when the device is in the first configuration.
  • the cut-off device constitutes a single pyrotechnic switch in which the first and second portions are present inside the same chamber and in which the first and second reliefs project from the underside of the same piston. mobile.
  • first and second reliefs can extend from the underside of the piston over identical lengths.
  • first relief extends from the lower face of the piston on a first length different from a second length on which the second relief extends from said face.
  • the insulating segment and the first portion may be present on the same transverse plane with respect to an axis of displacement of the piston.
  • the insulating segment and the first portion are offset along an axis of displacement of the piston.
  • the device comprises at least:
  • a first pyrotechnic switch comprising a first pyrotechnic initiator and a first movable piston comprising a lower face from which the first relief projects
  • a second pyrotechnic switch distinct from the first pyrotechnic switch, comprising a second pyrotechnic initiator and a second movable piston comprising a lower face from which the second relief projects.
  • the device is in the form of two separate pyrotechnic switches, the first pyrotechnic switch being dedicated to the disconnection of the first portion, and the second pyrotechnic switch being dedicated to the connection of the second portion.
  • the first relief and the second relief each protrude from the underside of a separate movable piston.
  • a secure electrical system comprising at least:
  • a secure power supply system comprising at least:
  • system further comprises an electrical generator configured to supply the circuit with an electric current having a first intensity, the size of the first fuse element being less than or equal to this first intensity.
  • the invention aims, in yet another aspect, an electrical installation comprising a secure electrical system as described above.
  • FIGS. 1A and 1B are exploded and schematic perspective views of a cut-off device according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 schematically shows the device of FIGS. 1A and 1B in the first configuration in section along a plane perpendicular to an axis connecting the two terminals of the device
  • FIGS. 3A and 3B show, schematically, respectively the device of FIGS. 1A and 1B just after the triggering of the pyrotechnic initiator and in the second configuration
  • FIG. 4A is a simplified electrical diagram associated with the device in the state illustrated in FIG. 3A,
  • FIG. 4B is a simplified electrical diagram associated with the device in the state illustrated in FIG. 3B,
  • FIG. 5 schematically shows an example of a secure electrical system comprising the device of FIGS. 1A and 1B,
  • FIGS. 6 and 7 show schematically and in part variants of switching devices according to the invention
  • FIG. 8 shows, schematically, a secure electrical system implementing a variant of a breaking device according to the invention.
  • FIG. 9 shows, schematically, a secure electrical system implementing another variant of cut-off device according to the invention.
  • FIGS. 1A and 1B show two exploded views of a cut-off device 1 according to one embodiment of the invention.
  • the cut-off device 1 illustrated comprises: a body 10, a pyrotechnic initiator 20, a piston 30, a first conductive portion 41, a second portion 42, a first fuse element 43 and a support 50.
  • the direction longitudinal L corresponds to the direction in which the portions 41 and 42 extend and connecting the terminals 44 and 45 of the device 1.
  • the transverse direction T is perpendicular to this direction L in the plane of the portions 41 and 42.
  • the device 1 comprises a first 44 and a second 45 electrical terminals which are intended to be connected to an electrical circuit to be cut.
  • the first conductive portion 41 and the second portion 42 are connected in parallel with each other between the first terminal 44 and the second terminal 45 of the cut-off device.
  • the first conductive portion 41 electrically connects the first terminal 44 to the second terminal 45.
  • the second portion 42 connects the first terminal 44 to the second terminal 45.
  • the first 41 and second 42 portions are each connected to the same electrical circuit.
  • An example of an assembly comprising an electric circuit will be described in connection with FIG. 5.
  • the first 41 and second 42 portions are present inside the same body 10.
  • the breaking device 1 here constitutes one and the same pyrotechnic switch.
  • the second portion 42 comprises a first 42a and a second 42b conductive elements which are separated by an insulating segment 42c.
  • the first conductive member 42a is formed integrally (monolithically) with the first conductive portion 41.
  • An intermediate conductive portion 46 can connect the first portion 41 and the first member 42a. This intermediate portion 46 may be directly connected to the first portion 41 and the first element 42a.
  • the first element 42a may be located on the side of the first terminal 44 and the second element 42b may be located on the side of the second terminal 45.
  • the insulating segment 42c is formed by a lack of material.
  • the first conductive element 42a is spaced from the second conductive element 42b by a non-zero distance d.
  • the insulating segment could be formed by a portion of an insulating material reported between the conductive elements of the second portion.
  • the first portion 41 allows the conduction of the current but the second portion 42 does not allow the conduction of the current due to the presence of the insulating segment 42c.
  • the current flows only in the first portion 41 and not in the second portion 42.
  • a first fuse element 43 is connected in series with the second element 42b.
  • the first fuse element 43 is here present between the insulating segment 42c and the second terminal 45.
  • the first fuse element 43 here comprises a fusible core present in an insulating envelope of electricity.
  • the insulating envelope may contain a powder of an electrically insulating material, such as silica, within which the fusible core is present.
  • the first fuse element could be mounted in series with the first conductive element 42a, and in which case be present between the insulating segment 42c and the first terminal 44.
  • the two conductive elements are each provided with a fuse element.
  • the first conductive portion 41 can be connected to the second terminal 45 by a conductive wire
  • the second element 42b can be connected to the first fuse element 43 by a conductive wire
  • the first fuse element 43 may be arranged differently, for example integrated at one end of the second conductive portion 42 or positioned in a housing inside the body 10.
  • the first conductive portion 41 and each of the conductive elements 42a and 42b here take the form of a bar or a flat conductive tab.
  • the body 10 has a here generally parallelepipedic shape.
  • the body 10 comprises a lateral opening 11 through which the support 50 is intended to be inserted inside the body 10, a generally circular lower opening 12 through which the piston 30 is intended to be inserted inside the body 10, and an upper opening 13 projecting from an upper face of the body 10 through which the initiator 20 is intended to be inserted inside the body 10.
  • the lateral opening 11 extends in the longitudinal direction L inside the body 10 for forming a housing in which the support 50 is held in the body 10.
  • the pyrotechnic initiator 20 comprises two conductive elements 21 configured to initiate a pyrotechnic charge 22 to which they are connected.
  • the pyrotechnic charge 22 is, when it is initiated for example by means of a current flowing through the conductive elements 21, capable of generating a pressurizing gas by its combustion.
  • the conductive elements 21 may be connected to a control device C (see FIG. 5) configured to actuate the pyrotechnic initiator 20 when an anomaly is detected.
  • the piston 30 is, in this example, of cylindrical shape and centered on a vertical axis Z.
  • the axis Z corresponds here to the axis of displacement of the piston 30.
  • the piston 30 comprises a circumferential groove 31 in which a seal of sealing 32, for example an O-ring, is intended to be housed.
  • the piston 30 can move along the Z axis inside the body 10 between a high position (first position, device in the first configuration), as in Figures 2 and 3A, and a low position (second position , device in the second configuration), as in FIG. 3B.
  • the piston 30 is held in the up position.
  • the piston 30 may have different shapes from that illustrated, adapted to the shape of the cavity inside the body.
  • the body 10 here comprises a first pressurizing chamber 14 in communication with an output S of the pyrotechnic initiator 20, and a second chamber 15 in which the portions 41 and 42 are present.
  • the piston 30 separates the first chamber 14 from the second chamber 15.
