ES2260896T3 - Contactadores electricos de funcionamiento pirotecnico. - Google Patents

Abstract

Contactor, eléctrico, constituido por un cuerpo hueco (2) que delimita una parte entrada en la que se sitúa un dispositivo pirotécnico (3) y una parte salida en la que se aloja un pistón (4) y que consta de tres puntos de contacto eléctrico (5, 6, 7), constando dicho pistón (4) de una parte conductora (8) que conecta inicialmente el primer punto de contacto eléctrico (5) al segundo punto de contacto eléctrico (6), que puede desplazarse bajo efecto de la presión generada por los gases procedentes de la combustión del dispositivo de iniciación pirotécnica (3) para venir a conectar el segundo punto de contacto eléctrico (7), caracterizado en que la parte conductora (8) del pistón (4) permanece constantemente en contacto con por los menos dos puntos de contacto eléctrico durante su desplazamiento y que, en un momento determinado de dicho desplazamiento, está momentáneamente conectado a los tres puntos de contacto eléctrico (5, 6, 7).

Description

Contactores eléctricos de funcionamiento pirotécnico.

El ámbito técnico de la invención es el de los contactores eléctricos, en particular los utilizados en los motores de energía eléctrica que constan de baterías y que sirven para propulsar automóviles o vehículos espaciales tales como los satélites.

La presente invención se refiere más especialmente a un contactor eléctrico de funcionamiento pirotécnico que permite, en caso de anomalía, abrir el circuito eléctrico anterior al elemento de batería defectuoso y cerrar un circuito de derivación, de manera que se aisle el elemento de batería defectuoso al mismo tiempo que se asegura la continuidad del circuito eléctrico. Este tipo de contactor interviene para evitar que un motor eléctrico se averíe sistemáticamente en caso de mal funcionamiento de uno de sus elementos de batería.

Varios tipos de contactores eléctricos de funcionamiento pirotécnico han sido ya objeto de patentes.

Se describe un primer tipo de contactor en la patente americana US 3 885 223. Se trata de un contactor eléctrico de funcionamiento pirotécnico dotado en una de sus cámaras de un tubo de sección aplastada. Cuando este contactor todavía no ha funcionado, cierra un circuito por medio de la superficie externa de la carcasa del tubo, a la altura de los dos puntos más alejados de la sección cerrada aplastada. En fase de funcionamiento, los gases de combustión invaden el tubo y generan una presión tal que el tubo se deforma y adquiere una sección circular.

De este modo, en la dirección en que el tubo se ha retraído radialmente los contactos eléctricos iniciales se han roto e, inversamente, en la dirección en que se ha expandido radialmente, se han establecido dos nuevos contactos eléctricos, diametralmente opuestos.

El contactor eléctrico descrito en la patente europea EP O 665 566 también es de funcionamiento pirotécnico. Hace intervenir un generador de gas cuya función es desplazar una pieza conductora al contactar con otra pieza conductora con el fin de separarlas para interrumpir la corriente eléctrica.

Los contactores eléctricos que pueden entrar en el ámbito de aplicación de los motores eléctricos provistos de baterías y que tienen la doble función de abrir un circuito eléctrico y cerrar otro de manera casi simultánea, deben tener dos características buscadas por el hombre del oficio: por una parte tienen que actuar en un tiempo extremadamente breve y, por otra, ser no disipativos, es decir que la resistencia del circuito activo y en particular, la resistencia de los contactos debe reducirse al mínimo para evitar, en la medida de lo posible, la disipación de energía por efecto Julio, mientras que la resistencia del circuito inactivado es infinita.

El contactor según la invención responde a esta doble exigencia. El documento DE 197 12 387 muestra un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1.

El objeto de la presente invención se refiere a un contactor eléctrico según la reivindicación 1.

De manera ventajosa, los puntos de contacto eléctrico están constituidos por plots conductores. Preferentemente, los tres plots están fijos, alineados y regularmente distanciados, y el pistón sufre un movimiento de traslación en la parte salida después de recibir la presión de los gases de combustión procedentes del dispositivo de iniciación pirotécnica.

Ventajosamente, la parte conductora del pistón está constituida por una lámina que permanece constantemente en contacto con por los menos dos plots durante su desplazamiento y que, en un momento determinado de dicho desplazamiento, está momentáneamente conectado a los tres plots.

