Domaine technique
[0001] La présente invention se rapporte au domaine des contacts électriques. Elle concerne,
plus particulièrement, l'utilisation d'un matériau de contact électrique avec effet
d'extinction d'arc.
Etat de la technique
[0002] Un tel type de matériau trouve son application principalement pour la réalisation
de contacts dits "basse tension", c'est-à-dire dont la plage de fonctionnement se
situe approximativement entre 10 et 1000V et entre 1 et 10000A. Ces contacts sont
utilisés généralement dans les domaines domestique, industriel et automobile, aussi
bien en courant continu qu'en courant alternatif, pour des interrupteurs, des relais,
des contacteurs et des disjoncteurs, etc.
[0003] Lorsqu'on ouvre une paire de plots de contacts électriques sous tension, le courant
continue de passer d'un plot à l'autre en ionisant le gaz qu'il traverse. Cette colonne
de gaz ionisé, communément appelée "arc électrique", a une longueur maximum qui dépend
de différents paramètres tels que la nature et la pression du gaz, la tension aux
bornes, le matériau de contact, la géométrie de l'appareil, l'impédance du circuit,
etc.
[0004] L'énergie dégagée par l'arc électrique est suffisante pour fondre le matériau constituant
les plots, ce qui entraîne, non seulement, la dégradation des parties métalliques
mais, aussi, parfois, leur soudure, avec pour conséquence le blocage de l'appareil.
[0005] Dans les applications en courant alternatif, le passage de la tension par zéro facilite
la coupure de l'arc. Néanmoins, certains appareils de protection doivent couper des
courants très élevés, qui occasionnent des arcs suffisamment énergétiques pour endommager
les contacts.
[0006] En revanche, pour les applications en courant continu, les arcs électriques sont
très stables, surtout lorsque la tension est nettement supérieure à 10V. Une solution
pour couper l'arc consiste à augmenter sa longueur de façon telle qu'il devienne instable
et disparaisse de lui-même. Pour une tension de 14V, une distance de l'ordre du millimètre
est suffisante alors que pour une tension de 42V, particulièrement lorsqu'on est en
présence d'une charge inductive, cette distance peut être de plusieurs centimètres.
Ceci complique sérieusement la construction des appareils de coupure et la durée des
arcs créés réduit fortement leur durée de vie.
[0007] Le problème se pose tout particulièrement dans l'industrie de l'automobile qui envisage
l'utilisation de circuits à 42V continus voire plus pour s'adapter au nombre toujours
plus élevé de dispositifs électriques présents dans les voitures (jusqu'à cent moteurs
dans un véhicule haut-de-gamme). A de telles tensions, l'intérêt de limiter les problèmes
liés aux arcs devient primordial.
[0008] Ainsi, les matériaux des contacts électriques doivent satisfaire les trois exigences
suivantes:
- une résistance de contact faible et stable pour éviter un échauffement excessif lors
du passage du courant ;
- bonne résistance au soudage en présence d'un arc électrique ; et
- faible érosion sous l'effet de l'arc.
[0009] Pour satisfaire ces exigences partiellement contradictoires, une solution consiste
à utiliser des pseudo-alliages comportant une matrice d'argent ou de cuivre et, insérée
dans cette matrice, une fraction constituée d'environ 10 à 50% en volume de particules
réfractaires (par exemple, Ni, C, W, WC, CdO, SnO
2) d'une taille généralement comprise entre 1 et 5 µm. Le matériau ainsi obtenu résiste
mieux à l'énergie dégagée par l'arc électrique. Bien que constituant une solution
intéressante, cette méthode ne permet pas de limiter les fusions et, à cause de leur
répétition, des problèmes d'érosion et de soudage des plots peuvent survenir à court
ou moyen terme.
[0010] Une autre solution, décrite dans le brevet américain
US 3,626,124 consiste à utiliser un matériau comprenant des particules magnétiques monodomaines.
