EP4500570A1 - Coupe-circuit pyrotechnique - Google Patents

Coupe-circuit pyrotechnique

Info

Publication number
EP4500570A1
EP4500570A1 EP23707085.9A EP23707085A EP4500570A1 EP 4500570 A1 EP4500570 A1 EP 4500570A1 EP 23707085 A EP23707085 A EP 23707085A EP 4500570 A1 EP4500570 A1 EP 4500570A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pyrotechnic
circuit breaker
chamber
electrical conductor
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.)
Pending
Application number
EP23707085.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Maxime GRANDIAU
Frederic Laval
Benjamin DUVERT
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.)
Autoliv Development AB
Original Assignee
Autoliv Development AB
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 Autoliv Development AB filed Critical Autoliv Development AB
Publication of EP4500570A1 publication Critical patent/EP4500570A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

  • TITLE Pyrotechnic circuit breaker
  • the present invention generally relates to pyrotechnic circuit breakers, intended to equip electric vehicles in order to quickly cut electrical circuits (in particular traction circuits with high current intensities, and/or high electrical voltages , and/or with high inductances).
  • the currents flowing through such electrical circuits of electric vehicles can have intensities of several thousand or tens of thousands of amperes, with voltages which can range from a few tens to several thousand volts State of the art
  • Document DE102018125059A1 illustrates for example a circuit breaker with a cooling channel.
  • a first aspect of the invention concerns a pyrotechnic circuit breaker, comprising:
  • a piston arranged in the housing to cut the electrical conductor and movable between a rest position and an activated position in which the electrical conductor is cut
  • the piston comprising a proximal end arranged on the side of the pyrotechnic actuator and a distal end opposite the proximal end, characterized in that the piston comprises at least one gas passage, arranged between the distal end and the proximal end.
  • the circuit breaker comprises at least one gas passage arranged on or in the piston, which provides a compact solution.
  • the fluid communication between the distal end and the proximal end limits or avoids compression of the gases located above the piston during its movement, which increases operating safety by avoiding seeing the piston move back due to too great pressure exerted by the gases compressed by the distal end.
  • the piston (or the passage) may comprise at least one orifice provided on the side of the distal end and/or on the side of the proximal end, so as to establish fluid communication between the the distal end and the proximal end.
  • the fluid communication can be permanent, and/or independent of the position of the piston.
  • the passage can be provided to be constantly passing, to facilitate/allow the passage of gas from one side of the piston to the other.
  • Such a passage can be seen as a way to increase the volume available for gases located within the chamber which contains the conductor (to be cut off before actuation of the circuit breaker, cut off after actuation of the circuit breaker).
  • the piston and/or the passage and/or the circuit breaker may be devoid of filtration means.
  • the gases do not need to be cooled or filtered to ensure no return or recoil of the piston.
  • the piston and/or the passage and/or the circuit breaker may be devoid of a vent and/or venting means.
  • environmental resistance is easy to guarantee.
  • the proximal end can be directly opposite the pyrotechnic actuator at least when the piston is in the rest position.
  • the distal end can be directly opposite the electrical conductor to be cut, when the piston is in the rest position.
  • the piston (or the passage) may comprise at least one orifice provided on the side of the distal end and directly opposite the electrical conductor to be cut, when the piston is in the rest position.
  • the proximal end can be a first end of the piston in a direction of movement of the piston, and the distal end can be a second end of the piston in a direction of movement of the piston.
  • the housing when the piston is in the rest position, the housing can form with the piston:
  • a pyrotechnic chamber arranged to receive combustion gases of the pyrotechnic actuator
  • the pyrotechnic chamber is isolated from the side chamber and the cut-off chamber by the piston, so that the combustion gases remain confined in the pyrotechnic chamber: operating safety is improved, with notably high insulation resistances after operation.
  • the housing may include an igniter well
  • the piston may include a skirt engaged in the igniter well and separating the side chamber from the pyrotechnic chamber. This construction is simple, the skirt provides additional guidance. A seal can be provided on the skirt.
  • the housing may include a main cylinder
  • the piston can comprise a peripheral surface engaged in the main cylinder, and the gas passage can be arranged between the peripheral surface and the skirt of the piston.
  • the piston in the activated position can split the cut-off chamber into several sub-chambers, and the piston can present per sub-chamber at least one gas passage towards the side chamber. Even if the cutting chamber is partitioned once the piston is moved, the presence of multiple gas passages guarantees the absence of overpressures on the distal end, which guarantees that the piston remains in the final position, without moving back.
  • the pyrotechnic circuit breaker may comprise at least one cooler arranged to cool gases heated by an electric arc generated during cutting of the electrical conductor. Such coolers further improve operating safety by preventing the gases from remaining hot, even if electric arcs are created during operation: the pressure drops quickly.
  • said at least one cooler can be arranged in the cutting chamber and/or in the side chamber.
  • said at least one cooler can be fixed on the housing and/or on the piston.
  • the gas passage may give or direct to a cooler.
  • the gas passage can be:
  • the gas passage may have a transverse passage surface greater than or equal to 15, or even 25 mm 2 .
  • This surface can be obtained by one passage, by two or more passages. It can be noted that the passage has a dimension much greater than a mechanical play present between two parts which must move relative to each other. Furthermore, manufacturing tolerances can cause mechanical play between two moving parts to vary greatly, while the gas passage has a surface area that varies little, which provides better repeatability.
  • said at least one gas passage can allow gas communication in the housing so as to impose in the housing and for 1 ms after a maximum pressure peak Pmax a pressure between Pmax and 0.9 Pmax.
