WO2012104371A1

WO2012104371A1 - Appareillage electrique comprenant une partie mobile a dynamique amelioree

Info

Publication number: WO2012104371A1
Application number: PCT/EP2012/051752
Authority: WO
Inventors: David Berard; Jean-Pierre Dupraz
Original assignee: Alstom Technology Ltd
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2012-08-09
Also published as: CN103329231A; US20130299320A1; CN103329231B; EP2671239A1; EP2671239B1; FR2971079B1; JP5984221B2; FR2971079A1; US9202641B2; JP2014504792A

Abstract

Un état de verrouillage d'une pièce mobile (11) d'un appareillage électrique est créé par l'entrée de fils élastiques (15) fléchis dans une gorge (12). Ce dispositif est réversible tout en ayant l'avantage d'être sûr car purement passif, et il améliore la dynamique du mouvement en amortissant notamment les chocs à l'instauration de l'état de butée. Il peut être appliqué à la tige de manœuvre d'une ampoule à vide.

Description

APPARE ILLAGE ELECTRIQUE COMPRENANT UNE PARTIE MOBILE A

DYNAMIQUE AMELIOREE

DESCRIPTION

Le sujet de l'invention est un appareillage électrique comprenant une partie mobile, servant notamment à faire passer l'appareillage soit d'un état d'ouverture à un état de fermeture d'un circuit, soit d'un état de fermeture à un état d'ouverture du même circuit et dont la dynamique de mouvement est améliorée. Un dispositif préférentiel pour lequel l'invention pourra trouver emploi est une ampoule à vide .

On décrit d'abord une ampoule à vide d'un genre connu. Ainsi que le rappelle la figure 1, une telle ampoule à vide comprend, dans une enveloppe (1), une partie fixe (2) et une partie mobile (3) qui possèdent un état de connexion électrique mutuelle où elles sont jointes et un état de déconnexion où elles sont disjointes. La partie fixe (2) est unie à un conducteur (4) traversant l'enveloppe (1), et la partie mobile (3), qui traverse elle-même l'enveloppe (1), est reliée à un autre conducteur (5) par un dispositif tel que par exemple une tresse souple (6) . Les conducteurs (4 et 5) se joignent à un circuit quelconque et non représenté. Un dispositif de déplacement (7), pouvant prendre des formes très différentes, meut la partie mobile (3) . Une butée (8) fixe définit l'état d'ouverture en arrêtant le mouvement de la partie mobile ( 3 ) . Les dispositifs de ce genre sont sujets à divers problèmes que l'on détaille ci-dessous. Pour des raisons de sécurité, il peut être utile de maintenir l'appareillage à un de ses états, par exemple à la position ouverte dans le cas d'une ampoule à vide, et un moyen de verrouillage est alors employé en sus ou en remplacement de la butée (8) . Un tel moyen peut comprendre un couteau (9) s 'enfonçant dans une gorge (10) de la partie mobile (3) quand la position correspondante est atteinte. Un inconvénient est alors qu'un mécanisme autonome doit en principe être employé pour instaurer ou interrompre le verrouillage, ce qui augmente le temps de réponse du système par la nécessité de retirer le couteau (9) préalablement à une opération de fermeture. Un exemple est indiqué dans le document US-A-2009/0 141 416, où le dispositif d' actionnement du verrou est pyrotechnique, ce qui le rend en plus inapte à une utilisation répétée. Des ressorts circulaires pouvant se resserrer pour entrer dans une gorge (12) et établir une liaison mécanique ont aussi été proposés dans des appareillages électriques, mais d'une part la précision de positionnement n'est pas très bonne et d'autre part les ressorts risquent de se rompre par les frottements répétés et alternés sur la partie mobile (3) lorsqu'ils sont appliqués à des systèmes de petite dimension. On peut citer les produits Ballatch de Bal Seal et Omni Spring de Saint Gobain, où les ressorts sont formés d'un ressort hélicoïdal refermé en boucle.