  • the seal 32 allows for hermetic separation of these chambers 14 and 15.
  • the piston 30 here comprises a lower face 33 from which project a first relief 34 and a second relief 35.
  • the first 34 and second reliefs 35 are carried by the same piston 30, but it does not go out of the scope of the invention when this is not the case, as will be described below in connection with FIG. 9.
  • the first relief 34 and the second relief 35 are located respectively facing the first conducting portion 41 and the insulating segment 42c.
  • the first relief 34 is superimposed on the first portion 41 when the device is in the first configuration.
  • the second relief 35 is superimposed on the insulating segment 42c when the device is in the first configuration.
  • the first relief 34 is electrically insulating and the second relief 35 is electrically conductive.
  • the second relief 35 may for example be formed by relating, in a manner known per se, a conductive piece on the insulating material forming the first relief 34.
  • the reliefs 34 and 35 generally extend here in the transverse direction T.
  • Each relief 34 and 35 may have a dimension, in the transverse direction T, which is greater than the dimension, along this same direction T, of the corresponding portion 41 or 42 opposite which it is positioned.
  • the reliefs 34 and 35 could be separated from one another and have a dimension, in the transverse direction T, substantially equal to the dimension, along the same direction T, of the corresponding portion opposite which it is positioned.
  • the first relief 34 extends from the lower face 33 of the piston 30 over a length L 'equal to the length L' on which the second relief extends. 35
  • the length L ' is, unless otherwise stated, measured along the axis Z of movement of the piston 30.
  • the insulating segment 42c and the first portion 41 are present on a same plane P transverse to the Z axis, for example perpendicular to the Z axis (see Figure 2).
  • Other configurations are possible as will be described below, in connection with Figures 6 and 7.
  • the support 50 takes, in the illustrated example, the shape of a drawer on which the portions 41 and 42 are present.
  • the support 50 is configured to maintain the conductive portions 41 and 42 in position in the device 1, for example by providing corresponding housing.
  • the support 50 is here provided with a groove 51 which extends in the transverse direction T in which the reliefs 34 and 35 are intended to be housed after triggering the pyrotechnic initiator 20 when the device is in the second configuration.
  • the groove 51 in the support thus makes it possible to lock the piston 30 in the second position and to ensure a final cut of the conductive portions 41 and 42.
  • the first relief 34 is spaced from the first portion 41 by a first distance di (see Figure 2).
  • the second relief 35 is spaced from the insulating segment 42c by a second distance d 2 (see FIG. 2).
  • the distances di and d 2 are, unless otherwise indicated, measured along the axis Z of movement of the piston 30.
  • the first distance di is equal to the second distance d 2 .
  • the piston 30 moves in the Z direction toward portions 41 and 42 to move the device from the first to the second configuration.
  • the first relief 34 cuts the first conductive portion 41 and the second relief 35 is interposed between the two conductive elements 42a and 42b.
  • the second relief 35 occupies the area that was initially occupied by the insulating segment 42c.
  • the second relief 35 may be supported on the conductive elements 42a and 42b, or deform them.
  • the current is diverted to the second conductive portion 42 which has been made conductive by interposition of the second relief 35 between the conductive elements 42a and 42b.
  • the current thus deflected then melts the first fuse element 43 thus definitively cutting off the flow of current in the first and second conductive portions 41 and 42.
  • FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views along a plane perpendicular to the section plane of FIG. 2 and containing the axis Z of movement of the piston 30.
  • FIG. 3A represents the device 1 in the first configuration (piston in the first position or high position), that is to say before triggering the pyrotechnic initiator 20.
  • FIG. 4A corresponds to the simplified electrical diagram associated with this first configuration: in this configuration the first portion 41 is conductive (current flow i possible) and the second portion 42 is not conductive (no current flow possible).
  • the chamber 14 is pressurized by the gases from the combustion of the pyrotechnic charge 22, the piston 30 moves towards the portions 41 and 42 in the direction Z (arrow D) .
  • the first relief 34 then impacts the first conductive portion 41, leading to its breaking and stopping the flow of current in this portion.
  • the current is then completely diverted into the second conductive portion 42 and then passes through the first fuse element 43 (not shown here) in order to ensure its melting and to achieve the definitive breaking of the current (see FIG. 4B which corresponds to the associated simplified electrical diagram). at the second cutoff configuration).
  • the fuse rating is chosen so as to obtain this cutoff when part or all of the current is deflected in the second conductive portion 42 due to the breaking of the first conductive portion 41.
  • FIG. 5 shows an example of a secure electrical system 100 implementing an example of a breaking device 1 according to the invention.
  • the secure electrical system comprises a secure power supply system 110 comprising a cut-off device 1 and an electric circuit 111.
  • the electrical circuit 111 here comprises an electric generator G connected to the first terminal 44 of the cut-off device 1.
  • the secure electrical system 100 further comprises an electrical device D connected on the one hand to the generator G to be powered by it, and on the other hand to the second terminal 45 of the breaking device 1.
  • the secure electrical system 100 further comprises a control device C configured to actuate the pyrotechnic initiator 20 when an abnormality is detected.
  • the control device C is connected to the pyrotechnic initiator 20 via the conductors 21.
  • the control device C is connected to the circuit 111 to detect the exceeding of a current threshold. In this case, when the control device C detects an intensity of the current flowing in the first portion 41 greater than a threshold value, the initiator pyrotechnic 20 is actuated and the current is cut in the manner described above.
  • the anomaly giving rise to the cut-off of the current may be of a type other than over-current and notably be a non-electrical anomaly such as the detection of an impact, a change of temperature, pressure, etc. .
  • the control device C is able to send an electrical signal to the pyrotechnic initiator 20 for its tripping in order to cut off the current in the circuit 111, as previously described.
  • the use of a first fuse element of low caliber may be perfectly suitable.
  • Figure 6 shows, schematically and partially, a sectional view transverse to the direction L of a cutoff device variant in the first configuration.
  • the first insulating relief 340 extends from the lower face 330 of the piston 300 over a length L1 strictly smaller than the length L2 on which extends the second conductive relief 350 from the same face 330.
  • the lengths L1 and L2 are, unless otherwise stated, each measured along the axis Z of displacement of the piston 30.
  • the first distance d1 separating the first portion 41 from the first relief 340 is strictly greater than the second distance O 2 separating the insulating segment 42c from the second relief 350.
  • the piston 300 moves in the direction Z (along the arrow D) towards the conductive portion 41 and the insulating segment 42c.
  • the electrical connection of the two conductive elements of the second portion 42 is effected by the second relief 350 in the same manner as above, and then the first portion 41 is cut off by the first relief 340.
  • first portion 41, the entire current flowing is then deflected in the second portion 42, thereby triggering the first fuse element and the final cut of the current.
  • the first relief 340 impacts the first portion 41 a predefined time after electrical connection of the two conductive elements by the second relief 350.
  • the insulating segment 42c and the first portion 41 are present on the same plane P transverse to the axis Z of displacement of the piston 30.
  • the first 341 and second 351 reliefs extend from the lower face 331 of the piston on the same length L '.
  • the first portion 41 is present on a first plane PI transverse to the axis Z of displacement of the piston 301, or even perpendicular to this axis Z.
  • the insulating segment 420c is present on a second plane P2 transverse to the axis Z of displacement of the piston 301, or even perpendicular to this axis Z.