  • the maximum pressure Pmax can be a maximum pressure measured during an operating test, and 0.9Pmax can represent 90% of the maximum pressure.
  • the maximum pressure Pmax can be a maximum pressure measured in a cut-off chamber of the circuit breaker, that is to say in a chamber comprising the conductor to be cut, and delimited at least partly by the distal end of the piston.
  • the passage of gas makes it possible to avoid a maximum pressure peak that is too high, which provides a flatter pressure curve: the pressure varies shortly after the maximum pressure peak. The piston is therefore lightly stressed and does not move back once it reaches its maximum displacement.
  • the electrical conductor can pass through the housing.
  • the gas passage can be arranged to allow, when the electrical conductor is cut, a movement of gas present on one side of the piston facing the electrical conductor when the piston is in the off position. rest towards one side of the piston opposite the pyrotechnic actuator when the piston is in the activated position.
  • a second aspect of the invention relates to a motor vehicle comprising at least one pyrotechnic circuit breaker according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 1 represents a sectional view of a pyrotechnic circuit breaker according to the invention after activation of the pyrotechnic device, with a piston having cut an electrical conductor;
  • FIG. 2 represents a perspective view of the piston alone;
  • FIG. 3 represents voltage, current and pressure curves measured during operation in a circuit breaker of the prior art;
  • FIG. 4 represents voltage, intensity and pressure curves measured during operation in a circuit breaker according to the invention.
  • Figure 1 represents a circuit breaker comprising:
  • a piston 30 arranged in the housing to cut the electrical conductor 20 and movable between a rest position and an activated position in which the electrical conductor 20 is cut,
  • a pyrotechnic actuator 40 arranged in the housing 10 to move the piston 30 from the rest position to the activated position, the piston 30 comprising a proximal end 30A arranged on the side of the pyrotechnic actuator 40 and a distal end 30B opposite to the proximal end 30A.
  • the housing 10 of the circuit breaker shown in Figure 1 comprises a first half-shell 11 and a second half-shell 12.
  • the first half-shell 11 receives an igniter support 15 which allows the attachment of a electro-pyrotechnic igniter forming the pyrotechnic actuator 40.
  • the electrical conductor 20 is mainly made up of an electrically conductive bar, which can be overmolded by a frame 21, sandwiched between the first half-shell 11 and the second half -shell 12. We can note the presence of several seals 18 and 16 between the parts to guarantee good environmental resistance.
  • the piston 30 is housed in the housing 10, so as to form:
  • a pyrotechnic chamber 110 arranged to receive gases from combustion of the pyrotechnic actuator 40,
  • the housing 10 has a main cylinder and the piston 30 has a peripheral surface 33 housed in the main cylinder arranged to allow the piston 30 to slide in the housing 10.
  • the piston 30 also presents:
  • the second half-shell 12 has dies 17 which are designed to fit together with the piston 30 in order to cut the electrical conductor 20.
  • the pyrotechnic actuator 40 has been triggered and the piston 30 is therefore an activated position in which the electrical conductor 20 has been cut into several pieces.
  • the electrical conductor 20 is constituted by the two external ends 24 of the electrical conductor 20, a first cut piece 22 and a second cut piece 23.
  • the piston 30, initially in the rest position in the first half-shell 11 was moved by the pressurized gases of the pyrotechnic actuator 40 expelled into the pyrotechnic chamber 110 to occupy the activated position shown in Figure 1.
  • the circuit breaker comprises coolers 13, 14 arranged to cool gases and the cutting chamber 130 also contains coolers arranged to cool gases heated by an electric arc generated during the cutting of the electrical conductor 20.
  • first coolers 13 are housed in the cutting chamber 130
  • second coolers 14 are housed in the side chamber 120.
  • the coolers can be metal parts. We can provide parts that are porous or have internal voids. We can plan to form the coolers with a metal wire. We can plan to compact the metal wire on itself to form the coolers. In other words, each cooler is formed with one or more compacted wire(s). We can also provide compacted knitting, or even porous sintered parts. Such parts can dissipate energy from gases heated by an electric arc.
  • the coolers can be porous parts and/or with voids and/or with passages and/or with gaps, and/or with a density much lower than that of the metal of which they are formed, and which can be easily crossed by the gases, which provides a large exchange surface and an interesting cooling capacity for the gas of the cutting chamber 130.
  • the gases of the cutting chamber 130 can be compressed/displaced by the movement of the piston 30, so that there is movement of these gases in the coolers, within the free spaces, and this allows an effective heat exchange to cool the gas from the cutting chamber 130.
  • the coolers can be designed to carry out cooling by convection (heat exchange between a gas and a solid).
  • Figure 2 represents a perspective view of the distal end 30B, that is to say the face of the piston 30 which carries the knives 34 separated by the grooves 37.
  • the piston 30 has a surface non-circular peripheral 33, which guarantees sliding of the piston 30 without rotation around its axis: the assembly is a slide connection.
  • the knives 34 separated by the grooves 37 can carry out an effective mechanical cutting (shearing) of the electrical conductor 20 in cooperation with the dies 17 of the housing 10 which are well aligned with the grooves 37.
  • the housing 10 defines:
  • the pyrotechnic chamber 110 on the side of the proximal end 30A: the pyrotechnic chamber 110, and the lateral chamber 120 isolated from the pyrotechnic chamber 110 by the skirt 36 and the seal 35 of the piston 30,
  • the cutting chamber 130 isolated or separated from the pyrotechnic chamber 110 and the side chamber 120 by the piston 30.