Un moyen de verrouillage fiable est pourtant d'autant plus nécessaire dans une ampoule à vide, que la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur de l'enveloppe (1) exerce une force qui tend à déplacer et maintenir la partie mobile (3) vers sa position de fermeture et peut donc forcer l'état de fermeture en cas de défaillance du verrouillage.

Une autre difficulté provient de l'énergie des chocs à l'arrêt des mouvements, quand une butée est atteinte : cela peut présenter des dangers pour l'intégrité de l'appareillage, les pièces étant souvent fines et légères.

Une bonne maîtrise des efforts de changement d'état est aussi recherchée pour mieux garantir le maintien à la position désirée. L'objet principal de l'invention est donc d'améliorer les caractéristiques de la dynamique du mouvement de la partie mobile pendant ses changements d'état, notamment au moyen d'un mécanisme de verrouillage perfectionné, quand l'élément mobile atteint l'état de verrouillage ou le quitte. On a cherché entre autres un système de verrouillage passif, et parfaitement calibré de manière à résister par exemple à l'effort aérostatique dû à la différence de pression tout en cédant de lui-même quand un effort supérieur, correspondant à une mise en marche du dispositif de déplacement, est appliqué à la partie mobile. Le dispositif de verrouillage est aussi doté d'une bonne faculté d'absorption des chocs quand la position de verrouillage est atteinte. Dans certaines réalisations particulières de l'invention, un effort d'application est exercé sur la partie mobile dans l'état où l'ampoule à vide est fermée, les parties fixe et mobile étant en contact, de manière à améliorer la résistance électrique de contact entre ces deux parties. La connexion électrique entre la partie mobile et le conducteur qui lui est relié est elle particulièrement soignée, comme cela sera détaillé plus loin.

Sous une forme générale, l'invention concerne un appareillage électrique comprenant une partie mobile munie d'une gorge et une pièce de verrouillage, dite verrou, qui, en dehors de sa position de verrouillage, glisse relativement à la partie mobile, et dans sa position de verrouillage, pénètre dans ladite gorge lorsque la partie mobile atteint le domaine correspondant à un premier état stable de l'ampoule à vide dit état ouvert. La partie mobile est caractérisée par un profil adapté comprenant une gorge délimitée de part et d'autre par des zones coniques, l'une d'elle pouvant être associée à un épaulement. La pièce de verrouillage comprend au moins un fil élastique s' étendant entre deux appuis de part et d'autre de la partie mobile et fléchi par la partie mobile .

L' invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects au moyen des figures suivantes :

la figure 1 déjà décrite illustre une ampoule à vide,

les figures 2a, 2b 2c et 2d illustrent la partie mobile d'une réalisation illustrative de l'appareillage conforme à l'invention dans quatre positions : hors le verrou, au franchissement du verrou, au dépassement extrême du verrou et au verrou en position stabilisée, correspondant respectivement aux états « fermé », « franchissement », « surcourse » et « ouvert »,

les figures 3a et 3b sont des vues de la partie mobile en direction axiale aux états des figures 2a et 2b respectivement,

les figures 4a et 4b illustrent un autre élément de l'appareillage,

la figure 5 illustre une variante de réalisation,

- et les figures 6a, 6b et 6c représentent des aménagements complémentaires de connexion électrique .

On se rapporte tout d'abord aux figures 2a et 3a. La partie mobile conforme à l'invention, maintenant référencée par (11), comprend encore une gorge, maintenant (12), mais qui est limitée d'un côté par une face conique (13) et de l'autre par un épaulement (14) plan précédé d'une zone conique (31) où le diamètre de la partie mobile (11) croît peu à peu vers l' épaulement (14) . Le dispositif comprend encore deux fils élastiques (15) (un seul pourrait suffire) frottant sur une zone cylindrique (16) de la partie mobile (11) et s'étendant, par rapport à la gorge (12), du côté de la face conique (13) . Les fils élastiques (15) sont des ressorts métalliques de type « cordes à piano », et s'étendent perpendiculairement à la direction du mouvement de la partie mobile (11) . Ils sont fléchis et écartés l'un de l'autre par le contact de la zone cylindrique (16) . Leur plan d'extension est indiqué par la ligne Pl. Leurs extrémités s'enfoncent dans les trous (18) des appuis (17) avec un enfoncement variable, et pouvant y coulisser avec un frottement non négligeable .