De telles particules sont spontanément aimantées selon une orientation aléatoire en
l'absence de champ extérieur appliqué. Le champ généré par chaque particule aimantée
agit sur l'arc de coupure, facilitant son soufflage. Les particules décrites restent
monodomaines même à la suite d'un échauffement au-delà de leur température de Curie
de sorte que l'efficacité de soufflage n'est pas affectée par l'échauffement dû à
l'arc de coupure, lors d'ouvertures antérieures des contacts. Toutefois, chaque particule
agit individuellement sur l'arc de coupure de sorte que l'effet de soufflage magnétique
est très faible. Cette solution n'est donc pas satisfaisante.
[0011] Par ailleurs, lorsqu'il s'agit, en courant alternatif, de réaliser des appareils
de protection (disjoncteurs) capables de couper des courants très élevés, on a proposé
de recourir à des moyens auxiliaires pour faciliter l'extinction de l'arc ou éviter
son rallumage: soufflage électromagnétique ou pneumatique.
[0012] Par exemple, une telle solution d'extinction électromagnétique par des dispositifs
extérieurs au contact lui-même est décrite dans le document
EP 1 482 525. Ce dernier divulgue un dispositif magnétique placé à distance du contact et qui
génère un champ magnétique allongeant un arc électrique qui se produirait entre les
plots, dans le but de l'éteindre. Toutefois, le surcoût, l'encombrement et le surpoids
entraînés par cette solution la rendent problématique, particulièrement pour les applications
aux automobiles.
[0013] On a entre autre proposé de remplacer le gaz présent dans l'espace séparant les deux
contacts par un gaz très stable et donc difficile à ioniser, comme du SF
6. Cependant, cette solution est complexe à mettre en oeuvre.
[0014] Un but de la présente invention est donc de pallier ces inconvénients, en proposant
d'utiliser un matériau de contact électrique pour réaliser des plots de contact dont
le fonctionnement n'est altéré ni à court terme, ni à long terme, par l'énergie d'un
arc électrique.
Divulgation de l'invention
[0015] De manière plus précise, l'invention concerne l'utilisation d'un matériau comportant
une matrice en métal conducteur et des entités magnétiques représentant entre 8 et
80% en poids du matériau et comprenant des phases magnétiques dures, lesdites entités
magnétiques étant non aimantées et étant susceptibles d'être rendues aimantées avec
une orientation moyenne, définie par la direction d'un champ magnétique appliqué sur
ledit matériau, pour souffler un arc électrique entre deux plots de contacts électriques
dont l'un au moins comprend ledit matériau, et ainsi réduire la durée de l'arc.
[0016] L'invention concerne également l'utilisation d'un matériau comportant une matrice
en métal conducteur et des entités magnétiques représentant entre 8 et 80% en poids
du matériau et comprenant des phases magnétiques dures, lesdites entités magnétiques
initialement non aimantées ayant été rendues aimantées avec une orientation moyenne,
définie par la direction d'un champ magnétique appliqué sur ledit matériau, pour souffler
un arc électrique entre deux plots de contacts électriques dont l'un au moins comprend
ledit matériau, et ainsi réduire la durée de l'arc.
[0017] En variante, le matériau peut comporter, en outre, une fraction réfractaire stable
à une température supérieure à 900°C.
[0018] D'une manière avantageuse, l'une au moins des phases des entités magnétiques est
un composé magnétique dur à base de terres rares.
[0019] Pour permettre une utilisation selon l'invention, ledit matériau est capable de générer
un champ d'induction magnétique, mesuré à sa surface, supérieur à 20 mT, de préférence
supérieur à 60 mT, et plus préférentiellement supérieur à 100 mT.
[0020] Des effets particulièrement remarquables sur l'extinction d'un arc électrique ont
été observés pour une utilisation selon l'invention, selon laquelle lesdits plots
définissent entre eux un axe, au moins l'un desdits plots étant réalisé dans ledit
matériau et présentant une aimantation engendrant un champ magnétique perpendiculaire
audit axe.
[0021] D'une manière avantageuse, au moins l'un desdits plots qui comprend ledit matériau
avec les entités magnétiques, présente une surcouche comprenant un matériau choisi
parmi l'argent et le cuivre.