  • the passages 31 and 32 made in the piston 30 make it possible to guarantee gas communication between the cutting chamber 130 and the side chamber 120. Consequently, the gas passages 31 and 32 are arranged to allow, when cutting the electrical conductor 20, a movement of gases present on the side of the piston 30 facing the electrical conductor 20 when the piston 30 is in the rest position towards the side of the piston 30 facing the pyrotechnic actuator 40 when the piston 30 is in the activated position.
  • the side chamber 120 is well insulated from the pyrotechnic chamber 110, so that the gases and combustion residues of the pyrotechnic actuator 40 remain confined in the pyrotechnic chamber 110 and do not enter the chamber. lateral 120 nor in the cutting chamber 130 and vice versa. Thus the gases and combustion residues of the pyrotechnic actuator 40 do not impact the insulation resistance between the ends 24 and the gases and residues resulting from the cutting of the electrical conductor 20 do not impact the insulation resistance at the pins of the pyrotechnic actuator 40.
  • Figure 3 represents measurements carried out during operation of a circuit breaker of the prior art, that is to say without passage of gas in the piston. We can see in the graph in Figure 3:
  • Figure 4 represents the same measurements as Figure 3, but carried out during operation of a circuit breaker according to the invention, that is to say as in Figure 1, with at least one gas passage provided in the piston, between the distal end 30B and the proximal end 30A.
  • the rest of the structure and geometry of the circuit breaker is identical to the circuit breaker used for the measurements in Figure 3.
  • the passages 31 and 32 are orifices made in the piston 30, but it is possible to envisage providing grooves in the side wall 33 of the piston 30. It will be noted, however, that the passage surface of the gas, equal to the sum of the surfaces of the passages 31 and 32 is much greater than the peripheral clearance of the piston 30.
  • the gas passage surface can be greater than 6 mm 2 , preferably greater than 9 mm 2 , and even greater than 12 mm 2 per gas passage between a sub-chamber and the side chamber.
  • the igniter can for example be overmolded or crimped onto the housing 10 or the igniter support 15 depending on the materials chosen for the latter.
  • the plastic parts can be overmolded on or reinforced by metal elements depending on the stresses they have to withstand
  • coolers on or in the piston 30.
  • a circuit breaker according to the present invention, and its manufacture, are capable of industrial application.

Landscapes

  • Automotive Seat Belt Assembly (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Coupe-circuit pyrotechnique, comprenant : - un boîtier (10), - un conducteur électrique (20) à couper, - un piston (30) agencé dans le boîtier (10) pour couper le conducteur 5 électrique (20) et mobile entre une position de repos et une position activée dans laquelle le conducteur électrique (20) est coupé, - un actionneur pyrotechnique (40) agencé dans le boîtier (10) pour faire passer le piston (30) de la position de repos à la position activée, le piston (30) comprenant une extrémité proximale (30A) agencée du côté de 10 l'actionneur pyrotechnique (40) et une extrémité distale (30B) opposée à l'extrémité proximale (30A), caractérisé en ce que le piston (30) comprend au moins un passage de gaz (31), agencé entre l'extrémité distale (30B) et l'extrémité proximale (30A).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Coupe-circuit pyrotechnique
Domaine technique de l'invention
[0001 ] La présente invention concerne de manière générale les coupe-circuits pyrotechniques, prévus pour équiper des véhicules électriques afin de couper rapidement des circuits électriques (en particulier des circuits de traction avec de fortes intensités de courants, et/ou de fortes tensions électriques, et/ou avec de fortes inductances). Les courants parcourant de tels circuits électriques de véhicules électriques peuvent présenter des intensités de plusieurs milliers ou dizaines de milliers d'ampères, avec des tensions pouvant aller à quelques dizaines à plusieurs milliers de volts État de la technique
[0002] Il est connu dans l’art antérieur des coupe-circuits de prévoir un passage de gaz dans le boîtier entre une chambre de coupure qui comprend initialement le conducteur électrique à couper et une chambre pyrotechnique destinée à recevoir des gaz de combustion issus de l’actionneur pyrotechnique. En contrepartie, ce système peut présenter l’inconvénient de présenter de grandes dimensions et/ou des problèmes de résistance d’isolement pas assez élevées après fonctionnement (en raison de dépôts conducteurs laissés par les gaz de combustion). Le document DE102019135591 illustre par exemple un tel coupe-circuit.
[0003] Le document DE102018125059A1 illustre par exemple un coupe- circuit avec un canal de refroidissement.
Exposé de l'invention
[0004] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un coupe-circuit compact et/ou qui permet de proposer une sécurité de fonctionnement élevée. [0005] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un coupe-circuit pyrotechnique, comprenant :
- un boîtier,
- un conducteur électrique à couper,
- un piston agencé dans le boîtier pour couper le conducteur électrique et mobile entre une position de repos et une position activée dans laquelle le conducteur électrique est coupé,
- un actionneur pyrotechnique agencé dans le boîtier pour faire passer le piston de la position de repos à la position activée, le piston comprenant une extrémité proximale agencée du côté de l’actionneur pyrotechnique et une extrémité distale opposée à l’extrémité proximale, caractérisé en ce que le piston comprend au moins un passage de gaz, agencé entre l’extrémité distale et l’extrémité proximale. Selon la mise en oeuvre ci-dessus, le coupe-circuit comprend au moins un passage de gaz agencé sur ou dans le piston, ce qui procure une solution compacte. De plus, la communication fluidique entre l’extrémité distale et l’extrémité proximale limite ou évite une compression des gaz situés au-dessus du piston lors de son déplacement, ce qui augmente la sécurité de fonctionnement en évitant de voir le piston reculer en raison d’une trop grande pression exercés par les gaz comprimés par l’extrémité distale.