Ils sont maintenus dans un même plan, les trous (18) et le profil de la partie mobile (11) étant dimensionnés de façon à les déformer élastiquement , de telle manière qu' ils exercent une force radiale sur la zone cylindrique (16) de la partie mobile (11) .

Quand la partie mobile (11), initialement stabilisée en position fermée comme indiqué à la figure 2a si l'appareillage est une ampoule à vide, est déplacée vers le bas pour atteindre la position de verrouillage de la figure 2d, ce qui correspond à l'état d'ouverture si l'appareillage est une ampoule à vide, les fils élastiques (15) entrent dans la gorge (12) grâce à la force radiale due à la flexion qui leur est appliquée, ce que représentent les figures 2b et 3b. Un mouvement supplémentaire de la partie mobile (11), apparenté à une surcourse, est contrarié par la conicité de la zone conique (31), du fait d'un transfert d'énergie de la partie mobile (11) vers les fils élastiques (15), puis, s'il reste de l'énergie cinétique dans la partie mobile (11), stoppé par l'épaulement (14) . Durant ces deux phases de la surcourse, les fils élastiques (15) sont abaissés et perdent pour un court instant, mais de façon élastique et réversible, leur coplanéité (s' écartant de la ligne PI), donnant l'état de la figure 2c, où la position de verrouillage est quelque peu dépassée temporairement à cause de cette flexion, ce qui a l'avantage d'amortir le choc consécutif à l'entrée en butée. L'amplitude de ce dernier déplacement est limitée par un système de butée (30) . Le dispositif revient ensuite de façon stable à la position de la figure 2d.

La sortie de butée de la partie mobile (11) s'effectue par un mouvement en sens inverse. Les fils élastiques (15) sortent de la gorge (12) en glissant sur la face conique (13), sans qu'aucun moyen supplémentaire autre que l'effort appliqué à la partie mobile (11) ne doive être employé pour favoriser l'écartement des fils élastiques (15) . Le caractère réversible de ce mécanisme passif peut toutefois être amélioré en utilisant le dispositif représenté sur les figures 3a, 3b et 4a : une bague annulaire (19) entourant la partie mobile (11) sert d'appui aux fils élastiques (15) dans le sens identique à celui de l'épaulement (14) par rapport à la gorge (12), et empêche donc la flexion des fils élastiques (15) dans ce sens, ce qui permet un processus régulier de sortie de la gorge (12), sans détente brusque des fils élastiques (15) . Un autre avantage de la bague annulaire (19), et du maintien des fils élastiques (15) qu'elle réalise, est que la position de butée est définie avec précision même quand un effort reste appliqué au repos à la partie mobile (11), comme l'effort aérostatique d'une ampoule à vide. On représente pour mémoire à la figure 4b la flexion des fils élastiques (15) à la position de la figure 2c. Un système de butée (30) supplémentaire est rajouté pour limiter la flexion des fils élastiques (15) due au déplacement du corps mobile.

