Sectionneur accélérométrique bidirectionnel

La présente invention concerne un section­neur accélérométrique bidirectionnel nécessitant deux accélérations de sens opposé pour être opérant.

L'invention s'applique à des domaines très variés tels que l'aérospatial où une accélération et une décélération peuvent résulter d'une trajectoire dans l'atmosphère, ou bien dans le domaine de la robo­tique où des machines utilisent des mouvements de va et vient. Elle peut s'appliquer également dans le domaine de la sécurité lorsqu'il est nécessaire de couper ou d'établir un contact électrique, par exemple en cas d'incident mécanique ou d'accident de la circulation (routier, ferroviaire, aérien), et dans des environne­ments contraignants nécessitant l'établissement ou la coupure de courants continus ou impulsionnels notamment de très haut niveau.

L'invention a pour objet un sectionneur accé­lérométrique bidirectionnel permettant d'établir ou de couper un ou plusieurs contacts électriques après ap­plication de deux accélérations successives et de sens opposés.

De façon plus précise, l'invention a pour objet un sectionneur accélérométrique comprenant :

- un boîtier,

- au moins une paire de broches de contact électrique en regard dans ledit boîtier, et

- des moyens mécaniques pour inverser l'état de conti­nuité électrique entre lesdites broches ; lesdits moyens comprennent une première masse logée dans le boîtier et sensible à une accélération du boîtier dans un premier sens pour se déplacer dans une posi­tion d'armement dans laquelle elle est solidaire auto­matiquement par des moyens de verrouillage, d'une deuxième masse logée dans le boîtier, la première et la deuxième masses solidarisées par lesdits moyens de verrouillage étant sensibles à une accélération du boîtier dans un deuxième sens opposé au premier, pour se déplacer dans une position d'actionnement. L'état de continuité électrique entre lesdites broches est inversé par le déplacement de la deuxième masse en position d'actionnement.

Selon un mode de réalisation du sectionneur accélérométrique, le boîtier comprend deux parois d'ex­trémité dans lesquelles sont montées les broches élec­triquement isolées desdites parois d'extrémité ; la première masse est normalement appliquée contre l'une des parois par des premiers moyens élastiques et la deuxième masse est normalement appliquée contre l'autre paroi par des deuxièmes moyens élastiques.

Selon un autre mode de réalisation du sec­tionneur accélérométrique, la deuxième masse comprend un trou constitué par exemple par un alésage dans l'axe de la paire de broches pour mettre en contact électri­que lesdites broches par les parois dudit trou. Lesdi­tes parois sont électriquement isolées de la deuxième masse.

Selon un autre mode de réalisation du sec­tionneur accélérométrique, la première masse entoure la deuxième masse et les moyens de verrouillage compren­nent au moins un ergot à ressort apte à faire saillie radialement de l'une des masses pour pénétrer dans une gorge formée dans l'autre masse, lorsque la première masse est en position d'armement.

Selon un autre mode de réalisation du sec­tionneur accélérométrique, la gorge comprend un bord incliné permettant un déverrouillage des deux masses.

Selon un mode préféré de réalisation du sec­tionneur accélérométrique des moyens de coulissement sont placés entre les deux masses. Ces moyens de cou­lissement comprennent par exemple au moins trois billes ou trois galets logés dans trois rainures circonféren­tiellement espacées et formées dans l'une des masses.

De façon avantageuse, le boîtier contient un fluide d'amortissement des mouvements des masses.

Selon une variante de réalisation du section­neur accélérométrique, il comprend plusieurs paires de broches de contact électrique parallèles les unes aux autres, la deuxième masse comportant au plus un trou par paire de broches.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée à titre purement illustratif et non limi­tatif en référence aux figures annexées 1 à 2b dans lesquelles :

• - la figure 1 représente schématiquement en coupe longitudinale un exemple de réalisation du sec­tionneur accélérométrique bidirectionnel au repos con­forme à l'invention,
• - les figures 2a et 2b représentent schémati­quement le sectionneur accélérométrique bidirectionnel de la figure 1 respectivement lorsqu'il est soumis à une première accélération dans un premier sens et lors­qu'il est soumis à une deuxième accélération en sens inverse.

