FR2590074A1 - Interrupteur de circuit sous vide a basse tension - Google Patents

Abstract

UN INTERRUPTEUR A L'ETAT SOLIDE MONTE ENTRE UNE PAIRE DE CONTACTS SEPARABLES 18, 20, 23 AFIN D'ELIMINER LA FORMATION D'ARCS ENTRE LES CONTACTS PERMET D'ENFERMER LES CONTACTS ET LEUR ORGANE D'ENTRAINEMENT 26 A L'INTERIEUR D'UNE ENVELOPPE SOUS VIDE 11. LE VIDE PERMET L'UTILISATION D'UN MATERIAU TRES CONDUCTEUR, PEU COUTEUX POUR LES CONTACTS, PAR EXEMPLE DE CUIVRE, SANS QU'ON AIT A CRAINDRE DES REACTIONS CHIMIQUES. APPLICATION AUX INTERRUPTEURS DE CIRCUIT ELECTRIQUE.

Description

La présente invention concerne un interrupteur de

circuit sous vide à basse tension.

Le montage d'un commutateur à l'état solide aux bornes d'une paire de contacts séparables de manière à réduire la formation d'arcs entre contacts, lorsqu'ils sont séparés,

fait l'objet d'une description dans la demande de brevet des

Etats-Unis d'Amérique n 610 947 déposée le 16 mai 1984 sous

le titre "Solid State Current Limiting Interrupter" (Inter-

rupteur à limitation de courant à l'état solide) au nom de E.K. Howell. Cette demande est incorporée ici à titre de référence et doit être examinée pour obtenir une bonne

description des composants de circuit utilisés à l'intérieur

du commutateur à l'état solide.

L'absence d'arc entre les contacts, lorsqu'ils se séparent, permet d'employer des contacts de plus petites dimensions, ce qui facilite leur séparation au tout premier stade de la forme d'onde du courant et a pour autre

conséquence de réduire leur échauffement et leur détériora-

tion. La demande de brevet français n 85 19004 sous le titre (Organe d'entraînement de contacts à haute vitesse pour dispositif d'interruption de circuit) et la demande de brevet des Etats-Unis n 759 710 déposée le 19 juillet 1985 sous le titre "Piezoelectric Contact Driver for Circuit Interrupters" (organe d'entraînement piézoélectrique de contacts pour

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interrupteurs de circuit), toutes les deux au nom de E.K.

Howell, décrivent des organes d'entraînement de contact pour une interruption rapide d'un circuit au moyen d'une paire de contacts fixes et d'un contact de shuntage actionné par un organe d'entraînement de contact. Ces deux demandes sont incorporées ici à titre de référence. L'utilisation d'un commutateur à l'état solide en combinaison avec l'organe d'entraînement des contacts à haute vitesse afin de les séparer permet de réduire les caractéristiques nominales des composants à l'état solide du circuit et par conséquent d'obtenir une fabrication plus économique. La demande de brevet des Etats-Unis n 763 574 déposée le 8 Août 1985 sous le titre "Change of State Contact material For Electric Circuit Interrupters" (Matériau pour contact à changement d'état destiné à des interrupteurs de circuit électrique), également au nom de E.K. Howell, décrit une structure de contact qui permet une réduction de la force de maintien des contacts, ce qui est nécessaire pour obtenir une faible

résistance entre les contacts. Cela se traduit par l'utilisa-

tion de contacts et de ressorts de maintien des contacts de plus petites dimensions. Cette demande est incorporée ici à titre de référence et doit être examinée pour avoir une bonne compréhension des matériaux et de l'agencement utilisé de

manière à tirer profit des avantages ainsi offerts.

Par la combinaison synergétique d'un commutateur à l'état solide, d'un organe d'entraînement de contact à haute vitesse et de matériaux d'électrode à changement d'état, on peut réduire suffisamment les dimensions des contacts et du moyen permettant de les séparer pour pouvoir les enfermer à l'intérieur d'une enveloppe sous vide. L'utilisation d'une enveloppe sous vide permet maintenant de fabriquer soit la paire de contacts fixes soit le contact de shuntage en cuivre au lieu d'argent. Le cuivre confère une bonne conduction électrique contre les contacts tout en autorisant une réduction importante du coût des matériaux. Le cuivre reste

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exempt d'oxyde dans le vide créé dans l'enveloppe étanche, comme cela est également le cas lorsqu'on remplace le vide

par des gaz du type réducteur.

Dans la présente invention, un interrupteur sous vide à basse tension constitué d'une paire de contacts fixes et d'un