[0022] Selon un autre aspect, la présente invention concerne un matériau comportant une
matrice en métal conducteur et des entités magnétiques représentant entre 8 et 80%
en poids du matériau et comprenant des phases magnétiques dures, lesdites entités
magnétiques étant non aimantées et susceptibles d'être rendues aimantées avec une
orientation moyenne, définie par la direction d'un champ magnétique appliqué sur ledit
matériau, l'une au moins des phases magnétiques étant un composé à base de terres
rares, à l'exception du samarium.
[0023] La présente invention concerne également un matériau comportant une matrice en métal
conducteur et des entités magnétiques représentant entre 8 et 80% en poids du matériau
et comprenant des phases magnétiques dures, lesdites entités magnétiques initialement
non aimantées ayant été rendues aimantées avec une orientation moyenne, définie par
la direction d'un champ magnétique appliqué sur ledit matériau, l'une au moins des
phases magnétiques étant un composé à base de terres rares, à l'exception du samarium.
[0024] Selon un autre aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un
plot de contact électrique comprenant les étapes suivantes:
- élaboration d'un matériau à partir d'argent ou de cuivre pour former la matrice dudit
matériau et d'entités magnétiques comprenant des phases magnétiques dures, lesdites
entités magnétiques étant non aimantées, l'une au moins des phases magnétiques étant
un composé à base de terres rares,
- mise en forme du plot,
- assemblage sur un support, et
- aimantation du plot.
[0025] Selon un autre aspect, l'invention concerne une paire de plots de contacts électriques,
lesdits plots définissant entre eux un axe,
caractérisée en ce que au moins l'un desdits plots est réalisé dans un matériau tel que défini ci-dessus
et présente une aimantation engendrant un champ magnétique perpendiculaire audit axe.
[0026] Dans le cas de courant continu, de très bons résultats ont aussi été observés pour
une paire de plots de contacts électriques comprenant, à la cathode, un plot de contact
réalisé dans un matériau défini ci-dessus.
Brève description des dessins
[0027] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en
référence à la figure annexée, illustrant différentes orientations du champ magnétique
présenté par les plots d'un contact électrique. Mode(s) de réalisation de l'invention
[0028] Le matériau de contact utilisé dans la présente invention est essentiellement constitué
de:
- une matrice en métal conducteur, généralement en argent ou en cuivre ; et
- des entités magnétiques représentant entre 8 et 80% en poids du matériau et comprenant
des phases magnétiques dures, lesdites entités magnétiques étant initialement non
aimantées et susceptibles d'être aimantées, avec une orientation moyenne, définie
par la direction d'un champ magnétique appliqué sur ledit matériau.
[0029] De ce fait, le matériau utilisé selon l'invention contient initialement des entités
magnétiques multidomaines formant un ensemble initialement globalement non aimanté,
et devant être ensuite aimanté par l'application d'un champ. De préférence, le matériau
utilisé selon l'invention ne contient pas initialement d'entités spontanément aimantées
monodomaines.
[0030] De préférence, les entités magnétiques représentent entre 10 et 50% en poids du matériau,
de préférence entre 12 et 30% en poids, et plus préférentiellement entre 18 et 22%
en poids dudit matériau.
[0031] Les entités magnétiques comprennent des phases magnétiques qui peuvent être obtenues
à partir d'un ou plusieurs composés ferromagnétiques ou ferrimagnétiques durs. Avantageusement,
elles sont choisies parmi les composés à base de terres rares parmi lesquels on peut
citer les composés dits de type RE-Fe-B, (RE étant l'abréviation anglaise de Rare
Earth, Terre Rare). De préférence, RE est le néodyme ou le praséodyme. D'autres composés
du type RE-M, peuvent être utilisés, RE étant de préférence La, Gd, Y ou Lu, de type
1/5, 1/7 ou 2/17, et M étant majoritairement Co ou Fe et pouvant contenir Cu, Zr,
Al et d'autres éléments minoritaires. Les composés du type RE-Fe-N peuvent aussi être
utilisés.
[0032] D'autres composés tels que des ceux de la famille Pt(Fe,Co) peuvent aussi convenir,
ou les composés du type ferrite de baryum ou de strontium.