Le sectionneur accélérométrique conforme à l'invention, comme représenté sur les figures 1 à 2b, comprend un boîtier constitué par deux parois planes d'extrémité 5, 7 parallèles entre elles, reliées par une paroi cylindrique 9. Chacune des parois d'extrémité 5, 7 est traversée par une ou plusieurs broches de con­tact électrique alignées 1, 3, respectivement. Ces broches 1, 3 sont électriquement isolées des parois 5, 7. On a représenté en trait plein et en traits mixtes les cas où chaque paroi est traversée par une et deux broches. Les broches 1, 3 sont perpendiculaires aux parois 5, 7 et donc parallèles à l'axe du boîtier. Elles font saillie à l'intérieur du boîtier et peuvent être raccordées hors de celui-ci à tout circuit élec­trique approprié.

A l'intérieur du boîtier sont placés des moyens pour inverser l'état de continuité électrique entre les broches 1, 3.

Ces moyens comportent une première masse M₁ de forme annulaire, appliquée contre la paroi 7 du boîtier par un ressort K₁ prenant appui sur la paroi opposée 5. La masse annulaire M₁ définit par sa surface cylindrique interne une chambre 14. Cette masse annu­laire M₁ est disposée coaxialement à l'intérieur de la paroi 9 du boîtier, son axe étant parallèle aux broches 1, 3 de façon à pouvoir se déplacer selon cet axe vers la paroi 5 du boîtier.

Les moyens pour inverser l'état de continuité électrique comprennent en outre une deuxième masse cy­lindrique M₂ appliquée contre la paroi 5 du boîtier par un ressort K₂ prenant appui sur la paroi opposée 7. Cette masse M₂ est disposée coaxialement à la masse M₁, de façon à pouvoir coulisser à l'intérieur de la masse M₁, dans la chambre 14. A cet effet, des moyens de coulissement sont placés entre les deux masses M₁, M₂. Ces moyens de coulissement comprennent au moins trois rainures longitudinales 15, situées sur la surface cy­lindrique interne de la masse M₁, dans lesquelles sont reçues des billes 13 ou des galets qui roulent sur la surface cylindrique externe de la masse M₂.

Au repos, c'est-à-dire lorsque les ressorts K₁ et K₂ sont détendus, les longueurs des masses M₁ et M₂ du boîtier sont telles que l'extrémité de la masse M₂, en regard de la paroi 7, est en partie emboî­ tée dans l'extrémité de la masse M₁, en regard de la paroi 5.

La deuxième masse M₂ comprend un trou 10 constitué par exemple par un alésage suivant l'axe de chaque paire de broches 1, 3, chaque trou débouchant sur les faces d'extrémité de la masse M₂, parallèles aux parois 5, 7 du boîtier. Chaque broche d'une paire de broches de contact électrique 1, 3 peut coulisser dans le trou 10 qui lui correspond, lors de mouvements de va et vient de la masse M₂ dans la direction des broches. Lorsque les deux broches d'une même paire sont ensemble à l'intérieur du trou 10 qui leur correspond, les parois conductrices 11 de ce dernier permettent d'établir un contact électrique entre ces deux broches. A cet effet, tout ou partie des parois 11 de chaque trou est recouvert d'un dépôt de matériau conducteur pour permettre de relier électriquement les deux broches 1, 3 d'une paire par contact avec ce dépôt. Les parois 11 sont électriquement isolées de la masse M₂.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, seule la broche 1 est logée dans le trou 10 lorsque la masse M₂ est dans sa position initiale de repos. Il n'y a donc pas alors de contact électrique entre les broches 1, 3.