contact de shuntage sous la commande d'un organe d'entraîne-

ment de contact à haute vitesse est disposé à l'intérieur d'une enveloppe sous vide. Les contacts fixes sont en cuivre, alors que le contact de shuntage est constitué d'un contact métallique en couches à changement d'état. Un commutateur à l'état solide monté aux bornes de la paire de contacts fixes permet aux contacts de se séparer sans produire un arc quelconque.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue en coupe de côté d'un interrupteur sous vide à basse tension selon la présente invention; figure 2, une vue en coupe de côté d'une variante d'interrupteur sous vide à basse tension de la présente invention; figure 3, une vue en coupe de côté d'un autre mode de réalisation de l'interrupteur sous vide à basse tension de la présente invention; figure 4, une vue en coupe de côté d'un mode de réalisation d'interrupteur sous vide à basse tension de la présente invention avec un organe extérieur d'entraînement de contact; figure 5, une vue en coupe de l'interrupteur sous vide à basse tension décrit en figure 4; figure 6, une vue de dessus en perspective éclatée de l'interrupteur de circuit sous vide de la figure 4 avant son assemblage; figure 7, une vue en coupe de côté d'un interrupteur sous vide à basse tension à double rupture selon la présente invention; - 4 - figure 8, une vue de dessus en perspective éclatée de l'interrupteur sous vide à basse tension de la figure 7 avant son assemblage; figure 9, une vue en coupe de côté d'un interrupteur sous vide à basse tension à simple rupture selon la présente invention; et figure 10, une vue de dessus en perspective éclatée de l'interrupteur à basse tension de la figure 9 avant son assemblage. En figure 1,on a décrit un interrupteur de circuit 10 sous vide à basse tension (désigné ci-après par "interrupteur sous vide") qui comporte une enveloppe scellée hermétiquement 11 en métal, verre ou céramique obturée à ses extrémités par des parois 12 et 13. Le logement a une forme soit cylindrique sont rectangulaire et est sous vide de manière à extraire la plus gande partie de l'air comme cela est courant avec les interrupteurs sous vide du type à haute tension. A des fins

de description, l'interrupteur sous vide à basse tension est

du type utilisé pour interrompre des courants dans des circuits dont la tension est inférieure à 1000 volts. Un exemple d'interrupteur sous vide à tension moyenne fait

l'objet d'une description dans le brevet des Etats-Unis n 3

014 110, lequel est incorporé ici à titre de référence pour ses enseignements sur l'état de la technique des dispositifs d'interruption sous vide à moyenne tension. L'interrupteur 10 est différent de l'interrupteur sous vide à moyenne tension en ce sens qu'il comporte une paire de conducteurs d'entrée 14, 15 pour connexion électrique à une paire de contacts fixes 21, 22 fixés aux extrémités d'une paire correspondante de barreaux métalliques façonnés 18, 20 par un cordon de soudure représenté en 19. Un contact de shuntage 23 est disposé aux bornes de la paire de contacts fixes et est maintenu en bonne liaison électrique avec celle-ci au moyen d'un ressort pour contact 24 montésur un support 25. Pour séparer le contact de shuntage de la paire de contacts fixes,

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une barre piézoélectrique 26 comportant une paire d'électro-

des 27, 28 sur chacun de ses côtés pour liaison à des fils d'entrée 16, 17 est disposée de manière à s'étendre dans sa direction longitudinale transversalement aux électrodes pour heurter le contact de shuntage et cesser sa liaison électri- que avec la paire de contacts fixes. La barre piézoélectrique est placée entre le contact de shuntage et une base métallique 29, laquelle est supportée par un ressort en porte-à-faux 30. Le ressort en porte-à-faux est disposé sur

un support 31 qui est fixé à l'enveloppe 11. Le fonctionne-

ment de la barre piézoélectrique 26 fait l'objet d'une

description dans la demande de brevet des Etats-Unis citée

ci-dessus, ayant pour titre "Piezoelectric Contact Driver For Circuit Interrupters". Lorsque la paire 21, 22 de contacts

fixes est montée électriquement en parallèle avec un commuta-

teur à l'état solide, le courant du circuit passant du fil 14 au fil 15 par l'intermédiaire des contacts est tout d'abord dévié dans le commutateur avant qu'une impulsion de tension en courant continu soit appliquée aux fils 16, 17 pour cesser la liaison électrique entre le contact de shuntage et la paire de contacts. Comme la majeure partie du courant est déviée vers le commutateur à l'état solide, seul un courant de faible intensité traverse les contacts au moment de leur séparation. Ce courant de faible intensité est insuffisant pour établir un arc, en particulier à l'intérieur de

l'environnement sous vide élevé qui est maintenu à l'inté-

rieur de l'enveloppe 11. L'environnement sous vide élevé réduit sensiblement le risque de ré-allumage entre les contacts séparés lorsque le commutateur à l'état solide passe à l'état non-conducteur et que le tension du circuit réapparaît aux bornes de la paire de contacts fixes. Un commutateur auxiliaire (non représenté) est généralement monté en série avec la paire de contacts fixes pour interrompre complètement le trajet du circuit passant par les contacts après passage à l'état non- conducteur du commutateur

à l'état solide.

- 6 - En figure 2, on a représenté un interrupteur sous vide 32 à basse tension, qui est enfermé dans une enveloppe sous vide 33, celle-ci étant semblable à l'enveloppe 11 décrite ci-dessus en liaison avec la figure 1. L'enveloppe 33 peut être métallique, en céramique ou en verre, en fonction principalement de considérations économiques. Cependant, les parois d'extrémité 34, 35 doivent être en céramique ou en verre pour assurer un isolement électrique suffisant entre les fils 36, 37 qui supportent les contacts fixes 38, 39 et entre les fils d'entrée 41, 42 qui supportent les fils 43, 44 étroitement espacés. L'électrode de shuntage 40 est supportée

par les fils étroitement espacés pour répulsion électrodyna-

mique lorsqu'une impulsion de courant élevée est appliquée aux fils 41, 42. Une pluralité de plaques magnétiques 45 sont disposées de chaque côté des fils étroitement espacés de manière à augmenter la répulsion électrodynamique. Le contact de shuntage 40 est maintenu en bonne liaison électrique avec les contacts fixes 38, 39 au moyen d'un ressort pour contact 46 qui est fixé à l'enveloppe par un support 47 comportant un trou. La répulsion électrodynamique s'exerçant entre les fils 43, 44 est décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis citée ci-dessus, ayant pour titre "High Speed Contact Driver

For Circuit Interrupter Device".