[0033] D'autres matériaux peuvent encore être envisagés, l'essentiel étant que les entités
magnétiques présentent un champ coercitif et une induction rémanente suffisants pour
permettre leur utilisation dans les applications visées, ces deux paramètres pouvant
être évalués par des essais expérimentaux simples. En effet, comme il sera expliqué
ci-après, il est nécessaire que le contact génère un certain champ magnétique de manière
à déstabiliser un éventuel arc électrique se produisant entre les plots. Il faut notamment
que, après avoir lui-même été exposé à un champ magnétique, le matériau présente une
induction rémanente suffisante et stable dans le temps, pour une utilisation à long
terme. Cette induction, obtenue par aimantation des plots sous un champ magnétique
extérieur, peut être caractérisée par le champ magnétique généré à la surface des
plots, et persistant après suppression du champ magnétique appliqué. A titre indicatif,
le champ généré à la surface doit être supérieur à 20 mT, de préférence à 60 mT, et
plus préférentiellement supérieur à 100 mT, mesuré à l'aide d'une sonde à effet Hall
distribuée par la société Lakeshore.
[0034] De manière facultative, la matrice comporte une fraction réfractaire, stable à une
température supérieure à 900°C. La fraction réfractaire peut comporter l'un ou plusieurs
des éléments choisis dans le groupe suivant: CdO, SnO
2, ZnO, Bi
2O
3, C, WC, MgO, In
2O
3, ainsi que Ni, Fe, Mo, Zr, W ou leurs oxydes.
[0035] La fraction réfractaire est ajoutée en quantité de manière à ce que le pourcentage
des entités magnétiques soit d'au moins 8% et que la quantité de métal conducteur
soit d'au moins 20%.
[0036] De manière avantageuse, les entités magnétiques sont dispersées dans la matrice,
soit de façon régulière, soit selon un gradient de concentration, soit, encore, en
blocs localisés.
[0037] En complément, le matériau peut aussi contenir des dopants ou des additifs mineurs,
facilitant la mise en oeuvre du matériau, qui peuvent être par exemple, Ni, Co, Fe,
Bi, Re, Zr et leurs oxydes.
[0038] Le matériau décrit ci-dessus est utilisé pour réaliser des plots de contacts électriques.
Les premières étapes du procédé d'élaboration du matériau et de mise en forme des
plots de contacts sont courantes et sont connues de l'homme du métier qui pourra choisir
entre plusieurs techniques. En outre, le procédé comporte une étape supplémentaire
d'aimantation du matériau sur les plots déjà élaborés.
[0039] En particulier, et sans qu'il soit besoin de le détailler davantage pour l'homme
du métier qui pourra, moyennant quelques essais de pratique courante, mettre en oeuvre
les techniques ci-après, l'élaboration du matériau utilisé selon l'invention pourra
être réalisée par:
- métallurgie des poudres,
- voie chimique de précipitation de sels en solution,
- atomisation,
- dépôt de couche mince ou épaisse, ou
- extrusion à partir d'une billette ou d'un mélange de poudres.
[0040] Avantageusement, l'étape d'élaboration du matériau peut être réalisée par métallurgie
des poudres, l'une des entités magnétiques étant du RE-Fe-B nanostructuré, où RE est
un élément des terres rares.
[0041] Une direction privilégiée des entités magnétiques pourra être obtenue par application
d'un procédé approprié lors de l'élaboration des plots (pression, champ magnétique,
traitement thermique). Cette opération n'est pas indispensable mais elle permet d'augmenter
l'aimantation des plots induite par le champ, appliqué après élaboration des plots.
[0042] Il est à noter que, de manière non limitative, l'utilisation, comme matériau de départ
pour constituer les entités magnétiques du contact, d'un ruban nanostructuré de RE-Fe-B
obtenu par une technique de solidification rapide, particulièrement par la technique
connue sous le nom de melt spinning donne d'excellents résultats. Il n'est pas nécessaire
de décrire davantage cette technique connue de l'homme du métier. On retiendra, en
résumé, qu'elle consiste à faire couler, à travers une buse, du métal en fusion contenu
dans un réservoir, et à amener un filet de métal liquide au contact d'un cylindre,
en cuivre par exemple, tournant à grande vitesse. Grâce à cette technique, le RE-Fe-B
refroidit en prenant une microstructure, qui lui permet de présenter des caractéristiques
magnétiques dures remarquables en vue de l'utilisation visée.