Des moyens de verrouillage sont prévus entre les masses M₁ et M₂ pour les rendre solidaires l'une de l'autre lors d'une accélération entraînant la masse M₁ vers la paroi 5 du boîtier. Ces moyens comprennent au moins un ergot à ressort 17, logé dans un trou radial débouchant sur la surface interne de la masse M₁, à proximité de son extrémité la plus proche de la paroi 5. Les moyens de verrouillage comprennent également une gorge annulaire 18 formée sur la surface externe de la masse M₂, à proximité de son extrémité la plus proche de la paroi 5. Ainsi, lorsque le ressort K₁ se compri­ me, les ergots 17 viennent se placer dans la gorge 18.

Pour permettre une désolidarisation des masses M₁ et M₂ après la mise en oeuvre du sectionneur, le bord 19 de la gorge 18 situé du côté de la paroi 7 peut être incliné pour permettre à l'ergot 17 de se rétracter. le verrouillage et le déverrouillage des masses M₁ et M₂ seront décrits ultérieurement plus en détail en se référant aux figures 2a et 2b. Il est bien entendu que tout autre moyen permettant de maintenir accrochées les masses M₁ et M₂ et, éventuellement, de les décrocher peut être utilisé dans le sectionneur de l'invention.

Les mouvements de la masse M₁ et de la masse M₂ sont amortis, par exemple, par écoulement d'un flui­de tel que de l'huile essentiellement entre les parois des masses M₁ et M₂. Les broches 1, 3, lorsqu'elles sont en contact avec les parois 11 dutrou 10, empêchent l'écoulement du fluide le long du trou 10.

La suite de la description permet de compren­dre le fonctionnement du sectionneur accélérométrique bidirectionnel conforme à l'invention à partir d'une paire de broches de contact électriques 1 et 3.

Au repos (figure 1), les ressorts K₁ et K₂ interposés entre les masses M₁ et M₂ et les parois 5, 7, sont détendus. Compte tenu de la constante de rai­deur des ressorts K₁ et K₂, les masses M₁ et M₂ sont respectivement au voisinage ou contre les parois 7 et 5.

La broche électrique 1, portée par la premiè­re paroi 5, est alors en contact électrique avec les parois 11 du trou 10 qui lui correspond dans la masse M₂. En revanche, la broche 3, portée par la deuxième paroi 7, n'est pas en contact avec les parois 11 de ce trou 10.

Aussi, au repos il n'y a pas de contact élec­ trique entre la broche 1 et la broche 3, le contact est dit ouvert.

Sous l'action d'une première accélération γ₁ (figure 2a), appliquée au boîtier dans une direction parallèle à l'axe défini par les broches 1, 3 et dans un sens allant de la première paroi 5 vers la deuxième paroi 7, la masse M₁ se déplace vers la paroi 5 en sens inverse de l'accélération γ₁, vers une position d'arme­ment ; la masse M₁ comprime de ce fait le ressort K₁. La valeur de l'accélération γ₁, nécessaire pour dépla­cer la masse M₁ vers la masse M₂ est fonction, aux forces de frottement près, de la valeur de la masse M₁ et de la raideur du ressort K₁. Au cours de l'accélération γ₁, la masse M₂ reste plaquée contre la paroi 5.

Par ailleurs, du fait du déplacement de la masse M₁ vers la masse M₂, les ergots 17 viennent se loger dans la gorge 18 aménagée dans la masse M₂, ren­dant ainsi solidaires les masses M₁ et M₂. Suivant la position des ergots 17 dans la paroi interne de la masse M₁ et de la gorge 18 dans la paroi externe de la masse M₂, la masse M₁ est bloquée à une distance plus ou moins importante de la parroi 5.

Comme représenté sur la figure 2a, lorsque le boîtier est soumis à une accélération γ₁, les broches 1, 3 ne sont toujours pas en contact électri­que, puisque la masse M₂ n'a pratiquement pas bougé.