[0006] Selon un mode de réalisation, le piston (ou le passage) peut comprendre au moins un orifice prévu du côté de l’extrémité distale et/ou du côté de l’extrémité proximale, de sorte à établir une communication fluidique entre l’extrémité distale et l’extrémité proximale.
[0007] Selon un mode de réalisation, la communication fluidique peut être permanente, et/ou indépendante de la position du piston. Autrement dit, le passage peut être prévu pour être constamment passant, pour faciliter/permettre le passage de gaz d’un côté à l’autre du piston. Un tel passage peut être considéré comme un moyen d’augmenter le volume disponible pour les gaz situés au sein de la chambre qui renferme le conducteur (à couper avant actionnement du coupe circuit, coupé après actionnement du coupe circuit).
[0008] Selon un mode de réalisation, le piston et/ou le passage et/ou le coupe-circuit peut être dépourvu de moyens de filtration. Les gaz n’ont pas besoin d’être refroidis ni filtrés pour garantir l’absence de retour ou de recul du piston.
[0009] Selon un mode de réalisation, le piston et/ou le passage et/ou le coupe-circuit peut être dépourvu d’évent et/ou de moyens d’éventation. Ainsi, la résistance environnementale est aisée à garantir.
[0010] Selon un mode de réalisation, l’extrémité proximale peut être directement en regard de l’actionneur pyrotechnique au moins lorsque le piston est en position de repos.
[0011 ] Selon un mode de réalisation, l’extrémité distale peut être directement en regard du conducteur électrique à couper, lorsque le piston est en position de repos.
[0012] Selon un mode de réalisation, le piston (ou le passage) peut comprendre au moins un orifice prévu du côté de l’extrémité distale et directement en regard du conducteur électrique à couper, lorsque le piston est en position de repos.
[0013] Selon un mode de réalisation, l’extrémité proximale peut être une première extrémité du piston dans une direction de déplacement du piston, et l’extrémité distale peut être une deuxième extrémité du piston dans une direction de déplacement du piston.
[0014] Selon un mode de réalisation, lorsque le piston est en position de repos, le boitier peut former avec le piston :
- une chambre de coupure comprenant une partie du conducteur électrique à couper,
- une chambre pyrotechnique, agencée pour recevoir des gaz de combustion de l’actionneur pyrotechnique,
- une chambre latérale, séparée de la chambre de coupure par le piston, et isolée de la chambre pyrotechnique, et le passage de gaz peut mettre en communication fluidique la chambre de coupure avec la chambre latérale. Selon la mise en oeuvre ci-dessus, la chambre pyrotechnique est isolée de la chambre latérale et de la chambre de coupure par le piston, si bien que les gaz de combustion restent confinés dans la chambre pyrotechnique : la sécurité de fonctionnement est améliorée, avec notamment des résistances d’isolement après fonctionnement élevées.
[0015] Selon un mode de réalisation :
- le boîtier peut comprendre un puit d’allumeur, et
- le piston peut comprendre une jupe engagée dans le puits d’allumeur et séparant la chambre latérale de la chambre pyrotechnique. Cette construction est simple, la jupe procure un guidage supplémentaire. On peut prévoir un joint d’étanchéité sur la jupe.
[0016] Selon un mode de réalisation :
- le boîtier peut comprendre un cylindre principal, et
- le piston peut comprendre une surface périphérique engagée dans le cylindre principal, et le passage de gaz peut être agencé entre la surface périphérique et la jupe du piston.
[0017] Selon un mode de réalisation, le piston en position activée peut scinder la chambre de coupure en plusieurs sous-chambres, et le piston peut présenter par sous-chambre au moins un passage de gaz vers la chambre latérale. Même si la chambre de coupure se trouve partitionnée une fois le piston déplacé, la présence de multiples passages de gaz garantit l’absence de surpressions sur l’extrémité distale, ce qui garantit que le piston reste en position finale, sans reculer. [0018] Selon un mode de réalisation, le coupe-circuit pyrotechnique peut comprendre au moins un refroidisseur agencé pour refroidir des gaz échauffés par un arc électrique généré pendant la coupure du conducteur électrique. De tels refroidisseurs améliorent encore la sécurité de fonctionnement en évitant que les gaz restent chauds, même si des arcs électriques sont créés lors du fonctionnement : la pression baisse rapidement.
[0019] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un refroidisseur peut être agencé dans la chambre de coupure et/ou dans la chambre latérale.
[0020] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un refroidisseur peut être fixé sur le boîtier et/ou sur le piston. On peut prévoir d’agencer au moins un refroidisseur sur le trajet des gaz, pour forcer un passage au travers, afin de provoquer un refroidissement plus efficace. Par exemple, le passage de gaz peut donner ou diriger sur un refroidisseur.
[0021] Selon un mode de réalisation, le passage de gaz peut être :
- un trou traversant ménagé dans le piston, ou
- une rainure externe managée dans une surface latérale du piston.
[0022] Selon un mode de réalisation, le passage de gaz peut présenter une surface transversale de passage supérieure ou égale à 15, voire 25 mm2. Cette surface pouvant être obtenue par un passage, par deux passages ou plus. On peut noter que le passage présente une dimension bien supérieure à un jeu mécanique présent entre deux pièces qui doivent bouger l’une par rapport à l’autre. Par ailleurs, les tolérances de fabrication peuvent faire varier dans de grandes proportions un jeu mécanique entre deux pièces mobiles, alors que le passage de gaz présente une surface peu variable, ce qui procure une meilleure répétabilité.