En figure 3, on a illustré un autre interrupteur sous vide à basse tension qui présente une configuration 49 des contacts en forme de H constituée d'une barre métallique 50 à gradin, un contact 54 étant formé à une extrémité du gradin 52 en une pièce avec la barre 50. Une seconde barre métallique 51 à gradin est disposée en étant opposée à la barre 50 de sorte que le contact fixe 55 formé à une extrémité du gradin 53 est en regard du contact 54. Un contact de shuntage 56 est suspendu à une extrémité d'une paire de fils étroitement espacés 57, 58 pour répulsion

électrodynamique lorsqu'une impulsion de courant est appli-

quée aux fils d'entrée 59, 60. Comme dans l'interrupteur -7- décrit en figure 2, une pluralité de plaques magnétiques 64 sont disposées de chaque côté des fils étroitement espacés de manière à augmenter la répulsion électrodynamique. Une paire de parois d'extrémité en céramique 67, 68 sont disposées aux extrémités opposées de l'agencement 49 de manière à permettre un isolement électrique entre les fils 59, 60. La liaison électrique est faite avec les contacts 54, 55 par une paire séparée de fils 61, 63 fixés aux barres métalliques 50, 51 par des vis 62. Le contact de shuntage est maintenu en bonne liaison électrique avec les contacts 54, 55 par un ressort de contact 65 fixé à un support en céramique 66 en forme de U. L'interrupteur sous vide 48 à basse tension est scellé

hermétiquement par une enveloppe rectangulaire (non représen-

tée) qui est disposée aux deux côtés de l'agencement 49.

L'action des fils étroitement espacés 57, 58 pour interrompre la liaison électrique entre le contact de shuntage 66 et les contacts 54, 55 est semblable à celle de l'interrupteur sous vide 32 décrit en figure 2. On remarquera que les électrodes 54, 55 sont constituées du même matériau, à savoir de cuivre, employé pour la fabrication des barres métalliques à gradin , 51. L'environnement sous vide dans lequel se trouve l'interrupteur à basse tension permet l'emploi d'électrodes en cuivre sans craindre leur oxydation. Une petite quantité d'atmosphère réductrice, telle que d'hydrogène gazeux, peut être introduite dans l'enveloppe avant que le vide y soit créé de manière à assurer encore l'absence d'oxydation pendant de longues durées d'utilisation permanente. Le contact de shuntage 56 peut comporter les composants et être constitués du matériau à changement d'état qui ont été

décrits dans la demande de brevet des Etats-Unis citée ci-

dessus et qui a pour titre "Change Of State Contact Material For Electric Circuit Interrupters". Cela permet d'assurer une bonne conduction électrique entre le contact de shuntage 56 et les contacts 54, 55 avec un ressort 65 de dimensions

relativement petites.

-8- En figures 4, 5 et 6, on décrit un interrupteur sous vide 69 à basse tension qui n'utilise aucun ressort de contact. Les contacts 72, 73 sont formés à une extrémité d'une paire de barres métalliques façonnées, espacées, parallèles, 70, 71 et la liaison électrique s'effectue avec celles-ci par des bornes 83, 84. Une entretoise 79 en céramique, qu'on voit le mieux en figure 6, est disposée de façon qu'une paroi latérale 81 ait la même longueur que la barre métallique 71 et qu'une paroi latérale opposée 80 ait également la même longueur que la barre métallique 70. Une partie inférieure en prolongement 82 repose entre les contacts 72, 73 de manière à assurer un espacement et un isolement électrique corrects. Une membrane métallique 75 comportant sur sa surface extérieure un bossage 76 présentant un trou est scellée hermétiquement au sommet de l'entretoise en céramique et le contact de shuntage 74 est fixé à son côté intérieur. La membrane contient une partie diamétrale se détendant 89 de manière à faciliter sa flexion sans perturber le joint hermétique. L'entretoise en céramique 79 est également scellée hermétiquement aux barres métalliques 70, 71 de manière à définir un espace sous vide 87 sur un coté du contact de shuntage et un espace sous vide 88 sur l'autre côté. Une paire de fils étroitement espacés 77, 78 forme une boucle en passant dans l'ouverture du bossage 76 de manière à appliquer au contact de shuntage une force d'élévation d'une

manière similaire à celle décrite ci-dessus pour les inter-

rupteurs sous vide des figures 2 et 3. L'application d'une impulsion de courant élevée aux fils 77, 78 permet à la force s'exerçant entre eux de soulever le bossage 76, la membrane 75 et le contact de shuntage 74 sans perturber le vide régnant à l'intérieur des espaces 87, 88. L'assemblage de l'interrupteur sous vide 69 s'effectue de la manière qu'on voit le mieux en figure 6: on dispose les barres métalliques