  • the first plane PI is spaced from the second plane P2 by a non-zero distance.
  • the insulating segment 420c and the first portion 410 are shifted along the axis Z of displacement of the piston 301.
  • the second portion 420 is connected then the first broken portion 410 and the definitive breaking of the current is then obtained by triggering the first fuse element, as described above.
  • a control device distinct from the cut-off device. It is not beyond the scope of the invention when it is otherwise, as will now be described in connection with Figure 8.
  • FIG. 8 illustrates a variant in which the secure electrical system 100 'comprises a secure power supply system 110' comprising an independent breaking device, making it possible to trigger the cut without requiring the use of a separate control device C .
  • the first portion 41 of the device is provided with a second fuse element 143 connected in series.
  • the second fuse element 143 is present between the terminals 44 and 45 of the breaking device.
  • the pyrotechnic initiator is connected to the terminals of the second fuse element 143 which is configured to trip when the intensity of the current flowing through it exceeds a second predetermined value.
  • the triggering of the second fuse element 143 thus makes it possible to actuate the pyrotechnic initiator and to trigger the cut-off of the current in the circuit.
  • the gauge of the second fuse element 143 may be smaller, equal to or greater than the size of the first fuse element 43.
  • the second fuse element 143 may comprise a fuse core present in an insulating envelope or only a fuse element. a commercial fuse (without its insulating envelope).
  • the cut-off device is in the form of a single pyrotechnic switch, the first and second portions being both present in the same chamber, and the first and second reliefs being carried by one and the same piston delimiting this room.
  • the cut-off device comprises, in these examples, a single pyrotechnic initiator for moving the piston in order to move the device from the first to the second configuration.
  • the cut-off device comprises two separate pyrotechnic switches, each intended to act on only one of the first and second portions. Such a variant will now be described in connection with FIG. 9.
  • the supply system 110 comprises a cut-off device 1 "comprising two separate pyrotechnic switches II and 12
  • the first pyrotechnic switch II comprises a first pyrotechnic initiator and a first piston bearing the first relief intended to break the first portion 41.
  • the cut-off device 1 furthermore comprises a second pyrotechnic switch 12 comprising a second pyrotechnic initiator and a second piston bearing the second relief for connecting the second portion 42.
  • the cut-off device 1 here comprises a control device C1, distinct from the first and second second 12 pyrotechnic switches, which allows to actuate the first and second pyrotechnic initiators simultaneously or with a predetermined delay with respect to each other.
  • the actuation of the first pyrotechnic initiator II makes it possible to set in motion the first piston carrying the first relief in order to break the first portion 41.
  • the actuation of the second pyrotechnic initiator 12 makes it possible to set in motion the second piston bearing the second relief in order to connect the conductive elements 42a and 42b. This connection of the conductive elements 42a and 42b by the second relief is at the latest performed at the moment of disconnection of the first portion 41.
  • the distance separating the first portion of the first relief is greater than or equal to the distance separating the insulating segment from the second relief when the device 1 "is in the first Since the actuation of the pyrotechnic initiators of the switches II and 12 is not necessarily performed simultaneously, it is not imperative that this condition on the distances be verified when the device is in the first configuration.
  • the control device C1 is configured to actuate the first pyrotechnic switch II and the second pyrotechnic switch 12 when it detects an intensity of the current flowing in the first portion 41 greater than a first threshold value, and the control device being further configured to operate only the first pyrotechnic switch II when it detects an intensity of the current flowing in the first portion 41 between a second threshold value and the first threshold value, the second threshold value being lower than the first threshold value.
  • the control device Cl performs the cut as detailed above by actuating the two pyrotechnic switches II and 12.
  • the first threshold value is sufficient to trigger the fuse element 43 which terminates the cut.
  • the control device C1 can open the first portion only (without triggering the second switch 12 and therefore without affecting the second portion) when a lower current (second threshold value) passes through the first portion 41.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de coupure pyrotechnique (1) destiné à être relié à un circuit électrique à couper, le dispositif comprenant : - au moins un initiateur pyrotechnique (20), - une première portion conductrice (41) et une deuxième portion non- conductrice (42) chacune destinée à être reliée au circuit électrique, la deuxième portion étant connectée en parallèle à la première portion et comprenant deux éléments conducteurs (42a; 42b) séparés par un segment isolant (42c), au moins un des éléments conducteurs étant muni d'un premier élément fusible (43) connecté en série lequel est configuré pour se déclencher lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse une première valeur prédéterminée, et - un premier relief (34) isolant et un deuxième relief (35) conducteur, chacun des premier et deuxième reliefs faisant saillie à partir d'une face inférieure d'un piston mobile et le premier et le deuxième reliefs étant situés respectivement en regard de la première portion et du segment isolant, et ledit au moins un initiateur pyrotechnique étant configuré pour faire passer le dispositif de coupure d'une première configuration de passage du courant à une deuxième configuration de coupure du courant, les premier et deuxième reliefs étant mis en mouvement lors du passage de la première à la deuxième configuration afin de déconnecter la première portion par rupture de celle-ci par impact avec le premier relief, et connecter électriquement les deux éléments conducteurs par le deuxième relief au plus tard au moment de la déconnexion de la première portion.

Description

Dispositif de coupure pyrotechnique
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de coupure électrique, et plus particulièrement ceux du type à actionnement pyrotechnique. L'invention concerne aussi un système électrique sécurisé par un tel dispositif.
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. Les documents WO 2016/038043 et WO 2016/038050 montrent des exemples de dispositifs de ce type. Toutefois, ces dispositifs peuvent être sujets, notamment lorsque des tensions élevées sont utilisées dans le circuit électrique, à la formation d'arcs électriques. Ces arcs électriques augmentent le temps nécessaire pour couper le courant dans le circuit et réduisent de manière générale la fiabilité du dispositif de coupure.
Pour pallier l'apparition de ces arcs, on peut connecter un fusible en parallèle de la barre conductrice de tels dispositifs. Lorsque le circuit électrique fonctionne normalement, le fusible et la barre conductrice sont passants. Lors du déclenchement de l'initiateur suite à la détection d'une surintensité du courant, le piston sectionne la barre conductrice afin de couper le courant. Après le déclenchement de l'initiateur et la rupture de la barre conductrice, tout le courant traverse le fusible ce qui le fait fondre, et coupe définitivement le courant dans le circuit.
Le recours à ce fusible permet de réduire l'apparition d'arc électrique et d'employer des tensions plus élevées dans le circuit électrique auquel est raccordé le dispositif de coupure. Ce type de dispositif fonctionne globalement de manière efficace mais, au cours du temps, le fusible peut être sujet à un vieillissement, ce qui peut à terme altérer sa fiabilité. Il existe donc un besoin pour un dispositif de coupure pyrotechnique qui soit apte à couper le courant, utilisable à tension élevée, réduisant la formation d'arcs électriques et présentant une durée de vie améliorée par rapport aux dispositifs de l'art antérieur.