[0043] Le RE-Fe-B peut être associé à d'autres matériaux magnétiques pour optimiser les
propriétés magnétiques de l'ensemble, le RE-Fe-B représentant avantageusement, au
moins 50% en poids des entités magnétiques.
[0044] Des plots de contact sont ensuite mis en forme par découpe de bandes, estampage de
fils, compression unitaire. Ils sont ensuite disposés sur un support adapté, par toute
méthode traditionnelle d'assemblage de contacts électriques, en particulier : soudage
par résistance, brasage par résistance, brasage par induction, brasage à la flamme
ou au four, sertissage, incrustation... en vue de leur utilisation comme contacts
électriques.
[0045] En variante, le matériau utilisé selon l'invention peut être mis sous forme d'une
rondelle ou d'une couche, formant un système magnétique, rendue solidaire d'un plot
de contact électrique traditionnel par incrustation, soudage, brasage ou rivetage,
voire par dépôt de couche(s). Dans ce dernier cas, le matériau magnétique, le matériau
de contact ou les deux peuvent se présenter sous forme d'une ou de plusieurs couches.
Le système magnétique peut également servir de support mécanique et d'amenée de courant
au contact électrique. Il est avantageusement possible d'adapter le système magnétique
selon la variante dans des installations existantes, en conservant le matériau de
contact initial, car il n'occupe qu'une faible place en plus du contact, à la différence
des organes électromagnétiques de l'art antérieur.
[0046] Dans les plots mis en forme, les entités magnétiques ne sont pas aimantées. Les plots
doivent ensuite subir l'étape d'aimantation par l'application d'un champ magnétique
aimanteur pour procurer aux entités magnétiques non aimantées une aimantation globale
selon une orientation moyenne définie par le champ appliqué. Les plots peuvent alors
jouer pleinement leur rôle de souffleur ou d'extincteur d'arc. Cette opération peut
avoir lieu en usine, après élaboration du plot. Elle peut aussi avoir lieu chez l'utilisateur,
avant ou après le montage final du contact. Elle est réalisée en exposant les plots
à un champ magnétique d'une intensité comprise entre 0,5 et 30 T, de préférence entre
1 et 30 T, et plus préférentiellement encore entre 1 et 10 T. Ainsi, conformément
à l'invention, le matériau utilisé sous forme de plots comprend des entités magnétiques
initialement non aimantées qui sont soit susceptibles d'être rendues aimantées par
l'application d'un champ magnétique chez l'utilisateur, soit déjà rendues aimantées
par l'application d'un champ magnétique en usine.
[0047] Par cette application d'un champ magnétique de direction et d'intensité appropriées,
sur les plots déjà élaborés, une aimantation globale des plots est créée, dont l'orientation
est définie par le champ appliqué. Il en résulte qu'un champ magnétique est généré
dans l'environnement du plot. Ce champ agit sur l'arc de coupure et contribue à son
soufflage.
[0048] Le champ peut notamment être appliqué parallèlement ou de préférence perpendiculairement
à l'axe longitudinal d'un plot, de manière à ce que ce dernier présente des lignes
de champs telles qu'illustrées, respectivement, sur les figures 1a et 1b. Les conditions
de l'étape d'aimantation (durée et intensité du champ) sont adaptées au matériau magnétique
de manière à ce que, après avoir subi l'étape d'aimantation, les plots soient source
d'un champ d'induction magnétique, qui, mesuré à leur surface, est supérieur à 20
mT, de préférence à 60 mT, et plus préférentiellement supérieure à 100 mT.
[0049] Les plots ainsi obtenus sont ensuite mis en oeuvre dans des contacts électriques
formés de deux plots définissant entre eux un premier axe. Le contact peut ne comporter
qu'un seul plot obtenu selon le procédé ci-dessus, disposé dans le cas d'un circuit
en courant continu, à l'anode ou à la cathode. Il est également possible que les deux
plots formant le contact soient réalisés dans un matériau magnétique utilisé selon
l'invention. Diverses orientations de champ magnétiques sont possibles et envisageables,
par exemple, lorsqu'un seul plot aimanté est utilisé, le champ qu'il génère peut être
orienté parallèlement ou perpendiculairement au premier axe.