L'extrémité de la broche 3 en regard de la broche 1 reste libre. Cette accélération γ₁ permet uniquement de rendre solidaires les masses M₁ et M₂.

Lorsqu'une deuxième accélération γ₂ (figu­re 2b) est appliquée au boîtier dans une direction parallèle à l'axe des broches 1, 3 et dans un sens allant de la deuxième paroi 7 à la première paroi 5, c'est-à-dire en sens inverse de la première accéléra­tion γ₁, la masse M₂ et la masse M₁ se déplacent ensem­ ble vers la paroi 7 dans position d'actionnement. Le ressort K₂ se comprise tandis que le ressort K₁ se détend. Les masses M₁ et M₂ étant solidaires l'une de l'autre par les ergots 17 placés dans la gorge 18, lorsque la masse M₁ arrive en butée contre la paroi 7, elle bloque le déplacement de M₂. Toute autre position relative des masses M₁ et M₂ solidaires l'une de l'autre, lors de L7accélération γ₂ est envisageable. Notamment la masse M₂ peut venir en butée sur la paroi 7 limitant ainsi le déplacement de la masse M₁ ; dans ce cas un logement est aménagé dans la paroi 7 pour recevoir le ressort K₂.

Le déplacement des masses M₁ et M₂ vers la paroi 7 a lieu lorsque l'accélération γ₂ a une valeur déterminée, fonction des masses M₁ et M₂ et de la rai­deur des ressorts K₁ et K₂ aux forces de frottement près.

Le déplacement de la masse M₂ vers la paroi 7 permet à la broche 3 de pénétrer dans le trou 10 alors que la broche 1 s'y trouve toujours. On établit donc un contact électrique entre les broches 1 et 3 par l'in­termédiaire des parois 11 de ce trou 10 ; le contact est dit fermé.

La longueur des broches 1 et 3 utilisées permet de déterminer les positions axiales des ergots 17 et de la gorge 18.

En effet, les ergots 17 et le gorge 18 sont disposés de façon que la broche 3 pénètre dans le trou 10 lorsque la masse M₁ solidaire de la masse M₂ arrive en butée de la paroi 7.

Suivant l'utilisation de ce sectionneur, un contact électrique continu ou fugitif peut être établi entre les broches électriques 1, 3 après deux accéléra­tions successives γ₁ et γ₂.

Un contact continu est obtenu, soit lorsque l'accélération γ₂ est maintenue, en gardant la masse M₁ solidaire de la masse M₂, ou après arrêt de l'accéléra­tion γ₂ c'est-à-dire au repos, lorsque les masses M₁ et M₂ sont solidaires et lorsque la raideur des ressorts K₁ et K₂, la valeur des masses M₁ et M₂ et la longueur des broches 1 et 3 permettent de maintenir un contact électrique entre les broches 1, 3 et les parois 11 du trou 10, ou encore en verrouillant soit la masse M₁ soit la masse M₂ sur la paroi 7, les masses M₁ et M₂ étant solidaires.

En revanche, un contact fugitif est obtenu en déverrouillant les masses M₁ et M₂ après les accéléra­tions successives γ₁ et γ₂, c'est-à-dire après l'éta­blissement du contact électrique. A cet effet, un système de déverrouillage est associé au sectionneur conforme à l'invention.

Un exemple de réalisation de déverrouillage est représenté sur les figures 1 à 2b. En effet, la gorge 18 comprend un bord 19 incliné, de façon à ce que ladite gorge 18 offre une plus grande ouverture sur la paroi externe de la masse M₂. Ainsi, la masse M₁ est solidaire de la masse M₂ jusqu'à ce que celle-ci, par la raideur de son ressort K₂, repousse par le bord in­cliné 19, les ergots 17 qui se rétractent. La masse M₂ se libère alors de la masse M₁, le ressort K₂ se détend ; la broche 3 n'est plus en contact avec les parois 11 de trou 10, le contact est à nouveau ouvert. Le sectionneur peut alors au cours de nouvelles accélé­rations successives γ₁ et γ₂ rétablir le contact élec­trique entre les broches 1, 3.