Obiet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif de coupure pyrotechnique destiné à être relié à un circuit électrique à couper, le dispositif comprenant :
- au moins un initiateur pyrotechnique,
- une première portion conductrice et une deuxième portion non- conductrice chacune destinée à être reliée au circuit électrique, la deuxième portion étant connectée en parallèle à la première portion et comprenant deux éléments conducteurs séparés par un segment isolant, au moins un des éléments conducteurs étant muni d'un premier élément fusible connecté en série lequel est configuré pour se déclencher lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse une première valeur prédéterminée, et
- un premier relief isolant et un deuxième relief conducteur, chacun des premier et deuxième reliefs faisant saillie à partir d'une face inférieure d'un piston mobile, le premier et le deuxième reliefs étant situés respectivement en regard de la première portion et du segment isolant, et
ledit au moins un initiateur pyrotechnique étant configuré pour faire passer le dispositif de coupure d'une première configuration de passage du courant à une deuxième configuration de coupure du courant, les premier et deuxième reliefs étant mis en mouvement lors du passage de la première à la deuxième configuration afin de déconnecter la première portion par rupture de celle-ci par impact avec le premier relief, et connecter électriquement les deux éléments conducteurs par le deuxième relief au plus tard au moment de la déconnexion de la première portion.
En fonctionnement normal (dispositif dans la première configuration), le courant électrique peut circuler au travers de la première portion mais pas au travers de la deuxième portion du fait de la présence du segment isolant. Ainsi, aucun courant ne traverse le premier élément fusible en fonctionnement normal, réduisant ainsi le vieillissement de ce dernier. Lorsqu'une anomalie est détectée, ledit au moins un initiateur pyrotechnique est déclenché et les premier et deuxième reliefs sont mis en mouvement. Suite à cette mise en mouvement, la première portion est déconnectée par impact avec le premier relief et les deux éléments conducteurs de la deuxième portion sont connectés par le deuxième relief. La déconnexion de la première portion permet de couper le courant circulant dans celle-ci et la connexion des éléments conducteurs permet d'autoriser la circulation du courant dans la deuxième portion, déclenchant ainsi le premier élément fusible qui coupe définitivement le courant dans le circuit. La déconnexion de la première portion est effectuée, simultanément ou postérieurement, à la connexion des éléments conducteurs afin de pouvoir ainsi dévier vers la deuxième portion le courant circulant initialement dans la première portion, et terminer ainsi la coupure par déclenchement du premier élément fusible, tout en évitant la génération d'un arc électrique au sein de la deuxième portion.
Dans un exemple de réalisation, le premier élément fusible comprend une âme fusible présente dans une enveloppe isolante.
Le fait d'utiliser une âme fusible avec son enveloppe isolante permet avantageusement d'améliorer la tenue dans le temps de l'âme fusible, et notamment de ralentir le phénomène d'ouverture spontanée du premier élément fusible, améliorant ainsi davantage encore la fiabilité du dispositif de coupure.
Dans un exemple de réalisation, le segment isolant est formé par un manque de matière.
Dans un exemple de réalisation, la première portion est munie d'un deuxième élément fusible connecté en série, ledit au moins un initiateur étant relié aux bornes du deuxième élément fusible lequel est configuré pour se déclencher lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse une deuxième valeur prédéterminée et pour actionner ainsi ledit au moins un initiateur.
Dans ce cas, lors d'un fonctionnement normal du système, le deuxième élément fusible est passant, la tension aux bornes du deuxième élément fusible est relativement faible et le courant traversant le dispositif d'allumage de l'initiateur pyrotechnique est suffisamment faible pour ne pas actionner ce dernier. En revanche, lorsque l'intensité du courant traversant le deuxième élément fusible dépasse la deuxième valeur prédéterminée, le deuxième élément fusible se déclenche, c'est-à-dire que sa résistance augmente produisant une augmentation de la tension aux bornes du deuxième élément fusible. L'intensité dans le dispositif d'allumage augmente alors permettant ainsi d'actionner l'initiateur pyrotechnique et de faire passer le dispositif de la première à la deuxième configuration afin de couper définitivement la circulation du courant dans le circuit. Cette caractéristique est avantageuse afin de disposer d'une solution de coupure simplifiée en proposant un dispositif de coupure autonome intégrant directement l'élément qui va déclencher la coupure, en l'occurrence le deuxième élément fusible. Cela permet avantageusement de s'affranchir de la présence d'un dispositif tiers capteur / analyseur de tension/courant pour permettre le déclenchement de l'initiateur.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif comprend une chambre dans laquelle sont présentes les première et deuxième portions, un piston mobile délimitant la chambre et comprenant une face inférieure à partir de laquelle font saillie les premier et deuxième reliefs, la distance séparant la première portion du premier relief étant supérieure ou égale à la distance séparant le segment isolant du deuxième relief lorsque le dispositif est dans la première configuration.
Une telle caractéristique est avantageuse afin d'améliorer la compacité du dispositif de coupure. Dans ce cas, le dispositif de coupure constitue un unique interrupteur pyrotechnique dans lequel les première et deuxième portions sont présentes à l'intérieur d'une même chambre et dans lequel les premier et deuxième reliefs font saillie à partir de la face inférieure du même piston mobile.
En particulier, les premier et deuxième reliefs peuvent s'étendre à partir de la face inférieure du piston sur des longueurs identiques. En variante, le premier relief s'étend à partir de la face inférieure du piston sur une première longueur différente d'une deuxième longueur sur laquelle s'étend le deuxième relief à partir de ladite face.
En particulier, le segment isolant et la première portion peuvent être présents sur un même plan transversal par rapport à un axe de déplacement du piston. En variante, le segment isolant et la première portion sont décalés le long d'un axe de déplacement du piston. En variante, le dispositif comprend au moins :
- un premier interrupteur pyrotechnique comprenant un premier initiateur pyrotechnique et un premier piston mobile comprenant une face inférieure à partir de laquelle fait saillie le premier relief, et
- un deuxième interrupteur pyrotechnique, distinct du premier interrupteur pyrotechnique, comprenant un deuxième initiateur pyrotechnique et un deuxième piston mobile comprenant une face inférieure à partir de laquelle fait saillie le deuxième relief.
Selon cette variante, le dispositif est sous la forme de deux interrupteurs pyrotechniques distincts, le premier interrupteur pyrotechnique étant dédié à la déconnexion de la première portion, et le deuxième interrupteur pyrotechnique étant dédié à la connexion de la deuxième portion. Dans ce dernier cas, le premier relief et le deuxième relief font chacun saillie à partir de la face inférieure d'un piston mobile distinct.
L'invention vise, selon un autre aspect, un système électrique sécurisé comprenant au moins :
- un système d'alimentation sécurisé comprenant au moins :
o un circuit électrique, et
o un dispositif de coupure tel que décrit plus haut, et
- un dispositif électrique relié audit système d'alimentation et destiné à être alimenté par ce dernier.
Dans un exemple de réalisation, le système comprend en outre un générateur électrique configuré pour alimenter le circuit avec un courant électrique ayant une première intensité, le calibre du premier élément fusible étant inférieur ou égal à cette première intensité.
Il est avantageux de mettre en œuvre un premier élément fusible de faible calibre dans le système décrit plus haut car il présente une forte sensibilité, et garantit ainsi une coupure très fiable.