[0023] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un passage de gaz peut permettre une communication de gaz dans le boîtier de sorte à imposer dans le boîtier et pendant 1 ms après un pic de pression maximale Pmax une pression comprise entre Pmax et 0.9Pmax. La pression maximale Pmax peut être une pression maximale mesurée lors d’un essai de fonctionnement, et 0.9Pmax peut représenter 90% de la pression maximale. La pression maximale Pmax peut être une pression maximale mesurée dans une chambre de coupure du coupe-circuit, c’est-à-dire dans une chambre comprenant le conducteur à couper, et délimitée au moins en partie par l’extrémité distale du piston. Selon cette mise en oeuvre, le passage de gaz permet d’éviter un pic de pression maximale trop élevé, ce qui procure une courbe de pression plus aplatie : la pression varie peu après le pic de pression maximale. Le piston est donc peu sollicité et ne recule pas une fois arrivé à son déplacement maximal.
[0024] Selon un mode de réalisation, le conducteur électrique peut traverser le boîtier.
[0025] Selon un mode de réalisation, le passage de gaz peut être agencé pour permettre, lors de la coupure du conducteur électrique, un déplacement de gaz présents d’un côté du piston en regard du conducteur électrique lorsque le piston est en position de repos vers un côté du piston en regard de l’actionneur pyrotechnique lorsque le piston est en position activée.
[0026] Un deuxième aspect de l’invention se rapporte à un véhicule automobile comprenant au moins un coupe-circuit pyrotechnique selon le premier aspect de l’invention.
Description des figures
[0027] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :
[0028] [fig. 1] représente une vue en coupe d’un coupe-circuit pyrotechnique selon l’invention après activation du dispositif pyrotechnique, avec un piston ayant coupé un conducteur électrique ;
[0029] [fig. 2] représente une vue en perspective du piston seul ; [0030] [fig. 3] représente des courbes de tension, intensité et pression mesurées lors du fonctionnement dans un coupe circuit de l’art antérieur ;
[0031] [fig. 4] représente des courbes de tension, intensité et pression mesurées lors du fonctionnement dans un coupe circuit selon l’invention.
Description détaillée de mode(s) de réalisation
[0032] La figure 1 représente un coupe-circuit comprenant :
- un boîtier 10,
- un conducteur électrique à couper 20,
- un piston 30 agencé dans le boîtier pour couper le conducteur électrique 20 et mobile entre une position de repos et une position activée dans laquelle le conducteur électrique 20 est coupé,
- un actionneur pyrotechnique 40 agencé dans le boîtier 10 pour faire passer le piston 30 de la position de repos à la position activée, le piston 30 comprenant une extrémité proximale 30A agencée du côté de l’actionneur pyrotechnique 40 et une extrémité distale 30B opposée à l’extrémité proximale 30A.
[0033] Dans le détail, le boitier 10 du coupe-circuit représenté figure 1 comprend une première demi-coque 11 et une deuxième demi-coque 12. La première demi-coque 11 reçoit un support allumeur 15 qui permet la fixation d’un allumeur électro-pyrotechnique formant l’actionneur pyrotechnique 40. Le conducteur électrique 20 est principalement constitué d’un barreau conducteur de l’électricité, pouvant être surmoulé par un cadre 21 , pris en sandwich entre la première demi-coque 11 et la deuxième demi-coque 12. On peut noter la présence de plusieurs joints d’étanchéité 18 et 16 entre les pièces pour garantir une bonne résistance environnementale.
[0034] D’une manière générale, le piston 30 est logé dans le boîtier 10, de sorte à former :
- une chambre de coupure 130 comprenant une partie du conducteur électrique 20 à couper,
- une chambre pyrotechnique 110, agencée pour recevoir des gaz de combustion de l’actionneur pyrotechnique 40,
- une chambre latérale 120, séparée de la chambre de coupure 130 par le piston 30, et isolée de la chambre pyrotechnique 110 par le piston 30.
[0035] A cet effet, le boîtier 10 présente un cylindre principal et le piston 30 présente une surface périphérique 33 logée dans le cylindre principal agencée pour permettre au piston 30 de coulisser dans le boîtier 10.
Le piston 30 présente par ailleurs :
- une jupe 36 et un joint 35 du côté de l’extrémité proximale 30A ;
- une pluralité de couteaux 34 séparés par des rainures 37 du côté de l’extrémité distale 30B,
- des passages 31 (des orifices) établissant une communication fluidique entre l’extrémité proximale 30A et l’extrémité distale 30B. En regard des rainures 37 séparant la pluralité de couteaux 34 du piston 30, la deuxième demi-coque 12 présente des matrices 17 qui sont prévues pour s’imbriquer avec le piston 30 afin de couper le conducteur électrique 20.