De este modo, la apertura del primer circuito se lleva a cabo cuando la corriente eléctrica ya circula en el segundo circuito permitiendo evitar, durante un breve plazo, la apertura simultánea de los dos circuitos eléctricos.

En efecto, una interrupción momentánea de la corriente eléctrica podría producir unos fenómenos parásitos indeseables como, por ejemplo, una puesta a cero intempestiva de los órganos funcionales alimentados.

De manera preferente, la parte salida del tubo tiene un extremo libre cónico que permite que el pistón puesto en movimiento por los gases de combustión termine su recorrido ajustándose en dicho extremo cónico. De esta manera, el pistón permanece alojado en esta posición sin riesgo de retorno a la parte entrada.

De manera ventajosa, el dispositivo de iniciación pirotécnica está atornillado en la parte entrada del tubo alargado.

Preferentemente, cada plot conductor está insertado en una estructura aislante unida a la pared de la parte salida del tubo.

De manera preferente, cada plot conductor se inserta en un tornillo hueco aislante atornillado en la pared de la parte salida del tubo alargado.

Ventajosamente, cada plot así como la lámina son de un material a base de cobre.

Según una forma de realización preferida de la invención, el cuerpo hueco es de aleación ligera a base de aluminio.

De manera preferente, el dispositivo de iniciación pirotécnico está construido a partir de un iniciador de hilo caliente del tipo de los utilizados en la fabricación en serie de automoción. De manera ventajosa, la carga pirotécnica de dicho iniciador está constituida por un compuesto de encendido oxireductor.

El contactor según la invención presenta la ventaja de ser ligero, de diseño sencillo y de dimensiones reducidas.

Las piezas implicadas en el funcionamiento del mecanismo del contactor están sujetas a esfuerzos moderados de rozamiento. De este modo, su desplazamiento sólo requiere una escasa cantidad de materia pirotécnica a la altura del iniciador, y su comportamiento mecánico puede garantizarse con una realización en material ligero.

Además, cuando está en fase de conmutación, el contactor asegura permanentemente la circulación de la corriente eléctrica en uno u otro de los dos circuitos eléctricos evitando así un corte total y momentáneo que podría producir fenómenos parásitos indeseables con consecuencias imprevisibles en el circuito.

Por último, otra ventaja proporcionada por la invención es el carácter no disipativo del contactor que se traduce por una ausencia de disipación energética por efecto Julio.

A continuación se indica una descripción detallada de una forma de realización preferida de un contactor según la invención refiriéndose a las figuras
1, 2 y 3.

La figura 1 un corte longitudinal de un contactor según la invención que todavía no ha funcionado.

La figura 2 es un corte transversal según el plano II-II de un contactor según la invención.

La figura 3 es un corte longitudinal del contactor representado en la figura 1 y que ha efectuado la conmutación.

Refiriéndose a la figura 1, un contactor eléctrico según la invención está compuesto por un cuerpo hueco 2 realizado en una aleación ligera a base de aluminio y que tiene una parte salida sensiblemente cilíndrica prolongada por una parte entrada cilíndrica ampliada 11, estando las dos partes en la prolongación una de otra y en comunicación entre ellas.

La parte cilíndrica ampliada 11 presenta un aterrajado roscado y tiene en uno de sus extremos una cara circular 12 con una apertura en su centro. El dispositivo de iniciación pirotécnico 3 tiene la forma de un tornillo con una cabeza hexagonal ensanchada 13 y un cuerpo cilíndrico roscado y está construido a partir de un iniciador de hilo caliente corrientemente utilizado en fabricación en serie de automoción y consta de una carga pirotécnica generadora de gas como las constituidas, por ejemplo, por un compuesto de encendido oxireductor. El dispositivo de iniciación pirotécnico 3 se atornilla hasta que la cabeza 13 llegue a tope contra la cara circular 12. Una junta circular encajada entre el cuerpo del dispositivo de iniciación pirotécnico 3 y la pared interna de la parte entrada del cuerpo hueco 2 asegura una buena estanqueidad de dicha parte entrada 11 con respecto al medio ambiente.

La parte salida sensiblemente cilíndrica tiene una parte plana saliente, de forma rectangular 14, con función de plataforma y que consta de tres roscas, idénticas, alineadas, según el eje del cuerpo hueco 2 y regularmente espaciados, comunicando dichas roscas la parte salida del cuerpo hueco 2 con el exterior del contactor 1.