L'invention vise, selon encore un autre aspect, une installation électrique comprenant un système électrique sécurisé tel que décrit plus haut.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- les figures 1A et 1B sont des vues en perspective éclatées et schématiques d'un dispositif de coupure selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 montre, de manière schématique, le dispositif des figures 1A et 1B dans la première configuration en coupe selon un plan perpendiculaire à un axe reliant les deux bornes du dispositif,
- les figures 3A et 3B montrent, de manière schématique, respectivement le dispositif des figures 1A et 1B juste après le déclenchement de l'initiateur pyrotechnique et dans la deuxième configuration,
- la figure 4A est un schéma électrique simplifié associé au dispositif dans l'état illustré à la figure 3A,
- la figure 4B est un schéma électrique simplifié associé au dispositif dans l'état illustré à la figure 3B,
- la figure 5 montre, de manière schématique, un exemple de système électrique sécurisé comprenant le dispositif des figures 1A et 1B,
- les figures 6 et 7 représentent, de manière schématique et partielle, des variantes de dispositifs de coupure selon l'invention,
- la figure 8 montre, de manière schématique, un système électrique sécurisé mettant en œuvre une variante de dispositif de coupure selon l'invention, et
- la figure 9 montre, de manière schématique, un système électrique sécurisé mettant en œuvre une autre variante de dispositif de coupure selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
Les figures 1A et 1B montrent deux vues éclatées d'un dispositif de coupure 1 selon un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de coupure 1 illustré comprend : un corps 10, un initiateur pyrotechnique 20, un piston 30, une première portion conductrice 41, une deuxième portion 42, un premier élément fusible 43 et un support 50. Dans l'exemple illustré, la direction longitudinale L correspond à la direction selon laquelle s'étendent les portions 41 et 42 et reliant les bornes 44 et 45 du dispositif 1. La direction transversale T est perpendiculaire à cette direction L dans le plan des portions 41 et 42.
Le dispositif 1 comprend une première 44 et une deuxième 45 bornes électriques qui sont destinées à être reliées à un circuit électrique à couper. La première portion conductrice 41 et la deuxième portion 42 sont montées en parallèle l'une de l'autre entre la première borne 44 et la deuxième borne 45 du dispositif de coupure. La première portion conductrice 41 relie électriquement la première borne 44 à la deuxième borne 45. La deuxième portion 42 relie la première borne 44 à la deuxième borne 45. Les première 41 et deuxième 42 portions sont chacune reliées à un même circuit électrique. Un exemple de montage comprenant un circuit électrique sera décrit en lien avec la figure 5. Dans cet exemple, les première 41 et deuxième 42 portions sont présentes à l'intérieur du même corps 10. Le dispositif 1 de coupure constitue ici un seul et même interrupteur pyrotechnique.
La deuxième portion 42 comprend un premier 42a et un deuxième 42b éléments conducteurs qui sont séparés par un segment isolant 42c. Dans cet exemple, le premier élément conducteur 42a est formé d'un seul tenant (de manière monolithique) avec la première portion conductrice 41. Une portion conductrice intermédiaire 46 peut relier la première portion 41 et le premier élément 42a. Cette portion intermédiaire 46 peut être directement reliée à la première portion 41 et au premier élément 42a. Le premier élément 42a peut être situé du côté de la première borne 44 et le deuxième élément 42b peut être situé du côté de la deuxième borne 45. Dans l'exemple illustré, le segment isolant 42c est formé par un manque de matière. Selon cet exemple, le premier élément conducteur 42a est espacé du deuxième élément conducteur 42b d'une distance non nulle d. Selon une variante non illustrée, le segment isolant pourrait être formé par une portion d'un matériau isolant rapporté entre les éléments conducteurs de la deuxième portion.
Lorsque le dispositif 1 est dans la première configuration, la première portion 41 permet la conduction du courant mais la deuxième portion 42 ne permet pas la conduction du courant du fait de la présence du segment isolant 42c. En d'autres termes lorsque le dispositif 1 est dans la première configuration, le courant ne circule que dans la première portion 41 et pas dans la deuxième portion 42. Dans l'exemple illustré, un premier élément fusible 43 est monté en série avec le deuxième élément 42b. Le premier élément fusible 43 est ici présent entre le segment isolant 42c et la deuxième borne 45. Le premier élément fusible 43 comprend ici une âme fusible présente dans une enveloppe isolante de l'électricité. L'enveloppe isolante peut renfermer une poudre d'un matériau isolant de l'électricité, comme de la silice, à l'intérieur de laquelle est présente l'âme fusible. Le fait d'utiliser une âme fusible avec son enveloppe isolante permet avantageusement d'améliorer la tenue dans le temps de l'âme fusible, et notamment de ralentir le phénomène d'ouverture spontanée de cette dernière, améliorant ainsi davantage encore la fiabilité du dispositif de coupure. On pourrait en variante intégrer au deuxième élément 42b uniquement l'élément fusible d'un fusible commercial (sans son enveloppe isolante).
Selon une variante non illustrée, le premier élément fusible pourrait être monté en série avec le premier élément conducteur 42a, et auquel cas être présent entre le segment isolant 42c et la première borne 44. Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention si les deux éléments conducteurs sont chacun munis d'un élément fusible.
Dans l'exemple illustré, la première portion conductrice 41 peut être reliée à la deuxième borne 45 par un fil conducteur, et le deuxième élément 42b peut être relié au premier élément fusible 43 par un fil conducteur. Bien entendu, le premier élément fusible 43 peut être disposé différemment, par exemple intégré à une extrémité de la deuxième portion conductrice 42 ou encore positionné dans un logement à l'intérieur du corps 10.
La première portion conductrice 41 et chacun des éléments conducteurs 42a et 42b prennent ici la forme d'une barre ou d'une languette conductrice aplatie.
Le corps 10 a une ici forme généralement parallélépipédique. Le corps 10 comprend une ouverture latérale 11 par laquelle le support 50 est destiné à être inséré à l'intérieur du corps 10, une ouverture inférieure 12 généralement circulaire par laquelle le piston 30 est destiné à être inséré à l'intérieur du corps 10, et une ouverture supérieure 13 faisant saillie sur une face supérieure du corps 10 par laquelle l'initiateur 20 est destiné à être inséré à l'intérieur du corps 10. L'ouverture latérale 11 se prolonge selon la direction longitudinale L à l'intérieur du corps 10 pour former un logement dans lequel le support 50 est maintenu dans le corps 10.
L'initiateur pyrotechnique 20 comprend deux éléments conducteurs 21 configurés pour initier une charge pyrotechnique 22 à laquelle ils sont connectés. La charge pyrotechnique 22 est, lorsqu'elle est initiée par exemple à l'aide d'un courant traversant les éléments conducteurs 21, apte à générer un gaz de pressurisation par sa combustion. Les éléments conducteurs 21 peuvent être reliés à un dispositif de contrôle C (cf. figure 5) configuré pour actionner l'initiateur pyrotechnique 20 lorsqu'une anomalie est détectée.
Le piston 30 est, dans cet exemple, de forme cylindrique et centré sur un axe vertical Z. L'axe Z correspond ici à l'axe de déplacement du piston 30. Le piston 30 comprend une gorge circonférentielle 31 dans laquelle un joint d'étanchéité 32, par exemple un joint torique, est destiné à être logé. Le piston 30 peut se déplacer le long de l'axe Z à l'intérieur du corps 10 entre une position haute (première position, dispositif dans la première configuration), comme sur les figures 2 et 3A, et une position basse (deuxième position, dispositif dans la deuxième configuration), comme sur la figure 3B. Tant que l'initiateur pyrotechnique 20 n'a pas été déclenché, le piston 30 est maintenu dans la position haute. Bien entendu, le piston 30 peut présenter des formes différentes de celle illustrée, adaptée à la forme de la cavité à l'intérieur du corps.