[0036] En effet, comme le représente la figure 1 , l’actionneur pyrotechnique 40 a été déclenché et le piston 30 est donc une position activée dans laquelle le conducteur électrique 20 a été coupé en plusieurs morceaux. En effet, on peut noter figure 1 que le conducteur électrique 20 est constitué par les deux extrémités externes 24 du conducteur électrique 20, un premier morceau coupé 22 et un deuxième morceau coupe 23. Le piston 30, initialement en position de repos dans la première demi-coque 11 a été déplacé par les gaz sous pression de l’actionneur pyrotechnique 40 expulsés dans la chambre pyrotechnique 110 pour occuper la position activée représentée figure 1 . Lors du passage de la position de repos à la position activée, le piston 30 a coupé le conducteur électrique 20 ; le premier morceau coupé 22 et le deuxième morceau coupé 23 étant alors séparés des deux extrémités externes 24 et pris en sandwich entre le piston 30 (les couteaux 37 et rainures 37) d’une part et le boîtier 10 (les matrices 17) d’autre part. [0037] Le coupe-circuit comprend des refroidisseurs 13, 14 agencés pour refroidir des gaz et la chambre de coupure 130 renferme aussi des refroidisseurs agencés pour refroidir des gaz échauffés par un arc électrique généré pendant la coupure du conducteur électrique 20. En effet, des premiers refroidisseurs 13 sont logés dans la chambre de coupure 130, et des deuxièmes refroidisseurs 14 sont logés dans la chambre latérale 120.
[0038] Les refroidisseurs peuvent être des pièces métalliques. On peut prévoir des pièces poreuses ou présentant des vides internes. On peut prévoir de former les refroidisseurs avec un fil métallique. On peut prévoir de compacter le fil métallique sur lui-même pour former les refroidisseurs. En d'autres termes, chaque refroidisseur est formé avec un ou plusieurs fil(s) compactés. On peut prévoir aussi un tricot compacté, ou même des pièces frittées poreuses. De telles pièces peuvent dissiper de l'énergie des gaz échauffés par un arc électrique.
[0039] En effet, selon un mode de réalisation, les refroidisseurs peuvent être des pièces poreuses et/ou avec des vides et/ou avec des passages et/ou avec des interstices, et/ou avec une densité bien inférieure à celle du métal dont ils sont formés, et qui peuvent être facilement traversés par les gaz, ce qui procure une grande surface d’échange et une capacité de refroidissement intéressante pour le gaz de la chambre de coupure 130. On peut noter que lors du fonctionnement, les gaz de la chambre de coupure 130 peuvent être comprimés/déplacés par le déplacement du piston 30, si bien qu’il y a déplacement de ces gaz dans les refroidisseurs, au sein des espaces libres, et cela permet un échange de chaleur efficace pour refroidir les gaz de la chambre de coupure 130. Autrement dit, les refroidisseurs peuvent être prévus pour effectuer un refroidissement par convection (échange de chaleur entre un gaz et un solide).
[0040] La figure 2 représente une vue en perspective de l’extrémité distale 30B, c’est-à-dire la face du piston 30 qui porte les couteaux 34 séparés par les rainures 37. On peut noter que le piston 30 présente une surface périphérique 33 non circulaire, ce qui garantit un coulissement du piston 30 sans rotation autour de son axe : le montage est une liaison glissière. Ainsi, les couteaux 34 séparés par les rainures 37 peuvent effectuer une coupure mécanique (cisaillement) efficace du conducteur électrique 20 en coopération avec les matrices 17 du boitier 10 qui sont bien alignées avec les rainures 37.
[0041] On peut aussi noter la présence de deux passage 31 qui sont placés dans le plan de la coupe de la figure 1 , et quatre passage 32 qui sont placés de part et d’autre du plan de la coupe de la figure 1 et débouchent chacun dans une rainure 37 du piston 30.
[0042] Comme vu ci-dessus et bien visible figure 1 , le boîtier 10 définit :
- du côté de l’extrémité proximale 30A : la chambre pyrotechnique 110, et la chambre latérale 120 isolée de la chambre pyrotechnique 110 par la jupe 36 et le joint 35 du piston 30,
- du côté de l’extrémité distale 30B : la chambre de coupure 130, isolée ou séparée de la chambre pyrotechnique 110 et de la chambre latérale 120 par le piston 30. Cependant, les passages 31 et 32 ménagés dans le piston 30 permettent de garantir une communication de gaz entre la chambre de coupure 130 et la chambre latérale 120. En conséquence, les passages de gaz 31 et 32 sont agencés pour permettre, lors de la coupure du conducteur électrique 20, un déplacement de gaz présents du côté du piston 30 en regard du conducteur électrique 20 lorsque le piston 30 est en position de repos vers le côté du piston 30 en regard de l’actionneur pyrotechnique 40 lorsque le piston 30 est en position activée. Cela permet d’éviter des surpressions de gaz dans la chambre de coupure 130, car on gardera en mémoire que les gaz de la chambre de coupure 130 sont comprimés par le mouvement du piston 30 qui réduit leur volume, et par d’éventuels arcs électriques qui s’établissent entre les différents morceaux du conducteur électrique 20 et qui échauffent des gaz de la chambre de coupure 130. Le piston 30 subit donc peu ou pas d’efforts ou de de forces de pression appliqué (e)s sur l’extrémité distale 30B et qui tendrait à le faire reculer. La position activée du piston 30 est plus robuste et plus stable.
[0043] On peut noter de plus que lors du déplacement du piston 30, en raison de l’imbrication des matrices 17 avec ou dans les rainures 37, la chambre de coupure 130 initialement d’un seul tenant, est progressivement segmentée en sous-chambres de coupure. Cependant, les différents passages 31 et 32 sont agencés sur le piston 30 pour bien mettre en communication la chambre latérale 120 avec chacune des sous-chambres de coupure. Ainsi, tout risque de surpression est évité.