, 71 constituées d'un cuivre de haute pureté, sur lesquel-

les sont fixées les bornes 83, 84, de manière que les - 9 - contacts 72, 73 soient contigus l'un à l'autre et espacés pour créer un jeu permettant de recevoir la partie inférieure en prolongement 82 de l'entretoise en céramique 79. Cette entretoise est disposée sur les barres métalliques de manière que les parois latérales 80, 81 soient directement assises sur les barres et que les parois d'extrémité 85, 86 s'étendent à travers les barres et soient assises sur leur dessus. Dès que l'entretoise 79 est en position sur les barres, on place la membrane métallique 75 avec le contact de shuntage fixé à sa surface inférieure et avec le bossage 76 et la partie diamétrale élevée 89 sur l'entretoise, de même longueur que les parois latérales 80, 81 et les parois d'extrémité 85, 86. Avant de procéder au chauffage des composants assemblés afin de sceller hermétiquement la membrane et les barres métalliques sur l'entretoise en céramique, on place l'ensemble dans une chambre sous vide et applique un vide jusqu'à ce que les espaces intérieurs définis par 87, 88 en figure 4 soient soumis à un vide prédéterminé. L'utilisation de la chambre sous vide pendant les opérations de chauffage et de fusion de l'entretoise permet d'assurer que les barres métalliques 70, 71 ne sont

soumises à aucune oxydation pendant le processus de fusion.

En figure 5, on a représenté l'interrupteur sous vide 69 après assemblage dans une vue dans le plan 4-4 qui coupe le contact de shuntage 74 de manière à montrer la couche extérieure de nickel 90 située entre une couche d'indium 91 et une base en argent 92. Lorsqu'on utilise l'interrupteur avec un commutateur à l'état solide afin d'interrompre le courant d'un circuit, le contact de shuntage revient en arrière pour relier les contacts fixes dès que l'impulsion de courant a cessé dans les fils 77, 78. Ce retour automatique est provoqué par l'action de la pression atmosphérique sur la membrane flexible 75. La différence de pression sur les deux côtés de la membrane est équivalente à une force d'environ 1 kg/cd de surface de la membrane qui agit pour provoquer une

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bonne liaison électrique entre le contact de shuntage et les contacts fixes sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un ressort quelconque. Il reste du domaine de la présente invention d'utiliser un matériau gazeux ayant des propriétés diélectriques renforcées, tel que SF6, et d'ajuster la pression de ce gaz par rapport à l'atmosphère extérieure pour obtenir une vaste plage de forces agissant sur le contact de shuntage afin d'optimiser la force de maintien des contacts, et d'obtenir une configuration optimum pour la surface du contact de shuntage en matériau à changement d'état afin de

réduire au minimum les effets de l'échauffement.

En figure 7, on a représenté un interrupteur sous vide 93 à rupture double pour service dur, qui comprend une barre en cuivre 94 ayant une ouverture 95 pour liaison à une borne électrique extérieure et un contact 96 fixé sur son dessus, cette barre étant placée sur une seconde barre en cuivre 98 présentant une ouverture 99 à l'une de ses extrémités pour liaison au circuit électrique extérieur. La seconde barre

comporte un pilier en cuivre 100 qui s'étend perpendiculai-

rement à sa surface et supporte un contact 101 à son extrémité supérieure. Un contact de shuntage 109 est formé sur un rivet pour contact 108 qui comporte une tige 110 présentant une ouverture qui traverse une membrane 106 ayant une ouverture. Le rivet 108 est fixé à la membrane 106 par un cordon continu 114 de soudure à l'argent. Une paire de fils étroitement espacés 111, 112 est disposée à travers la tige pour fournir la force nécessaire pour soulever le contact de shuntage 109 et l'éloigner des contacts fixes 96, 101 comme on l'a décrit précédemment. Un disque inférieur 102 en céramique est disposé sur la seconde barre en cuivre 98 afin de créer un isolement électrique entre cette seconde barre et la première barre 94. Un disque supérieur 104 en céramique est disposé entre la première barre et la membrane 106 afin de réaliser un isolement électrique entre elles. La membrane contient une partie diamétrale 107 se détendant qui assure le

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déplacement du contact de shuntage et de la membrane sans perturber l'intégrité du vide formé dans son intérieur

lorsque les composants sont soumis au vide et scellés.

L'assemblage de l'interrupteur sous vide 93 à rupture double de la figure 7 s'effectue d'une manière qu'on voit le mieux en se reportant maintenant à la figure 8. On dispose la seconde barre en cuivre 98 par rapport à la première barre en cuivre 94 de façon que leurs ouvertures respectives 99, 95 soient à l'opposé et leurs contacts 101, 96 s'étendent dans le même plan. On place le disque inférieur en céramique 102 sur la seconde barre en cuivre de façon que le pilier 100 et le contact 101 s'étendent à travers l'ouverture 103. On positionne l'ouverture 97 ménagée à l'intérieur de la première barre en cuivre 94 de façon que le pilier 100 et le contact 101 s'étendent à travers elle pour que les contacts 101, 96 se trouvent dans le même plan. On place le disque supérieur en céramique 104 sur la première barre en cuivre 94