Comme illustré sur la figure 2, le corps 10 comprend ici une première chambre de mise sous pression 14 en communication avec une sortie S de l'initiateur pyrotechnique 20, et une deuxième chambre 15 dans laquelle sont présentes les portions 41 et 42. Le piston 30 sépare la première chambre 14 de la deuxième chambre 15. Le joint d'étanchéité 32 permet de réaliser une séparation hermétique de ces chambres 14 et 15.
Le piston 30 comprend ici une face inférieure 33 à partir de laquelle font saillie un premier relief 34 et un deuxième relief 35. Dans cet exemple, le premier 34 et le deuxième 35 reliefs sont portés par le même piston 30, mais on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque ce n'est pas le cas, comme cela sera décrit plus bas en lien avec la figure 9. Le premier relief 34 et le deuxième relief 35 sont situés en regard respectivement de la première portion conductrice 41 et du segment isolant 42c. Le premier relief 34 est superposé à la première portion 41 lorsque le dispositif est dans la première configuration. Le deuxième relief 35 est superposé au segment isolant 42c lorsque le dispositif est dans la première configuration. Le premier relief 34 est isolant de l'électricité et le deuxième relief 35 est conducteur de l'électricité. Le deuxième relief 35 peut par exemple être formé en rapportant, de manière connue en soi, une pièce conductrice sur le matériau isolant formant le premier relief 34.
Les reliefs 34 et 35 s'étendent généralement ici selon la direction transversale T. Chaque relief 34 et 35 peut présenter une dimension, selon la direction transversale T, qui est supérieure à la dimension, selon cette même direction T, de la portion correspondante 41 ou 42 en regard de laquelle il est positionné. Bien entendu, les reliefs 34 et 35 pourraient être séparés l'un de l'autre et présenter une dimension, selon la direction transversale T, sensiblement égale à la dimension, selon cette même direction T, de la portion correspondante en regard de laquelle il est positionné.
Dans l'exemple discuté ici et comme illustré sur la figure 1B, le premier relief 34 s'étend à partir de la face inférieure 33 du piston 30 sur une longueur L' égale à la longueur L' sur laquelle s'étend le deuxième relief 35 à partir de cette même face 33. La longueur L' est, sauf mention contraire, mesurée selon l'axe Z de déplacement du piston 30. En outre dans cet exemple, le segment isolant 42c et la première portion 41 sont présents sur un même plan P transversal par rapport à l'axe Z, par exemple perpendiculaire à l'axe Z (voir figure 2). D'autres configurations sont envisageables comme il sera décrit plus bas, en lien avec les figures 6 et 7.
Le support 50 prend, dans l'exemple illustré, la forme d'un tiroir sur lequel les portions 41 et 42 sont présentes. Dans l'exemple illustré, le support 50 est configuré pour maintenir les portions conductrices 41 et 42 en position dans le dispositif 1, par exemple en y ménageant des logements correspondants. Le support 50 est ici muni d'une gorge 51 qui s'étend dans la direction transversale T dans laquelle les reliefs 34 et 35 sont destinés à venir se loger après déclenchement de l'initiateur pyrotechnique 20 lorsque le dispositif est dans la deuxième configuration. La gorge 51 dans le support permet ainsi de verrouiller le piston 30 dans la deuxième position et d'assurer une coupure définitive des portions conductrices 41 et 42. Lorsque le dispositif est dans la première configuration, le premier relief 34 est espacé de la première portion 41 d'une première distance di (voir figure 2). Lorsque le dispositif est dans la première configuration, le deuxième relief 35 est espacé du segment isolant 42c d'une deuxième distance d2 (voir figure 2). Les distances di et d2 sont, sauf mention contraire, mesurées le long de l'axe Z de déplacement du piston 30. Dans l'exemple illustré ici, la première distance di est égale à la deuxième distance d2.
De la sorte, lorsque l'initiateur pyrotechnique 20 est déclenché, le piston 30 se déplace selon la direction Z en direction des portions 41 et 42 afin de faire passer le dispositif de la première à la deuxième configuration. Le premier relief 34 vient couper la première portion conductrice 41 et le deuxième relief 35 vient s'intercaler entre les deux éléments conducteurs 42a et 42b. Lorsque le dispositif est dans la deuxième configuration, le deuxième relief 35 occupe la zone qui était initialement occupée par le segment isolant 42c. Lorsque le dispositif est dans la deuxième configuration, le deuxième relief 35 peut être en appui sur les éléments conducteurs 42a et 42b, voire déformer ces derniers.
Etant donné que la première distance di est égale à la deuxième distance d2, au moment où la première portion conductrice 41 est coupée, le courant est dévié vers la deuxième portion conductrice 42 qui a été rendue conductrice par interposition du deuxième relief 35 entre les éléments conducteurs 42a et 42b. Le courant ainsi dévié fait alors fondre le premier élément fusible 43 coupant ainsi définitivement la circulation du courant dans les première et deuxième portions conductrices 41 et 42.
Ces étapes du fonctionnement sont illustrées aux figures 3A, 3B, 4A et 4B. Les figures 3A et 3B sont des vues en coupe selon un plan perpendiculaire au plan de coupe de la figure 2 et contenant l'axe Z de déplacement du piston 30. La figure 3A représente le dispositif 1 dans la première configuration (piston dans la première position ou position haute), c'est-à-dire avant déclenchement de l'initiateur pyrotechnique 20. La figure 4A correspond au schéma électrique simplifié associé à cette première configuration : dans cette configuration la première portion 41 est conductrice (circulation du courant i possible) et la deuxième portion 42 n'est pas conductrice (pas de circulation du courant possible). Suite au déclenchement de l'initiateur pyrotechnique 20, la chambre 14 est pressurisée par les gaz issus de la combustion de la charge pyrotechnique 22, le piston 30 se met en mouvement vers les portions 41 et 42 en suivant la direction Z (flèche D). Le premier relief 34 vient alors impacter la première portion conductrice 41, conduisant à sa rupture et à l'arrêt de la circulation du courant dans cette portion. Le courant est alors dévié en totalité dans la deuxième portion conductrice 42 et traverse alors le premier élément fusible 43 (non représenté ici) afin d'assurer sa fonte et réaliser la coupure définitive du courant (voir figure 4B qui correspond au schéma électrique simplifié associé à la deuxième configuration de coupure). Bien entendu, le calibre du fusible est choisi de manière à obtenir cette coupure lorsqu'une partie ou l'intégralité du courant est dévié dans la deuxième portion conductrice 42 du fait de la rupture de la première portion conductrice 41.
En fin de course du piston 30, dans la deuxième position ou position basse, les reliefs 34 et 35 sont logés dans la gorge 51 du support 50 (figure 3B).
La figure 5 montre un exemple de système électrique sécurisé 100 mettant en œuvre un exemple de dispositif de coupure 1 selon l'invention. Le système électrique sécurisé comprend un système d'alimentation sécurisé 110 comprenant un dispositif de coupure 1 et un circuit électrique 111. Le circuit électrique 111 comprend ici un générateur électrique G relié à la première borne 44 du dispositif de coupure 1.
Le système électrique sécurisé 100 comprend en outre un dispositif électrique D relié d'une part au générateur G pour être alimenté par celui-ci, et d'autre part à la deuxième borne 45 du dispositif de coupure 1.