[0044] On peut également noter que la chambre latérale 120 est bien isolée de la chambre pyrotechnique 110, si bien que les gaz et résidus de combustion de l’actionneur pyrotechnique 40 restent confinés dans la chambre pyrotechnique 110 et ne vont pas dans la chambre latérale 120 ni dans la chambre de coupure 130 et inversement. Ainsi les gaz et résidus de combustion de l’actionneur pyrotechnique 40 n’impactent pas la résistance d’isolement entre les extrémités 24 et les gaz et résidus issus de la coupe du conducteur électrique 20 n’impacte pas la résistance d’isolement aux broches de l’actionneur pyrotechnique 40.
[0045] La figure 3 représente des mesures effectuées lors du fonctionnement d’un coupe-circuit de l’art antérieur, c’est-à-dire sans passage de gaz dans le piston. On peut voir sur le graphe de la figure 3 :
- une courbe de la tension aux bornes du conducteur électrique,
- une courbe de l’intensité du courant qui passe dans le conducteur électrique,
- une courbe de la pression qui règne dans la chambre de coupure.
[0046] A T= 0ms, du courant passe dans le conducteur électrique tandis que la tension à ses bornes est nulle, car le conducteur électrique est intègre et conduit parfaitement le courant. L’allumeur est mis à feu, le piston commence à se déplacer. [0047] A T=0.35 ms, la pression commence à augmenter dans la chambre de coupure, l’intensité du courant diminue et la tension augmente : le piston a commencé à couper physiquement le conducteur électrique et un arc électrique s’est établi.
[0048] A T = 0.40 ms, la pression augmente encore dans la chambre de coupure, l’intensité du courant diminue toujours et la tension augmente, le piston continue à séparer le conducteur électrique en plusieurs morceaux coupés. Entre T = 0.5 ms et T = 0.65 ms, la tension est maximale, on atteint un pic de pression et la tension chute ensuite pour se stabiliser à la tension continue du circuit électrique ouvert, tandis que l’intensité devient nulle : le circuit électrique est ouvert et l’arc électrique est coupé. On peut noter que le pic de pression dans cet essai était de 80 bars environ à 0.5 ms, et qu’à 1 .5 ms (c’est-à-dire 1 ms après le pic de pression), la pression est un peu inférieure à 60 bars.
[0049] La figure 4 représente les mêmes mesures que la figure 3, mais effectuées lors du fonctionnement d’un coupe circuit selon l’invention, c’est-à- dire comme sur la figure 1 , avec au moins un passage de gaz ménagé dans le piston, entre l’extrémité distale 30B et l’extrémité proximale 30A. Le reste de la structure et la géométrie du coupe-circuit est identique au coupe-circuit ayant servi pour les mesures de la figure 3. On peut voir sur le graphe de la figure 4 :
- une courbe de la tension aux bornes du conducteur électrique,
- une courbe de l’intensité du courant qui passe dans le conducteur électrique,
- une courbe de la pression qui règne dans la chambre de coupure.
[0050] A T= 0ms, du courant passe dans le conducteur électrique tandis que la tension à ses bornes est nulle, car le conducteur électrique est intègre et conduit parfaitement le courant. L’allumeur est mis à feu, le piston commence à se déplacer. [0051 ] A T=0.35 ms, la pression commence à augmenter dans la chambre de coupure, l’intensité du courant diminue et la tension augmente : le piston a commencé à couper physiquement le conducteur électrique et un arc électrique s’est établi.
[0052] A T = 0.40 ms, la pression augmente encore dans la chambre de coupure, l’intensité du courant diminue toujours et la tension augmente, le piston continue à séparer le conducteur électrique en plusieurs morceaux coupés. Entre T = 0.5 ms et T = 0.65 ms, la tension est maximale, on atteint un pic de pression et la tension chute ensuite pour se stabiliser à la tension continue du circuit électrique ouvert, tandis que l’intensité devient nulle : le circuit électrique est ouvert et l’arc électrique est coupé. On peut noter que le pic de pression dans cet essai était de 60 bars environ à 0.5 ms, et qu’à 1 .5 ms (c’est-à-dire 1 ms après le pic de pression), la pression est un peu inférieure à 60 bars.
[0053] Par rapport aux courbes de la figure 3, on peut noter que la durée pendant laquelle l’arc électrique est présent est inférieure (on peut considérer qu’un arc électrique est présent dès que la tension est supérieure à zéro et que l’arc électrique est coupé lorsque la tension est stabilisée à la tension du circuit ouvert soit la tension de batterie). On peut aussi noter figure 4 que le pic de pression maximale est inférieur à celui de la figure 3, ce qui s’explique par la présence des passages de gaz, qui évitent la mise en pression de la chambre de coupure. En raison de cette pression inférieure, on peut noter que le piston coupe plus efficacement et plus rapidement le conducteur électrique, et que le piston reste mieux en place dans sa position finale, sans reculer : le cloisonnement effectué par le piston est efficace et limite la formation de l’arc électrique, ce qui rend la coupure plus rapide.
[0054] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention. [0055] En particulier, on peut noter que les passages 31 et 32 sont des orifices ménagés dans le piston 30, mais on peut envisager de prévoir des rainures dans la paroi latérale 33 du piston 30. On notera toutefois que la surface de passage des gaz, égale à la somme des surfaces des passages 31 et 32 est bien supérieure au jeu périphérique du piston 30. En particulier, la surface de passage des gaz peut être supérieure à 6 mm2, de préférence supérieure à 9 mm2, et même supérieure à 12 mm2 par passage de gaz entre une sous chambre et la chambre latérale.