de façon que les deux contacts s'étendent à travers l'ouver-

ture 105 formée à l'intérieur du disque supérieur en céramique. On positionne la membrane 106 avec le contact de shuntage 109 du rivet 108 sur le disque supérieur en céramique 104 de façon que le contact de shuntage s'étende à travers l'ouverture 105 et se trouve à travers les contacts fixes 101, 96. On place également la partie diamétrale 107 se détendant à l'intérieur de l'ouverture 105 du disque pour assurer la flexion de la membrane 106 sans perturber le vide créé lorsque les composants sont ensuite rendus étanches. Les fils étroitement espacés 111, 112 disposés à travers le pilier, sont accessibles de l'extérieur de l'interrupteur 93 assemblé et le cordon de soudure en argent 114 s'étend autour

du pilier comme on l'a décrit précédemment. Lorsque l'assem-

blage est terminé, l'ouverture 103 du disque inférieur définit un premier espace 103A, l'ouverture 97 de la première barre en cuivre définit un second espace 97A et l'ouverture 105 du disque supérieur en céramique forme un troisième

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espace 105A qu'on voit le mieux en se reportant de nouveau à la figure 7. On place alors les composants assemblés dans une chambre sous vide, et procède à leur chauffage et à leur scellement de façon que le vide régnant à l'intérieur des espaces venant d'être cités fournit une pression différen- tielle requise pour amener le contact de shuntage 109 en liaison électrique excellente avec les contacts fixes 101, 96 sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un ressort de contact. En figure 9, on a représenté un interrupteur sous vide à rupture unique, de faible puissance, qui comprend une première barre en cuivre 116 présentant une ouverture 117 pour liaison électrique à un circuit extérieur et une seconde ouverture plus grande 118 définissant un espace 118A, comme cela est représenté. A l'intérieur de cet espace, se trouve une membrane flexible 119 comportant une ouverture qui contient une partie diamétrale 120 se détendant et à travers laquelle est inséré un rivet pour contact 121 fixé au moyen d'un cordon 130 de soudure à l'argent. Une tige 126

présentant une ouverture supporte une paire de fils étroi-

tement espacés 122, 123, afin de déplacer la membrane et le contact unique 127 de la manière décrite antérieurement. Un disque unique en céramique 124 est disposé entre la première barre en cuivre 116 et une seconde barre en cuivre 128. La seconde barre en cuivre présente une ouverture 129 à l'une de ses extrémités pour liaison électrique avec un circuit extérieur. Le contact unique 127 s'accouple à la surface de la seconde barre en cuivre, comme représenté dans ses grandes lignes en 131, de manière à former un trajet conducteur allant de la seconde barre 128, en passant par le contact 127 et la membrane 119, jusqu'à la première barre 116. Lorsqu'une impulsion de courant est appliquée aux fils 122, 123, la force s'exerçant sur le rivet à contact 121 soulève la membrane et le contact unique pour l'éloigner de la seconde barre en cuivre 128 et interrompre la liaison électrique

entre les première et seconde barres en cuivre.

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L'assemblage de l'interrupteur sous vide à rupture

unique, de faible puissance, représenté en figure 9 s'effec-

tue de la manière illustrée en figure 10, et on le décrira maintenant. On dispose la seconde barre en cuivre 128 de manière que son ouverture 129 soit à l'opposé de l'ouverture 117 de la première barre en cuivre 116. On place alors le disque en céramique 124 sur la seconde barre en cuivre

de façon que l'ouverture 125 entoure le surface d'accouple-

ment du contact, décrite dans ses grandes lignes en 131, et forme un espace représenté dans ses grandes lignes en A de la figure 9. On place la membrane flexible 119 sur le disque en céramique avec la partie diamétrale 120 à l'intérieur de l'ouverture du disque et le rivet à contact 121 et la tige 126 disposés concentriquement à l'intérieur de l'ouverture 118 ménagée dans la première barre en cuivre

et avec les fils 122, 123 s'étendant à travers l'ouverture.

Lorsqu'on a assemblé les composants comme illustré en figure 9, on les place dans une chambre sous vide, et les soumet

à un vide et les scelle de la manière décrite antérieurement.

L'interrupteur sous vide 115 à rupture unique, de faible

puissance, est utile dans des circuits dans lesquels l'ache-

minement du courant par l'intermédiaire de la membrane flexible 119 est insuffisant pour provoquer un échauffement

excessif de la membrane.

On peut donc voir que l'utilisation d'un commutateur à l'état solide aux bornes d'une paire de contacts renfermés dans une chambre sous vide permet à ces derniers de se séparer rapidement pour interrompre le courant du circuit

avec une faible détérioration, voire aucune, due à la forma-

tion d'arcs ou à une activité chimique. Le vide permet également l'interruption dans le cas d'une distance de séparation très petite grâce aux excellentes propriétés

diélectriques inhérentes à l'environnement sous vide.