La figure 5 représente quelques perfectionnements possibles, pouvant être adoptés séparément ou non. Les fils élastiques (15) peuvent tout d'abord ne pas pénétrer eux-mêmes dans la gorge, s'ils sont complétés par des couteaux (20) auxquels ils transmettent l'effort dû à leur flexion, lesdits couteaux, intercalés entre la gorge (12) et la zone centrale des fils élastiques (15), frottant sur la partie mobile (11) . Les couteaux (20) peuvent être profilés en une pointe (21) qui pénètre dans la gorge (12) en pouvant l'occuper sur toute sa largeur, reposant d'un côté sur l'épaulement (14) et de l'autre côté sur la face conique (13) . Ce double appui garantit la position de la partie mobile (11) avec une très grande précision à l'état de verrou. La pointe (21) possède les propriétés de dimension, d'arrondi, etc. qui seront trouvées les meilleures pour permettre des verrouillages et des déverrouillages commodes. Le fonctionnement n'est par ailleurs pas modifié, les fils élastiques (15) étant fléchis et le verrouillage s' effectuant par leur redressement partiel quand les couteaux (20) arrivent aux gorges (12) . Dans cette conception, d'autres fils élastiques (22) peuvent participer à la création de l'effort de verrouillage et au maintien de l'orientation des couteaux (20), qui sont aussi montés sur eux ; ces fils (22) supplémentaires ont la même constitution, la même forme et les mêmes propriétés que les fils élastiques (15) . Ils peuvent être, comme on l'a représenté à la figure 5, alignés avec les fils élastiques (15) en direction perpendiculaire à la direction du mouvement de la partie mobile (11) . Un autre perfectionnement est représenté par une zone conique (23) de la portée (16) s ' épanouissant vers la gorge (12) et dont la fonction est de créer une composante axiale d'effort sur la partie mobile (11) quand le serrage des fils élastiques (15) s'exerce sur cette zone conique (23), afin de contraindre la partie mobile (11) vers l'autre état principal de l'appareillage (l'état de fermeture dans le cas d'une ampoule à vide) pour mieux le stabiliser et améliorer la résistance électrique de contact entre les deux parties (2) et (3), en renforçant l'effort aérostatique quand il existe et en corrigeant les conséquences de eux ou de frottements dans l'appareillage. La position de la portion conique (23) est choisie pour que les fils élastiques (15) ou les couteaux (20) soient sur elle quand l'état « fermé » de l'appareillage est atteint.

On passe maintenant à un autre aspect de l'invention. Les figures 6a, 6b et 6c montrent que la connexion électrique entre la partie mobile (11) et son conducteur (5) peut être assurée par une tresse métallique conductrice (24) analogue à la tresse (6), sertie, soudée ou brasée à la partie mobile (11) à l'extérieur des fils élastiques (15) ; par un ressort (25) circulaire formé par l'enroulement sur lui-même d'un ressort hélicoïdal en matière conductrice, et qui est logé dans une gorge (26) d'un support (27), une liaison conductrice existant entre le ressort (25) et le conducteur (5) ; ou par une pluralité de tels ressorts (25) disposés en parallèle dans des gorges voisines du support (27) . La première solution convient mieux aux appareillages électriques à basses tensions, les autres aux appareillages électriques moyennes et hautes tensions.

Selon diverses dispositions avantageuses, mais optionnelles, la partie mobile (11) comporte au moins une zone axisymétrique, voire l'est complètement, de façon que son orientation à l'égard des fils élastiques (15) soit indifférente. La force radiale exercée sur la partie mobile (11) par les fils élastiques (15) est déterminée à volonté par des choix judicieux des diamètres, longueurs, natures de ces fils, ainsi que des diamètres du profil de partie mobile (11), des positions des fils élastiques (15) aux appuis (17), et donc de leur entraxe dans le cas de plusieurs fils, dont dépend la flexion exercée par la partie mobile (11) sur les fils élastiques (15) et l'importance du frottement. Les butées (29 et 30) définissent deux plans, parallèles entre eux, perpendiculaires à la direction de déplacement de la partie mobile (11) et séparés l'un de l'autre d'une distance supérieure au diamètre des fils élastiques (15), cette distance étant choisie de façon à autoriser un déplacement des fils élastiques (15) dans la direction de déplacement de la partie mobile (11), une amplitude de ce déplacement étant limitée pour que les fils élastiques (15) restent dans leur domaine élastique. Enfin, toute la zone de la partie mobile (11) dans laquelle les fils élastiques (15) sont susceptibles de frotter ne comporte aucun angle vif susceptible de fragiliser les fils élastiques (15) ou la partie mobile (11) .