Le système électrique sécurisé 100 comprend en outre un dispositif de contrôle C configuré pour actionner l'initiateur pyrotechnique 20 lorsqu'une anomalie est détectée.
Le dispositif de contrôle C est connecté à l'initiateur pyrotechnique 20 par l'intermédiaire des conducteurs 21. Dans l'exemple illustré, le dispositif de contrôle C est connecté au circuit 111 pour détecter le dépassement d'un seuil de courant. Dans ce cas, lorsque le dispositif de contrôle C détecte une intensité du courant circulant dans la première portion 41 supérieure à une valeur seuil, l'initiateur pyrotechnique 20 est actionné et le courant est coupé de la manière décrite plus haut.
L'anomalie donnant lieu à la coupure du courant peut être d'un autre type qu'une sur-intensité et notamment être une anomalie non- électrique comme la détection d'un choc, d'un changement de température, de pression, etc. En cas de détection d'une anomalie, le dispositif de contrôle C est apte à envoyer un signal électrique à l'initiateur pyrotechnique 20 pour son déclenchement afin de couper le courant dans le circuit 111, comme décrit précédemment. Dans ce dernier cas, l'emploi d'un premier élément fusible de faible calibre peut parfaitement convenir.
On vient de décrire un exemple de dispositif dans lequel le premier et le deuxième reliefs 34 et 35 s'étendent sur une même longueur L'. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsque ce n'est pas le cas.
A ce titre, la figure 6 montre, de manière schématique et partielle, une vue en section transversalement à la direction L d'une variante de dispositif de coupure dans la première configuration. Selon cette variante, le premier relief isolant 340 s'étend à partir de la face inférieure 330 du piston 300 sur une longueur Ll strictement inférieure à la longueur L2 sur laquelle s'étend le deuxième relief conducteur 350 à partir de cette même face 330. Les longueurs Ll et L2 sont, sauf mention contraire, chacune mesurées selon l'axe Z de déplacement du piston 30.
Dans cette variante de la figure 6, la première distance di séparant la première portion 41 du premier relief 340 est strictement supérieure à la deuxième distance 02 séparant le segment isolant 42c du deuxième relief 350. Dans cette variante, lorsque l'initiateur pyrotechnique est déclenché, le piston 300 se déplace selon la direction Z (selon la flèche D) en direction de la portion conductrice 41 et du segment isolant 42c. On réalise d'abord la connexion électrique des deux éléments conducteurs de la deuxième portion 42 par le deuxième relief 350 de la même manière que plus haut, et ensuite la première portion 41 est coupée par le premier relief 340. Lors de la coupure de la première portion 41, l'intégralité du courant circulant est alors déviée dans la deuxième portion 42, déclenchant ainsi le premier élément fusible et la coupure définitive du courant. Dans cet exemple, le premier relief 340 vient impacter la première portion 41 un certain temps prédéfini après connexion électrique des deux éléments conducteurs par le deuxième relief 350. Dans les exemples qui viennent d'être décrits, le segment isolant 42c et la première portion 41 sont présents sur un même plan P transversal par rapport à l'axe Z de déplacement du piston 30. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsque ce n'est pas le cas, comme il va à présent être décrit en lien avec la figure 7.
Dans l'exemple de la figure 7, les premier 341 et deuxième 351 reliefs s'étendent à partir de la face inférieure 331 du piston sur une même longueur L'. La première portion 41 est présente sur un premier plan PI transversal par rapport à l'axe Z de déplacement du piston 301, voire perpendiculaire à cet axe Z. Le segment isolant 420c est présent sur un deuxième plan P2 transversal par rapport à l'axe Z de déplacement du piston 301, voire perpendiculaire à cet axe Z. Le premier plan PI est espacé du deuxième plan P2 d'une distance non nulle. Ainsi, le segment isolant 420c et la première portion 410 sont décalés le long de l'axe Z de déplacement du piston 301. Selon cet exemple, la deuxième portion 420 est connectée puis la première portion rompue 410 et la coupure définitive du courant est alors obtenue par déclenchement du premier élément fusible, comme décrit plus haut. On vient de décrire des exemples de dispositif de coupure dans lesquels seule la deuxième portion est munie d'un élément fusible et l'actionnement de l'initiateur pyrotechnique est effectué par un dispositif de contrôle, distinct du dispositif de coupure. On ne sort pas du cadre de l'invention lorsqu'il en est autrement, comme il va à présent être décrit en lien avec la figure 8.
La figure 8 illustre une variante dans laquelle le système électrique sécurisé 100' comprend un système d'alimentation sécurisé 110' comprenant un dispositif de coupure l' autonome, permettant de déclencher la coupure sans nécessiter l'emploi d'un dispositif de contrôle C distinct. Selon la variante de la figure 8, la première portion 41 du dispositif est munie d'un deuxième élément fusible 143 connecté en série. Le deuxième élément fusible 143 est présent entre les bornes 44 et 45 du dispositif de coupure . L'initiateur pyrotechnique est relié aux bornes du deuxième élément fusible 143 qui est configuré pour se déclencher lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse une deuxième valeur prédéterminée. Le déclenchement du deuxième élément fusible 143 permet ainsi d'actionner l'initiateur pyrotechnique, et de déclencher la coupure du courant dans le circuit.
Le calibre du deuxième élément fusible 143 peut être inférieur, égal ou supérieur au calibre du premier élément fusible 43. Comme pour le premier élément fusible 43, le deuxième élément fusible 143 peut comprendre une âme fusible présente dans une enveloppe isolante ou uniquement un élément fusible d'un fusible commercial (sans son enveloppe isolante).
On vient de décrire des exemples dans lesquels le dispositif de coupure est sous la forme d'un seul et même interrupteur pyrotechnique, les première et deuxième portions étant toutes deux présentes dans une même chambre, et les premier et deuxième reliefs étant portés par un même piston délimitant cette chambre. Le dispositif de coupure comprend, dans ces exemples, un unique initiateur pyrotechnique permettant de mettre en mouvement le piston afin de faire passer le dispositif de la première à la deuxième configuration. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention lorsque le dispositif de coupure comprend deux interrupteurs pyrotechniques distincts, chacun destiné à agir sur l'une seulement des première et deuxième portions. Une telle variante va, à présent, être décrite en lien avec la figure 9. Dans le système électrique 100" de la figure 9, le système d'alimentation 110" comprend un dispositif de coupure 1" comprenant deux interrupteurs pyrotechniques distincts II et 12. Le premier interrupteur pyrotechnique II comprend un premier initiateur pyrotechnique et un premier piston portant le premier relief destiné à rompre la première portion 41. Le dispositif de coupure 1" comprend, en outre, un deuxième interrupteur pyrotechnique 12 comprenant un deuxième initiateur pyrotechnique et un deuxième piston portant le deuxième relief destiné à connecter la deuxième portion 42. Le dispositif de coupure 1" comprend ici un dispositif de contrôle Cl, distinct des premier II et deuxième 12 interrupteurs pyrotechniques, qui permet d'actionner les premier et deuxième initiateurs pyrotechniques simultanément ou avec un retard prédéterminé l'un par rapport à l'autre.