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Claims (50)

REVENDICATIONS

1. Interrupteur de circuit sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte (11) scellée hermétiquement; des contacts (18, 20, 23) séparables à l'intérieur de

l'enceinte afin d'interrompre le courant d'un circuit exté-

rieur sur commande; un moyen de séparation de contact à l'intérieur de l'enceinte afin de séparer les contacts en réponse à un signal de commande électrique;

ce moyen de séparation comprenant un organe d'entrai-

nement piézoélectrique (26) disposé de manière à déplacer l'un des contacts pour cesser la liaison électrique avec l'autre contact lorsque le signal de commande est appliqué à

l'élément piézoélectrique.

2. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 1, comprenant un moyen de sollicitation à l'intérieur de l'enceinte pour maintenir les contacts en relation de liaison électrique avec le circuit extérieur en l'absence du

signal de commande.

3. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 2, caractérisé en ce que l'un des contacts comprend un contact de shuntage (23) et l'autre des contacts comporte une paire de contacts fixes espacés (18,20), le contact de shuntage étant disposé en liaison électrique avec les deux

contacts fixes en l'absence du signal de commande.

4. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bloc de support (29) à une extrémité de l'organe d'entraînement piézoélectrique afin de fournir une première masse à cette extrémité de l'organe d'entraînement, le contact de shuntage

étant disposé à une extrémité opposée de l'organe d'entraî-

nement, le contact de shuntage fournissant une seconde masse

à cet organe d'entraînement, la première masse étant supé-

rieure à la seconde masse.

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5. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 4, caractérisé en ce que le bloc de support est maintenu par un ressort en porte-à-faux (30) en opposition de

force avec un moyen de sollicitation.

6. Interrupteur de circuit sous vide, selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première paire de conducteurs électriques d'entrée (14, 15), un conducteur étant placé de chaque côté de l'enceinte pour fournir une liaison électrique extérieure avec la paire de contacts fixes et une seconde paire de fils électriques d'entrée (16,17), un fil de chaque côté de l'enceinte, pour fournir une liaison électrique extérieure avec l'organe

piézoélectrique (26).

7. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que l'enceinte (11) est au moins partiellement sous vide afin d'éviter la formation d'arcs

entre les contacts séparables.

8. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que l'enceinte (11) est remplie

d'un gaz non-oxydant.

9. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 3, caractérisé en ce que le moyen de sollicitation comprend un ressort de compression (24) monté par l'une de ses extrémités à un côté de l'enceinte et fixé à son autre

extrémité au contact de shuntage.

10. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un commutateur à l'état solide branché aux bornes des contacts séparables de manière à transférer le courant du circuit afin de l'éloigner des contacts avant ou pendant la séparation des contacts pour interrompre la circulation du courant du circuit.

11. Interrupteur de circuit sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte hermétiquement fermée (33);

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des contacts séparables (38, 39, 40) à l'intérieur de l'enceinte pour interrompre le courant d'un circuit extérieur sur commande; un moyen de séparation des contacts à l'intérieur de l'enceinte pour séparer les contacts en réponse à un signal de commande électrique; ce moyen de séparation comportant une paire de fils électriques parallèles, espacés (43, 44) fixés à l'une des extrémités de l'un des contacts séparables de manière à déplacer l'un des contacts pour interrompre la liaison électrique avec l'autre contact lorsque le signal de commande

est appliqué à la paire de fils électriques.

12. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de sollicitation (46) à l'intérieur de l'enceinte pour maintenir les contacts en relation de liaison électrique avec le

circuit extérieur en l'absence du signal de commande.

13. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 11, caractérisé en ce que l'un des contacts comprend un contact de shuntage (40) et l'autre des contacts comporte une paire de contacts fixes espacés (38,39), le contact de shuntage étant disposé en liaison électrique avec les deux

contacts fixes en l'absence du signal de commande.

14. Interrupteur de circuit sous vide selon la

revendication 13, caractérisé en ce que le moyen de sollici-

tation comprend un ressort de tension (46) monté à l'une de ses extrémités sur l'enceinte et fixé à l'autre de ses

extrémités au contact de shuntage.

15. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 13, caractérisé en ce qu'il comprend une première paire de fils d'entrée (41, 42) espacés à une extrémité de l'enceinte pour fournir une liaison entre les contacts fixes et le circuit extérieur, et une seconde paire de fils d'entrée espacés à une extrémité opposée de l'enceinte pour fournir une liaison entre le contact de shuntage et le signal

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de commande.

16. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 15, caractérisé en ce que les contacts fixes (38, 39) sont assujettis aux fils d'entrée espacés à une extrémité de ces fils qui est opposée à ladite extrémité de l'enceinte.

17. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'enceinte (33) est au moins partiellement soumise au vide de manière à éviter la

formation d'arcs entre les contacts séparables.

18. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'enceinte est

remplie d'un gaz non-oxydant.

19. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un commutateur à l'état solide monté aux bornes des contacts séparables pour transférer le courant du circuit afin de l'éloigner des contacts avant ou pendant la séparation des

contacts afin d'interrompre le courant du circuit.