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareillage électrique comprenant une partie mobile (11) entre deux états principaux dits respectivement état « ouvert » et état « fermé », la partie mobile (11) étant caractérisée par un profil adapté comprenant une gorge (12) délimitée de part et d'autre par des zones coniques (13, 31), l'une d'elles pouvant être associée à un épaulement (14), l'appareillage comprenant encore une pièce de verrouillage sur laquelle la partie mobile glisse, qui est repoussée vers la partie mobile de façon à pénétrer dans la gorge quand la gorge est devant la pièce de verrouillage, un des états principaux, l'état « ouvert », étant alors atteint, et la pièce de verrouillage comprend au moins un fil élastique (15) s' étendant entre deux appuis (17) de part et d'autre de la partie mobile et fléchi par la partie mobile.

2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie mobile (11) comporte au moins une zone axisymétrique .

3. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil élastique est enfoncé par ses extrémités dans les appuis (17), avec un enfoncement variable dans les appuis.

4. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une force radiale exercée sur la partie mobile (11) est déterminée par un choix de diamètre, de longueur et de nature du fil élastique (15), ainsi que par un choix de diamètres du profil de la partie mobile (11) et de position du fil élastique (15) aux appuis (17) .

5. Appareillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une butée (19) destinée à limiter un déplacement du fil élastique (15) dans une direction perpendiculaire à la direction de déplacement de la partie mobile (11) et dans un sens correspondant à une action de déplacement de la partie mobile vers l'état dit « fermé ».

6. Appareillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une butée (30) destinée à limiter un déplacement des fils élastiques (15) dans une direction perpendiculaire à une direction de déplacement de la partie mobile (11) et vers l'état dit « ouvert ».

7. Appareillage selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les butées (19) et (30) définissent deux plans, parallèle entre eux, perpendiculaires à la direction de déplacement de la partie mobile (11) et séparés l'un de l'autre d'une distance supérieure au diamètre des fils élastiques (15), cette distance étant choisie de façon à autoriser un déplacement des fils élastiques (15) dans la direction de déplacement de la partie mobile (11), une amplitude de ce déplacement étant limitée pour que les fils élastiques (15) restent dans leur domaine élastique .

8. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un couteau (20) monté sur le fil, le couteau glissant sur la partie mobile et pouvant pénétrer dans la gorge.

9. Appareillage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un fil élastique (22) de renfort et de maintien, sur lequel le couteau est également monté.

10. Appareillage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le couteau (20) pénètre dans la gorge (12) en s' appuyant et sur l'épaulement (14) et sur la face conique (13) .

11. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un second fil élastique (15) s' étendant aussi entre deux appuis de part et d'autre de la partie mobile et fléchi par la partie mobile, les fils élastiques étant essentiellement identiques et sensiblement symétriques de part et d'autre de la partie mobile.

12. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la partie mobile comprend une zone conique (23) s ' épanouissant vers la gorge, du côté de la face conique (13) et sur laquelle le fil (15) exerce une poussée quand la partie mobile (11) atteint l'état dit « fermé », la conicité de la zone (23) étant orientée de façon que cette poussée induise sur la partie mobile (11) un effort axial orienté vers ledit état dit « fermé ».

13. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que toute la zone de la partie mobile (11) dans laquelle les fils élastiques (15) sont susceptibles de frotter ne comporte aucun angle vif susceptible de fragiliser les fils élastiques (15) ou la partie mobile (11) .

14. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la partie mobile (11) est équipée d'une tresse (24) conductrice de liaison à un conducteur (5) qui, lui, est fixe.

15. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la partie mobile (11) est équipée d'au moins un ressort conducteur (25) qui frotte sur elle en étant logée dans une gorge d'un élément fixe (9) assurant la liaison avec un conducteur (5) fixe.