[0056] Par ailleurs, l’allumeur peut être par exemple surmoulé ou serti sur le boitier 10 ou le support allumeur 15 en fonction des matériaux choisis pour ces derniers.
[0057] A part le conducteur électrique 20 et les refroidisseurs 13 et 14, on peut prévoir que toute ou partie des pièces de la figure 1 sont en matière plastique, et/ou en polymère, et/ou avec un matériau de charge. On peut prévoir du polyamide, avec des fibres de verre ou tout autre matière de renfort.
[0058] Les pièces en plastique peuvent être surmoulées sur ou renforcées par des éléments métalliques en fonction des sollicitations qu’elles ont à supporter
[0059] On peut prévoir d’autres formes pour le piston 30, on peut prévoir plus ou moins de couteaux 34 / rainures 37 / matrices 17.
[0060] On peut prévoir de placer les refroidisseurs sur ou dans le piston 30. Par exemple, on peut prévoir de placer au moins un refroidisseur sur ou dans ou à proximité d’au moins un passage, de sorte à forcer un passage de gaz dans le refroidisseur et ainsi améliorer le refroidissement des gaz de la chambre de coupure.
Application industrielle
[0061 ] Un coupe-circuit selon la présente invention, et sa fabrication, sont susceptibles d'application industrielle.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Coupe-circuit pyrotechnique, comprenant :
- un boîtier (10),
- un conducteur électrique (20) à couper,
- un piston (30) agencé dans le boîtier (10) pour couper le conducteur électrique (20) et mobile entre une position de repos et une position activée dans laquelle le conducteur électrique (20) est coupé,
- un actionneur pyrotechnique (40) agencé dans le boîtier (10) pour faire passer le piston (30) de la position de repos à la position activée, le piston (30) comprenant une extrémité proximale (30A) agencée du côté de l’actionneur pyrotechnique (40) et une extrémité distale (30B) opposée à l’extrémité proximale (30A), caractérisé en ce que le piston (30) comprend au moins un passage de gaz (31 , 32), agencé entre l’extrémité distale (30B) et l’extrémité proximale (30A).
[Revendication 2] Coupe-circuit pyrotechnique selon la revendication 1 , dans lequel ledit au moins un passage de gaz (31 , 32) permet une communication de gaz dans le boîtier (10) de sorte à imposer dans le boîtier (10) et pendant 1 ms après un pic de pression maximale Pmax une pression comprise entre Pmax et 0.9Pmax.
[Revendication 3] Coupe-circuit pyrotechnique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, lorsque le piston (30) est en position de repos, le boîtier (10) forme avec le piston (30) :
- une chambre de coupure (130) comprenant une partie du conducteur électrique (20) à couper,
- une chambre pyrotechnique (110), agencée pour recevoir des gaz de combustion de l’actionneur pyrotechnique (40),
- une chambre latérale (120), séparée de la chambre de coupure (130) par le piston (30), et isolée de la chambre pyrotechnique (110), dans lequel le passage de gaz (31 , 32) met en communication fluidique la chambre de coupure (130) avec la chambre latérale (120).
[Revendication 4] Coupe-circuit pyrotechnique selon la revendication 3, dans lequel :
- le boîtier (10) comprend un puit d’allumeur, et
- le piston (30) comprend une jupe (36) engagée dans le puits d’allumeur et séparant la chambre latérale (120) de la chambre pyrotechnique (110).
[Revendication 5] Coupe-circuit pyrotechnique selon la revendication 4, dans lequel :
- le boîtier (10) comprend un cylindre principal, et
- le piston (30) comprend une surface périphérique (33) engagée dans le cylindre principal, et le passage de gaz (31 , 32) est agencé entre la surface périphérique (33) et la jupe (36) du piston (30).
[Revendication 6] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel le piston (30) en position activée scinde la chambre de coupure (130) en plusieurs sous-chambres, et dans lequel le piston (30) présente par sous-chambre au moins un passage de gaz (31 , 32) vers la chambre latérale (120).
[Revendication 7] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant au moins un refroidisseur (13, 14) agencé pour refroidir des gaz échauffés par un arc électrique généré pendant la coupure du conducteur électrique (20).
[Revendication 8] Coupe-circuit pyrotechnique selon la revendication 7 dans sa dépendance à l’une des revendications 3 à 6, dans lequel ledit au moins un refroidisseur (13, 14) est agencé dans la chambre de coupure (130) et/ou dans la chambre latérale (120).
[Revendication 9] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 7 ou 8, dans lequel ledit au moins un refroidisseur (13, 14) est fixé sur le boîtier (10) et/ou sur le piston (30).
[Revendication 10] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le passage de gaz (31 , 32) est :
- un trou traversant ménagé dans le piston (30), ou
- une rainure externe managée dans une surface latérale du piston (30).
[Revendication 11] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le passage de gaz (31 , 32) présente une surface transversale de passage supérieure ou égale à 15 mm, voire 25 mm2.
[Revendication 12] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 1 à 11 , dans lequel le conducteur électrique (20) traverse le boîtier (10).
[Revendication 13] Coupe-circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel le passage de gaz (31 , 32) est agencé pour permettre, lors de la coupure du conducteur électrique (20), un déplacement de gaz présents d’un côté du piston (30) en regard du conducteur électrique (20) lorsque le piston (30) est en position de repos vers un côté du piston (30) en regard de l’actionneur pyrotechnique (40) lorsque le piston (30) est en position activée.
[Revendication 14] Véhicule automobile comprenant au moins un coupe- circuit pyrotechnique selon l’une des revendications 1 à 13.
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