L'actionnement du premier initiateur pyrotechnique II permet de mettre en mouvement le premier piston portant le premier relief afin de rompre la première portion 41. L'actionnement du deuxième initiateur pyrotechnique 12 permet de mettre en mouvement le deuxième piston portant le deuxième relief afin de connecter les éléments conducteurs 42a et 42b. Cette connexion des éléments conducteurs 42a et 42b par le deuxième relief est au plus tard effectuée au moment de la déconnexion de la première portion 41.
On notera, en particulier, dans cet exemple il est possible, mais non nécessaire, que la distance séparant la première portion du premier relief soit supérieure ou égale à la distance séparant le segment isolant du deuxième relief lorsque le dispositif 1" est dans la première configuration. L'actionnement des initiateurs pyrotechniques des interrupteurs II et 12 n'étant pas nécessairement réalisé de manière simultanée, il n'est pas impératif que cette condition sur les distances soit vérifiée lorsque le dispositif est dans la première configuration.
De manière similaire à ce qui a été décrit plus haut en lien avec la figure 8, on peut dans une variante du dispositif de la figure 9 munir la première portion d'un deuxième élément fusible permettant de réaliser l'actionnement lors d'une sur-intensité dans le circuit.
Selon une variante, le dispositif de contrôle Cl est configuré pour actionner le premier interrupteur pyrotechnique II et le deuxième interrupteur pyrotechnique 12 lorsqu'il détecte une intensité du courant circulant dans la première portion 41 supérieure à une première valeur seuil, et le dispositif de contrôle étant en outre configuré pour actionner uniquement le premier interrupteur pyrotechnique II lorsqu'il détecte une intensité du courant circulant dans la première portion 41 comprise entre une deuxième valeur seuil et la première valeur seuil, la deuxième valeur seuil étant inférieure à la première valeur seuil. Ainsi, dans ce cas, en cas de fort courant (première valeur seuil) circulant dans la première portion 41, le dispositif de contrôle Cl réalise la coupure comme détaillé plus haut en actionnant les deux interrupteurs pyrotechniques II et 12. La première valeur seuil est suffisante pour déclencher l'élément fusible 43 qui termine la coupure. En revanche, le dispositif de contrôle Cl peut ouvrir la première portion uniquement (sans déclencher le deuxième interrupteur 12 et donc sans affecter la deuxième portion) lorsqu'un courant plus bas (deuxième valeur seuil) traverse la première portion 41.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de coupure pyrotechnique (1 ; l' ; 1") destiné à être relié à un circuit électrique (111) à couper, le dispositif comprenant :
- au moins un initiateur pyrotechnique (20),
- une première portion conductrice (41 ; 410) et une deuxième portion non-conductrice (42 ; 420) chacune destinée à être reliée au circuit électrique, la deuxième portion étant connectée en parallèle à la première portion et comprenant deux éléments conducteurs (42a ; 42b) séparés par un segment isolant (42c ; 420c), au moins un des éléments conducteurs étant muni d'un premier élément fusible (43) connecté en série lequel est configuré pour se déclencher lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse une première valeur prédéterminée, et
- un premier relief (34 ; 340 ; 341) isolant et un deuxième relief (35 ;
350 ; 351) conducteur, chacun des premier et deuxième reliefs faisant saillie à partir d'une face inférieure d'un piston mobile et le premier et le deuxième reliefs étant situés respectivement en regard de la première portion et du segment isolant, et
ledit au moins un initiateur pyrotechnique étant configuré pour faire passer le dispositif de coupure d'une première configuration de passage du courant à une deuxième configuration de coupure du courant, les premier et deuxième reliefs étant mis en mouvement lors du passage de la première à la deuxième configuration afin de déconnecter la première portion par rupture de celle-ci par impact avec le premier relief, et connecter électriquement les deux éléments conducteurs par le deuxième relief au plus tard au moment de la déconnexion de la première portion.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier élément fusible (43) comprend une âme fusible présente dans une enveloppe isolante.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le segment isolant (42c ; 420c) est formé par un manque de matière.
4. Dispositif (1') selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première portion (41) est munie d'un deuxième élément fusible (143) connecté en série, ledit au moins un initiateur étant relié aux bornes du deuxième élément fusible lequel est configuré pour se déclencher lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse une deuxième valeur prédéterminée et pour actionner ainsi ledit au moins un initiateur.
5. Dispositif (1 ; l') selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif comprend une chambre (15) dans laquelle sont présentes les première (41 ; 410) et deuxième (42 ; 420) portions, un piston mobile (30 ; 300 ; 301) délimitant la chambre et comprenant une face inférieure (33 ; 330 ; 331) à partir de laquelle font saillie les premier (34 ; 340 ; 341) et deuxième (35 ; 350 ; 351) reliefs, la distance (di) séparant la première portion du premier relief étant supérieure ou égale à la distance (d2) séparant le segment isolant du deuxième relief lorsque le dispositif est dans la première configuration.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les premier (34 ; 341) et deuxième (35 ; 351) reliefs s'étendent à partir de la face inférieure (33 ; 331) du piston (30 ; 301) sur des longueurs identiques (L').
7. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le premier relief (340) s'étend à partir de la face inférieure (330) du piston sur une première longueur (Ll) différente d'une deuxième longueur (L2) sur laquelle s'étend le deuxième relief (350) à partir de ladite face.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le segment isolant (42c) et la première portion (41) sont présents sur un même plan (P) transversal par rapport à un axe (Z) de déplacement du piston (30).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel le segment isolant (420c) et la première portion (410) sont décalés le long d'un axe (Z) de déplacement du piston (300).
10. Dispositif (1") selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif comprend au moins :
- un premier interrupteur pyrotechnique (II) comprenant un premier initiateur pyrotechnique et un premier piston mobile comprenant une face inférieure à partir de laquelle fait saillie le premier relief, et
- un deuxième interrupteur pyrotechnique (12), distinct du premier interrupteur pyrotechnique, comprenant un deuxième initiateur pyrotechnique et un deuxième piston mobile comprenant une face inférieure à partir de laquelle fait saillie le deuxième relief.
11. Dispositif (1") selon la revendication 10, dans lequel le dispositif comprend un dispositif de contrôle (Cl) qui est configuré pour actionner le premier interrupteur pyrotechnique (II) et le deuxième interrupteur pyrotechnique (12) lorsqu'il détecte une intensité du courant circulant dans la première portion (41) supérieure à une première valeur seuil, et le dispositif de contrôle étant en outre configuré pour actionner uniquement le premier interrupteur pyrotechnique lorsqu'il détecte une intensité du courant circulant dans la première portion comprise entre une deuxième valeur seuil et la première valeur seuil, la deuxième valeur seuil étant inférieure à la première valeur seuil.
12. Système électrique sécurisé (100 ; 100' ; 100") comprenant au moins :
- un système d'alimentation sécurisé (110 ; 110' ; 110") comprenant au moins :
o un circuit électrique (111), et
o un dispositif de coupure (1 ; l' ; 1") selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 relié au circuit électrique, et
- un dispositif électrique (D) relié audit système d'alimentation et destiné à être alimenté par ce dernier.
13. Système (100 ; 100' ; 100") selon la revendication 12, dans lequel le système comprend en outre un générateur électrique (G) configuré pour alimenter le circuit (111) avec un courant électrique ayant une première intensité, le calibre du premier élément fusible (43) étant inférieur ou égal à cette première intensité.
14. Installation électrique comprenant un système électrique sécurisé (100 ; 100' ; 100") selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13.
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