[0050] En variante, le plot peut comprendre une surcouche déposée sur le matériau magnétique.
Une telle surcouche comprend un matériau conducteur choisi parmi l'argent et le cuivre
et éventuellement un composé réfractaire choisi dans le groupe comprenant les composés
CdO, SnO
2, ZnO, Bi
2O
3, C, WC, MgO, In
2O
3, ainsi que Ni, Fe, Mo, Zr, W ou leurs oxydes.
[0051] Cette surcouche permet avantageusement d'isoler les entités magnétiques du plot de
la surface de contact et ainsi de diminuer les risques de soudure à la fermeture.
En effet, l'effet de soufflage peut être atténué par l'ionisation des éléments constitutifs
du composé magnétique, ce dernier pouvant augmenter la résistance de contact et favoriser
la soudure. De toute manière, l'extrême surface du contact est fortement chauffée
sous l'effet de l'arc si bien que les propriétés magnétiques des entités superficielles
sont généralement détruites en fonctionnement. La surcouche doit être suffisamment
mince pour que le champ crée par les entités magnétiques sous-jacentes dans la zone
de l'arc reste suffisamment intense, et éventuellement suffisamment épaisse pour ne
pas être complètement fondue sous l'effet de l'arc. Toutefois, il s'avère que la réduction
de la durée de l'arc obtenue selon l'invention conduit à une érosion très faible.
Ainsi, la surcouche peut présenter une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 3 mm, de
préférence comprise entre 0,1 mm et 2 mm, et plus préférentiellement comprise entre
0,2 mm et 1 mm.
[0052] Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter
la portée.
[0054] L'élaboration du matériau se fait par métallurgie des poudres. Ainsi, un ruban de
Nd-Fe-B produit par la technique connue sous le nom de "melt spinning" est réduit
en poudre, sous argon, par broyage à boulet, jusqu'à obtention d'une granulométrie
comprise entre 1 et 50 µm. La durée de cette opération est d'environ 5h.
[0055] La poudre ainsi obtenue est mélangée à de l'argent en poudre, dont les particules
présentent un diamètre moyen compris entre 15 et 50 µm. Le mélange est réalisé dans
une proportion massique de 80% d'argent et 20% de poudre d'entités magnétiques EM.
On obtient un matériau magnétique, constitutif d'un plot de contact électrique.
[0056] Un plot de contact électrique est ensuite mis en forme par compression unitaire et
compacté sous une pression de 700MPa.
[0057] Puis le plot est fritté sous vide à 400°C pendant environ 30 minutes.
[0058] Le plot est ensuite assemblé sur un support selon l'une des techniques mentionnées
ci-dessus, pour être utilisé dans un contact électrique.
[0059] Enfin, le plot est aimanté en l'exposant à un champ magnétique de 8 T. Le plot est
orienté perpendiculairement au champ magnétique, tel qu'illustré sur la figure 1a
de manière à ce qu'il présente une aimantation perpendiculaire à son axe longitudinal.
Avec les conditions d'aimantation ci-dessus, le plot est source d'un champ d'induction
rémanente d'environ 60 mT en surface.
[0060] Le plot obtenu ci-dessus est ensuite utilisé dans un contact d'un circuit électrique
de type résistif, fonctionnant sous une tension continue de 42 V, avec une intensité
de 37,5 A. A titre d'exemple, seul un plot aimanté est disposé à la cathode, l'autre
étant en argent.
[0061] Avec cette configuration (aimantation perpendiculaire, un seul plot aimanté à la
cathode), on mesure la durée d'arc d'ouverture. Des essais de fermeture sont également
réalisés pour simuler les risques de soudage, dans les mêmes conditions que pour l'ouverture,
mais avec un courant de 90 A. On mesure le pourcentage de soudage obtenu, dont la
force de rupture est supérieure à 0,1 N.
[0062] Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau 1 ci-dessous.
[0064] L'exemple 1 est reproduit en remplaçant 6% en poids d'argent de la matrice par 6%
en poids d'un composé réfractaire (SnO
2).