Tres tornillos huecos 10, 30, 40 aislantes, y roscadas en su superficie cilíndrica externa están atornillados en las roscas y están destinados a recibir y mantener firmemente unos plots cilíndricos conductor 5, 6, 7 terminados cada uno por una cabeza plana cilíndrica ensanchada 15, 25, 35 de diámetro superior al diámetro de las superficies interiores de dichos tornillos huecos 10, 30, 40.

La parte salida del cuerpo hueco 2, que delimita un espacio sensiblemente cilíndrico, encierra un pistón 4 monobloque que consta de dos partes extremas cilíndricas de diámetro ligeramente inferior al de dicho espacio cilíndrico y del que una, la más cercana al dispositivo de iniciación pirotécnico 3, tiene en su periferia y encajados contra la pared interna de la parte salida del cuerpo hueco 2 dos juntas de estanqueidad paralelas, 16, 17, y una parte intermedia de sección regular, reducida, en forma de segmento de círculo, que ocupa parcialmente la parte salida y acondiciona por lo tanto un espacio libre 18 en dicha parte salida. El pistón 4 esta realizado en un material aislante.

En referencia a las figuras 1 y 2, la parte intermedia del pistón 4 posee en su parte central un vaciado superficial en cuyo fondo está vaciada una ranura rectilínea según el eje de la parte salida, en la que viene a deslizarse una pieza conductora monobloque. Dicha pieza permite distinguir una lámina 8 conductora paralelepipédica de forma rectangular y una base 19 conductora. Dicha base 19 que también es paralelepipédica y con forma rectangular tiene una longitud inferior a la de la lámina 8 y se sitúa en la zona central de dicha lámina 8 en su eje mayor, perpendicularmente a la misma. Dicho de otro modo, en toda la longitud de la base 19 la pieza conductora monobloque una sección en forma de T y, a uno y otro lado de esta longitud, la sección de dicha pieza monobloque se convierte en la de la lámina 8 que es rectangular.

La pieza conductora monobloque está colocada en la parte intermedia del pistón 4 de manera que la lámina 8 ocupe el vaciado y la base 19 se encuentre en la ranura.

La altura de la lámina 8 corresponde a la profundidad del vaciado, asegurando así una continuidad entre la superficie de la parte intermedia del pistón 4 y la de la lámina 8. Como la altura de la base 19 es inferior a la profundidad de la ranura, siendo el ancho de la lámina 8 inferior al diámetro de la parte salida del cuerpo hueco 2 y llegando la lámina 8 en tope a uno y otro lado de su longitud contra la parte intermedia del pistón 4, la pieza conductora monobloque está aislada del cuerpo hueco 2.

Los distintos elementos que intervienen en la parte salida están situados de manera que las cabezas planas cilíndricas 15, 25, 35 de cada plot 5, 6, 7 emergen de los aterrajados de las partes huecas 10, 30, 40, en el espacio libre 18 de la parte salida y entran en contacto bien con la parte intermedia del pistón 4 bien de la lámina conductora 8 que están en continuidad una de la otra.

Los plots conductores 5, 6, 7 así como la lámina conductora son de cobre protegido.

El extremo 9 de la parte salida tiene una forma cónica convergente que se traduce por un estrechamiento progresivo del diámetro cuando se acerca al exterior de dicha parte salida.

Los dos extremos del pistón 4 constan cada uno de una cara circular plana y la longitud de dicho pistón 4 es inferior a la de la parte salida. 1 está separado del dispositivo de iniciación pirotécnico 3 por un espacio libre 20 que sirve de cámara de expansión de los gases cuando activa el dispositivo de iniciación 3.

El principio de funcionamiento del contacto 1 según la invención sigue las etapas siguientes.