20. Interrupteur de circuit sous vide caractérisé en ce qu'il comprend: une enceinte hermétiquement fermée;

une structure de contact (49) à l'intérieur de l'en-

ceinte pour interrompre le courant dans un circuit électrique extérieur; la structure de contact comportant une paire de premier et second supports métallique (50, 51), le premier support ayant une première partie façonnée en prolongement en relation espacée vis-à-vis d'une seconde partie façonnée en prolongement du second support, les première et seconde parties en prolongement comportant des contacts fixes (54, ) disposés de manière à être en liaison électrrique avec un contact mobile de shuntage (56); et

un moyen (57, 58) de séparation de contact à l'inté-

rieur de l'enceinte et fixé au contact de shuntage (56) à une

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extrémité pour entraîner le contact de shuntage et inter-

rompre la liaison électrique avec les contacts fixes lors-

qu'un signal de commande électrique est appliqué au moyen de séparation.

21. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 20, caractérisé en ce que le contact de shuntage (56) est maintenu en liaison électrique avec les contacts fixes (54, 55) au moyen d'un ressort de contact (65).

22. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend des entretoises diélectriques (67, 68) aux extrémités opposées des supports métalliques afin de régler la distance de

séparation entre les contacts fixes.

23. Interrupteur de circuit sous vide selon la

revendication 20, caractérisé en ce que le moyen de sépara-

tion des contacts comprend une paire de fils espacés, parallèles (57, 58) disposés entre une pluralité de plaques

métalliques (64) de manière à être repoussées électronique-

ment par le signal électrique afin de soulever le contact électrique de shuntage et interrompre la liaison électrique

avec la paire de contacts fixes.

24. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendi-

cation 20, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de fils

électriques d'entrée (59, 60) connectés au moyen de sépara-

tion de contacts afin de recevoir le signal de commande.

25. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'une extrémité de

chacun des supports métalliques (50, 51) s'étend à l'exté-

rieur de l'enceinte pour fournir une liaison électrique entre

les contacts fixes et le circuit électrique.

26. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'enceinte est au moins partiellement soumise au vide pour éviter la formation

d'arcs entre le contact de shuntage et les contacts fixes.

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27. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'enceinte est

remplie d'un gaz non-oxydant.

28. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un commutateur à l'état solide monté aux bornes des contacts séparables afin de transférer le courant du circuit pour l'éloigner des contacts avant ou pendant la séparation des

contacts afin d'interrompre le courant du circuit.

29. Interrupteur de circuit sous vide caractérisé en ce qu'il comprend: une paire de premier et second conducteurs métalliques

(70, 71) façonnés, disposés côte à côte, le premier conduc-

teur métallique ayant une première surface de contact (73) formée sur un côté et espacée dans la direction opposée d'une seconde surface de contact (72) formée sur un côté du second conducteur métallique, les premier et second conducteurs métalliques comportant également un moyen (83, 84) permettant une connexion avec un circuit électrique extérieur; une entretoise diélectrrique (79) ayant des parois

avant et arrière opposées, parallèles, qui réalisent l'inter-

connexion entre les première et seconde parois latérales parallèles, et une partie inférieure en prolongement ayant une ouverture de même longueur que les première et seconde surfaces de contact pour fournir un espacement diélectrique

prédéterminé entre les premier et second conducteurs métal-

liques; un contact de shuntage (74) supporté par une membrane flexible (75) et disposé pour une liaison électrique entre les première et seconde surfaces de contact lorsque la membrane se trouve dans une première position et pour interrompre la liaison électrique entre les première et seconde surface de contact lorsque la membrane se trouve dans une seconde position; la paire de premier et second conducteurs métalliques

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étant scellée à un côté de l'entretoise diélectrique et la

membrane flexible étant scellée à un côté opposé de l'entre-

toise diélectrique afin de définir un espace fermé (87, 88)

entre les première et seconde surfaces de contact.

30. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 29, caractérisé en ce que les premier et second conducteurs métalliques (70, 71) sont constitués de barres

métalliques rectangulaires.

31. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 29, caractérisé en ce que les premier et second conducteurs métalliques (70, 71) sont en cuivre ou en aluminium.

32. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'espace fermé (87, 88) entre les première et seconde surfaces de contact formées est rempli d'un gaz non-oxydant ou est au moins partiellement soumis au vide afin d'éviter la formation d'arcs entre les surfaces de contact formées (72, 73) et le contact de

shuntage (74).

33. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 32, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen extérieur (77, 78) sur un côté de la membrane flexible opposé au contact de shuntage pour soulever la membrane et l'amener dans la seconde position et déplacer le contact de shuntage pour rompre la liaison électrique avec

les surfaces de contact formées.

34. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 33, caractérisé en ce que le moyen extérieur comprend une paire de fils espacés (77, 78), fixés à la membrane à une extrémité et connectés à une source de signal électrique de commande à l'extrémité opposée, les fils se trouvant déplacés électrodynamiquement lorsque le signal de commande leur est appliqué afin de déplacer la membrane

flexible jusqu'à la seconde position.

35. Interrupteur de circuit sous vide selon la

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revendication 34, caractérisé en ce que la membrane flexible (75) revient à la première position lorsque le signal de commande n'est plus appliqué aux fils sous l'effet de la pression différentielle entre la pression atmosphérique agissant sur un côté de la membrane et la pression réduite

régnant dans l'espace confiné.

36. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 29, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un commutateur à l'état solide monté aux bornes des surfaces de contact formées afin de transférer le courant du circuit et l'éloigner des surfaces de contact formées pendant que le contact de shuntage se sépare des surfaces de contact formées

pour interrompre le courant du circuit.