[0065] Les mêmes tests que pour l'exemple 1 sont réalisés. Les résultats obtenus sont reportés
dans le tableau 1 ci-dessous.
[0067] Une surcouche de 0,6 mm d'épaisseur est appliquée sur le matériau magnétique du plot
obtenu dans l'exemple 1. Ladite surcouche comprend 100% d'argent.
[0068] Les mêmes tests que pour l'exemple 1 sont réalisés. Les résultats obtenus sont reportés
dans le tableau 1 ci-dessous.
[0070] A titre comparatif, l'exemple 1 est reproduit en ne soumettant pas le plot à une
aimantation (exemple 4) ou en utilisant d'autres matériaux pour réaliser les plots
du contact (exemples 5 et 6).
[0071] Les mêmes tests que pour l'exemple 1 sont réalisés. La composition de ces matériaux
ainsi que les résultats obtenus avec les plots élaborés sont reportés dans le tableau
1 ci-dessous:
Tableau I
Exemple |
Composition des contacts |
Durée d'arc à l'ouverture (ms) |
% de soudure à la fermeture |
1 (inv.) |
Ag(80)EM(20) - Ag |
3 |
60 |
2 (inv.) |
Ag(74)SnO2(6)EM(20) - Ag |
3 |
9 |
3 (inv.) |
Ag(80)EM(20)+surcouche - Ag |
3 |
1 |
4 (comp.) |
Ag(80)EM(20) (non aimanté) - Ag |
9 |
60 |
5 (comp.) |
Ag-Ag |
9 |
7 |
6 (comp.) |
AgSnO210/AgSnO210 |
24 |
3 |
[0072] Les résultats du Tableau 1 montrent que l'utilisation selon l'invention du matériau
magnétique décrit ci-dessus pour réaliser des plots de contacts électriques permet
de réduire la durée d'arc à l'ouverture de 9 ms, voire 24 ms à 3 ms. L'exemple 4 montre
également l'importance de l'étape d'aimantation du plot puisqu'un contact comprenant
un plot non aimanté présente une durée d'arc à l'ouverture de 9 ms alors que le contact
comprenant le plot aimanté présente une durée d'arc à l'ouverture de 3 ms.
[0073] De plus, l'ajout d'un composé réfractaire (exemple 2) ou l'utilisation d'une surcouche
(exemple 3) permet de réduire fortement la tendance au soudage des plots constitué
du matériau magnétique défini ci-dessus sans affecter significativement la durée d'arc
à l'ouverture. L'utilisation d'une surcouche permet d'obtenir des résultats particulièrement
intéressants.
1. Utilisation d'un matériau comportant une matrice en métal conducteur et des entités
magnétiques représentant entre 8 et 80% en poids du matériau et comprenant des phases
magnétiques dures, lesdites entités magnétiques étant non aimantées et étant susceptibles
d'être rendues aimantées avec une orientation moyenne, définie par la direction d'un
champ magnétique appliqué sur ledit matériau, pour souffler un arc électrique entre
deux plots de contacts électriques dont l'un au moins comprend ledit matériau.
2. Utilisation d'un matériau comportant une matrice en métal conducteur et des entités
magnétiques représentant entre 8 et 80% en poids du matériau et comprenant des phases
magnétiques dures, lesdites entités magnétiques initialement non aimantées ayant été
rendues aimantées avec une orientation moyenne, définie par la direction d'un champ
magnétique appliqué sur ledit matériau, pour souffler un arc électrique entre deux
plots de contacts électriques dont l'un au moins comprend ledit matériau.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les entités magnétiques représentent entre 10 et 50% en poids dudit matériau, de
préférence entre 12 et 30% en poids, et plus préférentiellement entre 18 et 22% en
poids dudit matériau.
4. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit matériau comporte, en outre, une fraction réfractaire stable à une température
supérieure à 900°C.
5. Utilisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite fraction réfractaire comporte l'un ou plusieurs des éléments choisis dans
le groupe suivant: CdO, SnO2, ZnO, Bi2O3, C, WC, MgO, In2O3, ainsi que Ni, Fe, Mo, Zr, W ou leurs oxydes.
6. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'une au moins des phases des entités magnétiques est un composé magnétique dur à
base de terres rares.
7. Utilisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les entités magnétiques sont des alliages RE-Fe-B nanostructuré, où RE est un élément
des terres rares.
8. Utilisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que RE est le néodyme ou le praséodyme.
9. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le matériau est capable de générer un champ d'induction magnétique, mesuré à sa surface,
supérieur à 20 mT, de préférence supérieur à 60 mT, et plus préférentiellement supérieur
à 100 mT.
10. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits plots définissent entre eux un axe, au moins l'un desdits plots étant réalisé
dans ledit matériau et présentant une aimantation engendrant un champ magnétique perpendiculaire
audit axe.
11. Utilisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que au moins l'un desdits plots comprenant les entités magnétiques présente une surcouche
comprenant un matériau choisi parmi l'argent et le cu ivre.
12. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite surcouche comprend en outre un composé réfractaire choisi dans le groupe comprenant
les composés CdO, SnO2, ZnO, Bi2O3, C, WC, MgO, In2O3, ainsi que Ni, Fe, Mo, Zr, W ou leurs oxydes.
13. Utilisation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que ladite surcouche présente une épaisseur comprise entre 0,05 mm et 3 mm, de préférence
comprise entre 0,1 mm et 2 mm, et plus préférentiellement comprise entre 0,2 mm et
1 mm.
14. Matériau comportant une matrice en métal conducteur et des entités magnétiques représentant
entre 8 et 80% en poids du matériau et comprenant des phases magnétiques dures, lesdites
entités magnétiques étant non aimantées et susceptibles d'être rendues aimantées avec
une orientation moyenne, définie par la direction d'un champ magnétique appliqué sur
ledit matériau, l'une au moins des phases magnétiques étant un composé à base de terres
rares, à l'exception du samarium.
15. Matériau comportant une matrice en métal conducteur et des entités magnétiques représentant
entre 8 et 80% en poids du matériau et comprenant des phases magnétiques dures, lesdites
entités magnétiques initialement non aimantées ayant été rendues aimantées avec une
orientation moyenne, définie par la direction d'un champ magnétique appliqué sur ledit
matériau, l'une au moins des phases magnétiques étant un composé à base de terres
rares, à l'exception du samarium.
16. Procédé de fabrication d'un plot de contact électrique comprenant les étapes suivantes:
- élaboration d'un matériau à partir d'argent ou de cuivre pour former la matrice
dudit matériau et d'entités magnétiques comprenant des phases magnétiques dures, lesdites
entités magnétiques étant non aimantées, l'une au moins des phases magnétiques étant
un composé à base de terres rares,
- mise en forme du plot,
- assemblage sur un support, et
- aimantation du plot.
17. Procédé de fabrication selon la revendication 16, dans lequel l'étape d'élaboration
du matériau est réalisée par métallurgie des poudres, l'une des entités magnétiques
étant du RE-Fe-B nanostructuré, où RE est un élément des terres rares.
18. Procédé selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que l'étape d'aimantation est réalisée de manière à ce que ledit plot génère un champ
d'induction magnétique mesuré à sa surface, supérieur à 20 mT, de préférence supérieur
à 60 mT, et plus préférentiellement supérieur à 100 mT.
19. Paire de plots de contacts électriques, lesdits plots définissant entre eux un axe,
caractérisée en ce que au moins l'un desdits plots est réalisé dans un matériau selon l'une des revendications
14 et 15 et présente une aimantation engendrant un champ magnétique perpendiculaire
audit axe.
20. Paire de plots de contacts électriques comprenant, à la cathode, un plot de contact
réalisé dans un matériau selon l'une des revendications 14 et 15.
21. Plot de contact électrique réalisé dans un matériau selon l'une des revendications
14 et 15, présentant une surcouche comprenant un matériau choisi parmi l'argent et
le cuivre et éventuellement un composé réfractaire choisi dans le groupe comprenant
les composés CdO, SnO2, ZnO, Bi2O3, C, WC, MgO, In2O3, ainsi que Ni, Fe, Mo, Zr, W ou leurs oxydes .