Un sensor, que es exterior al contacto 1, detecta una tensión anormal en el circuito, es decir una tensión fuera de los límites del intervalo de valores para el que ha sido programado, y envía un impulso eléctrico al dispositivo de iniciación pirotécnico 3 provocando su disparo. Los gases de combustión se expanden en el espacio libre 20 previsto para este efecto justo antes del pistón 4, y cuando los esfuerzos sobre el pistón 4 debidos a la presión gaseosa son suficientemente importantes y superan los esfuerzos resistentes de rozamiento, dicho pistón 4 se pone en movimiento y se desliza en la parte salida del cuerpo hueco 2. Cuando el pistón 4 todavía no ha empezado su recorrido, la lámina conductora 8 está en contacto con los dos primeros plots conductores 5, 6 a la altura de sus cabezas planas cilíndricas, 15, 25 cerrando el circuito de carga/ descarga de la batería. Una vez que el pistón 4 ha empezado a desplazarse hacia la parte salida, la lámina conductora 8 contacta, en un primer momento, con la cabeza cilíndrica plana 35 del tercer plot 7 mientras que dicha lámina 8 sigue estando en contacto con el primer plot 5, después, en una segunda fase, sigue su recorrido manteniendo el contacto entre el segundo plot 6 y el tercer plot 7 pero desconectándose del primer plot 5. En referencia a la figura 3, el pistón 4 termina su desplazamiento ajustándose en el extremo cónico 9 de la parte salida sin emerger de ésta, en una posición correspondiente a la desconexión del primer plot 5 y a la conexión del segundo plot 6 con el tercer plot 7.

De esta forma, el contactor 1 según la invención ofrece una fase transitoria en la que los dos circuitos están momentáneamente cerrados antes del cierre del primer circuito. Así, la fase de conexión entre el segundo plot 6 y el tercer plot 7 no está precedida de una fase previa de corte total y momentáneo de la corriente eléctrica con el fin de evitar ciertos fenómenos parásitos indeseables.

Durante la fase de funcionamiento del contactor 1 correspondiente al desplazamiento del pistón 4, las cabezas 15, 25, 35 de los tres plots conductores 5, 6, 7 están alineadas y permanentemente en contacto con la parte intermedia del pistón 4, bien a la altura de la lámina conductora 8 bien a la altura del mismo pistón 4. Hay que especificar que este dispositivo funciona en menos de cinco milisegundos desde el tiempo de aplicación de la corriente nominal de disparo.

Claims (10)

1. Contactor, eléctrico, constituido por un cuerpo hueco (2) que delimita una parte entrada en la que se sitúa un dispositivo pirotécnico (3) y una parte salida en la que se aloja un pistón (4) y que consta de tres puntos de contacto eléctrico (5, 6, 7), constando dicho pistón (4) de una parte conductora (8) que conecta inicialmente el primer punto de contacto eléctrico (5) al segundo punto de contacto eléctrico (6), que puede desplazarse bajo efecto de la presión generada por los gases procedentes de la combustión del dispositivo de iniciación pirotécnica (3) para venir a conectar el segundo punto de contacto eléctrico (7), caracterizado en que la parte conductora (8) del pistón (4) permanece constantemente en contacto con por los menos dos puntos de contacto eléctrico durante su desplazamiento y que, en un momento determinado de dicho desplazamiento, está momentáneamente conectado a los tres puntos de contacto eléctrico
(5, 6, 7).

2. Contactor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que el cuerpo hueco (2) es un tubo alargado.

3. Contactor eléctrico según la reivindicación 2, caracterizado en que los puntos de contacto eléctrico (5, 6, 7) están situados en la pared lateral de la parte salida del tubo.

4. Contactor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que los puntos de contacto eléctrico (5, 6, 7) están constituidos por plots conductores.

5. Contactor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que la parte conductora (8) del pistón (4) está constituida por una lámina.

6. Contactor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que la parte salida del cuerpo hueco (2) tiene un extremo libre cónico (9) que permite que el pistón (4) puesto en movimiento por los gases de combustión termine su recorrido ajustándose en dicho extremo cónico (9).

7. Contactor eléctrico según la reivindicación 4, caracterizado en que cada plot conductor (5, 6 7) está insertado en una estructura aislante (10, 30, 40) unida a la pared de la parte salida del cuerpo hueco (2).

8. Contactor eléctrico según una cualquier de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado en que cada plot (5, 6, 7) así como la lámina son de un material base de cobre.

9. Contactor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que el cuerpo hueco (2) es de aleación ligera a base de aluminio.

10. Contactor eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado en que el dispositivo de iniciación pirotécnica (3) está construido a partir de un iniciador de hilo caliente del tipo de los utilizados en la fabricación en serie de automoción.