Cet exemple n'est pas limitatif, d'autres systèmes de déverrouillage peuvent être envisagés, no­tamment par l'utilisation d'un électro-aimant repous­sant par son noyau magnétique la masse M₂ vers la pre­mière paroi 5, après deux accélérations successives γ₁ et γ₂.

Sur la figure 1, trois paires de broches sont représentées dont une paire en trait plein et les deux autres paires en traits mixtes. Le nombre de paires de broches utilisé dépend de l'utilisation du sectionneur conforme à l'invention. Celui-ci peut comporter de une à plusieurs paires de broches, disposées parallèlement les unes aux autres et à une distance entre elles fonc­tion de leur utilisation.

La figure 1 représente un trou 10 par paire de broches mais il est bien entendu que la masse M₂ peut comporter des trous communs à plusieurs paires de broches disposées dans un même plan, en fonction de l'utilisation du sectionneur.

Les masses M₁ et M₂ sont de préférence de forme cylindrique, mais d'autres formes notamment pa­rallélépipédiques peuvent être envisagées. Chacune des masses M₁ et M₂ peut également être constituée de plu­sieurs masses assemblées notamment de deux masses, l'espacement entre ces deux masses formant respective­ment la chambre 14 et le trou 10. De plus, plusieurs ressorts peuvent être utilisés dans le sectionneur de l'invention.

D'autre part, la paroi 9 peut entourer entiè­rement ou en partie les moyens pour inverser l'état de continuité électrique entre les broches.

De plus, des moyens de verrouillage des mas­ses M₁ et M₂ différents de ceux décrits dans les figu­res 1 à 2b peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention.

La description ci-dessus est faite en réfé­rence à un exemple de réalisation du sectionneur con­forme à l'invention à contact ouvert au repos et à con­tact fermé après deux accélérations successives γ₁ et γ₂, mais l'inverse est également possible. En effet, en modifiant les longueurs des broches 1 et 3, le section­neur peut être à contact fermé au repos et à contact ouvert après deux accélérations successives γ₁ et γ₂. Pour cela on utilise une broche 3 plus longue et une broche 1 plus courte que dans l'exemple de réalisation décrit figures 1 à 2b, de façon à ce que les broches 1 et 3 soient en contact avec les parois 11 du trou 10 au repos, et que la broche 1 ne soit plus en contact avec les parois 11 de ce trou 10 après deux accélérations successives γ₁ et γ₂. De même, avec ce type de section­neur, on peut obtenir un contact continu ou fugitif.

Le sectionneur conforme à l'invention peut avoir un encombrement réduit avec un diamètre de l'ordre de 30 mm et une longueur de l'ordre de 70 mm. Il est capable de fonctionner normalement dans un environ­nement thermique allant environ de -25°C à +70°C, dans un environnement mécanique d'accélérations statiques et de bruit blanc. Par contre, insensible aux agres­sions, il ne fonctionne pas dans un environnement acci­dentel tel qu'en haut niveau de chocs, en incendie.

Le sectionneur conforme à l'invention permet d'établir entre deux broches électriques, respective­ment dans le cas d'un contact continu ou fugitif, un courant continu de 10 A environ ou impulsionnel de 3000 A environ pendant 2 µs, sous une tension allant de 0 à 4 kV.

Les deux accélérations successives γ₁ et γ₂ de sens opposés correspondent respectivement aussi bien à une accélération suivie d'une décélération qu'à une décélaration suivie d'une accélération.

Les applications du sectionneur conforme à l'invention sont très larges, un calcul approprié de la valeur des masses, de la raideur des ressorts et de la longueur des broches électriques permet d'adapter le sectionneur de l'invention à un problème déterminé, même en environnement contraignant.