37. Interrupteur de circuit sous vide à double rupture, caractérisé en ce qu'il comprend: une première barre métallique (94) ayant une ouverture, comportant une première surface de contact (96) qui s'étend dans un premier plan à une extrémité et un moyen (95) pour connexion à un circuit électrique extérieur à proximité d'une extrémité opposée; un premier disque diélectrique (104) assis sur la première barre métallique comprenant la première surface de contact et l'ouverture de la première barre métallique; une seconde barre métallique (98) ayant une seconde surface de contact s'étendant dans le premier plan à une extrémité et un moyen (99) pour connexion au circuit électrique à proximité de l'extrémité opposée; un second disque diélectrique (102) assis sur la seconde barre métallique et comportant la seconde surface de contact, cette seconde surface de contact s'étendant à travers l'ouverture de la première barre métallique suivant la même longueur que la première surface de contact; et une membrane flexible (106) assise sur le premier disque diélectrique et supportant un contact de shuntage (109) sur sa surface inférieure, le contact de shuntage

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butant contre les première et seconde surfaces de contact afin d'interrompre le courant traversant le circuit extérieur

sur commande.

38. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 37, comprenant un moyen extérieur (111, 112) sur une surface supérieure de la membrane flexible pour soulever cette membrane et déplacer le contact de shuntage afin de l'écarter des première et seconde surfaces de contact et interrompre la liaison électrique entre les premières et

seconde barres métalliques et le circuit électrique exté-

rieur.

39. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 37, caractérisé en ce que le moyen extérieur comporte une paire de fils espacés (111, 112), fixés à la surface supérieure de la membrane flexible à une extémité pour être repoussée électrodynamiquement par application d'un signal électrique de commande aux fils espacés à une

extrémité opposée.

40. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 37, caractérisé en ce que la première barre métallique, le premier disque diélectrique, la seconde barre métallique, le second disque métallique et la membrane flexible sont scellés ensemble pour fournir un espace fermé (97A, 103A) entourant les première et seconde surfaces de

contact et le contact de shuntage.

41. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 40, caractérisé en ce que l'espace fermé est

soumis à un vide partiel.

42. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 40, caractérisé en ce que l'espace fermé est

rempli d'un gaz non-oxydant.

43. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 37, comprenant un commutateur à l'état solide monté entre les première et seconde surfaces de contact afin de transférer le courant de circuit pour l'éloigner des

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première et seconde surfaces de contact avant ou pendant que le contact de shuntage se sépare des première et seconde

surfaces de contact afin d'interrompre le courant du circuit.

44. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 37, caractérisé en ce que les première et

seconde barres métalliques sont en cuivre ou en aluminium.

45. Interrupteur de circuit sous vide à rupture unique, caractérisé en ce qu'il comprend:

une première barre métallique (116) ayant une ouver-

ture, comportant un premier moyen (117) pour une connexion à un circuit électrique extérieur; une membrane métallique flexible (119) ayant un contact (121) fixé à sa surface inférieure afin d'interrompre le courant traversant le circuit extérieur; et un disque en diélectrique (124) ayant une première surface disposée dans le même plan qu'une seconde barre métallique (128) ayant un second moyen (129) pour une connexion avec le circuit extérieur; la première barre métallique étant disposée dans le

même plan que la membrane métallique et la membrane métal-

lique étant disposée dans le même plan sur une surface opposée du disque en diélectrique de manière à définir un espace fermé (118A) qui entoure le contact et une surface sous-jacente de la seconde barres métalliques, d'o il résulte qu'une liaison électrique est réalisée avec les première et seconde barresmétalliqueset le circuit électrique lorsque le contact bute contre la surface sous-jacente et que la liaison électrique est interrompue entre les première et seconde barres métalliques et le circuit électrique lorsque

le contact est éloigné de la surface sous-jacente.

46. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 45, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de commande (122, 123) relié à la surface supérieure de la membrane métallique pour déplacer son ouverture et le contact entre des première et seconde positions, le contact

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étant en contact avec la surface sous-jacente dans la première position pour laisser passer le courant dans le circuit extérieur et le contact étant séparé de la surface sous-jacente pour interrompre le courant du circuit dans la seconde position.

47. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 46, caractérisé en ce que le moyen de commande comporte une paire de fils espacés (122, 123) fixés à la surface supérieure à une des extrémités de manière à être soumis à une répulsion électrodynamique lors de l'application d'un signal électrique- de commande aux fils à une extrémité opposée.

48. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 47, caractérisé en ce que l'espace fermé (118, 125A) est au moins soumis à un vide partiel afin de ramener la membrane métallique et le contact à la première position sous l'effet d'une différence de pression entre la pression atmosphérique et une pression réduite régnant dans l'espace fermé lorsque le signal de commande n'est plus appliqué aux

fils espacés.

49. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 45, caractérisé en ce que l'espace fermé est

rempli d'un gaz non-oxydant.

50. Interrupteur de circuit sous vide selon la revendication 45, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un commutateur à l'état solide monté entre les première et seconde barres métalliques afin de transférer le courant du

circuit pour l'éloigner du contact et de la surface sous-

jacente avant ou pendant le mouvement du contact lorsqu'il s'éloigne de la surface sous-jacente pour interrompre le

courant du circuit.