Utilización de un material que comprende una matriz de metal conductor y entidades magnéticas,

que representan entre el 8% y el 80% en peso del material y que comprenden fases magnéticas duras, para soplar un arco eléctrico entre dos salientes de contactos eléctricos de los cuales al menos uno comprende el citado material, caracterizado porque las citadas entidades magnéticas están inicialmente no imantadas y éstas han sido imantadas después con una orientación media, definida por la dirección de un campo magnético aplicado al citado material.

Utilización de un material de contacto eléctrico para soplar un arco eléctrico

Ímbito técnico

La presente invención se refiere al ámbito de los contactos eléctricos. Ésta concierne, de modo más particular, a la utilización de un material de contacto eléctrico con efecto de extinción de arco.

Estado de la técnica

Un material de este tipo encuentra su aplicación principalmente para la realización de contactos denominados de "baja tensión", es decir cuyo intervalo de funcionamiento se sitúa aproximadamente entre 10 V y 1000 V y entre 1 A y 10000 A. Estos contactos son utilizados generalmente en los ámbitos doméstico, industrial y automóvil, tanto en corriente continua, como en corriente alterna, para interruptores, relés, contactores y disyuntores, etc.

Cuando un par de salientes de contactos eléctricos se encuentran bajo tensión, la corriente continúa pasando de un saliente de contacto al otro ionizando el gas que ésta atraviesa. Esta columna de gas ionizado, denominada habitualmente "arco eléctrico", tiene una longitud máxima que depende de diferentes parámetros, tales como la naturaleza y la presión del gas, la tensión en los bornes, el material de contacto, la geometría del aparato, la impedancia del circuito, etc.

La energía liberada por el arco eléctrico es suficiente para fundir el material que constituye los salientes de contacto, lo que provoca, no solamente la degradación de las partes metálicas, sino también, a veces, su soldadura, con la consecuencia de un bloqueo del aparato.

En las aplicaciones en corriente alterna, el paso de la tensión por cero facilita el corte del arco. Sin embargo, ciertos aparatos de protección deben cortar corrientes muy elevadas, que ocasionan arcos suficientemente energéticos para dañar los contactos.

En cambio, en las aplicaciones en corriente continua, los arcos eléctricos son muy estables, sobre todo cuando la tensión es netamente superior a 10 V. Una solución para cortar el arco consiste en aumentar su longitud de tal modo que éste se haga inestable y desaparezca por sí mismo. Para una tensión de 14 V, una distancia del orden del milímetro es suficiente, mientras que para una tensión de 42 V, particularmente cuando se está en presencia de una carga inductiva, esta distancia puede ser de varios centímetros. Esto complica seriamente la construcción de los aparatos de corte, y la duración de los arcos creados reduce de modo considerable su duración de vida útil de servicio.

El problema se plantea de modo particular en la industria automóvil que considera la utilización de circuitos a 42 V de corriente continua, o incluso más, para adaptarse al número cada vez más elevado de dispositivos eléctricos presentes en los coches (hasta cien motores en un vehículo de alta gama) . A tales tensiones, el interés de limitar los problemas ligados con los arcos pasa a ser primordial.

Así, los materiales de los contactos eléctricos deben satisfacer las tres exigencias siguientes:

- una resistencia de contacto pequeña y estable para evitar un calentamiento excesivo durante el paso de la corriente;

- buena resistencia a la soldadura en presencia de un arco eléctrico; y

- poca erosión bajo el efecto del arco.

Para satisfacer estas exigencias, parcialmente contradictorias, una solución consiste en utilizar seudoaleaciones que comprendan una matriz de plata o de cobre e, insertada en esta matriz, una fracción constituida aproximadamente del 10% al 50% en volumen de partículas refractarias (por ejemplo, Ni, C, W, WC, CdO, SnO2) de un tamaño comprendido generalmente entre 1 !m y 5 !m. El material así obtenido resiste mejor a la energía liberada por el arco eléctrico. Este método, aunque constituye una solución interesante, no permite limitar las fusiones y, a causa de su repetición, pueden presentarse a corto o medio plazo problemas de erosión y de soldadura de los salientes de contacto.

Otra solución, descrita en la patente americana US 3.626.124 consiste en utilizar un material que comprenda partículas magnéticas monodominio.

Tales partículas están imantadas espontáneamente según una orientación aleatoria en ausencia de campo exterior aplicado. Estas partículas están entonces imantadas inicialmente y no tienen necesidad de fuente exterior de magnetización. El campo generado por cada partícula imantada actúa sobre el arco de corte, facilitando su soplado. Las partículas descritas permanecen monodominio incluso después de un calentamiento por encima de su temperatura de Curie, de modo que la eficacia de soplado no resulta afectada por el calentamiento debido al arco de corte, durante aperturas anteriores de los contactos. Sin embargo, cada partícula actúa individualmente sobre el arco de corte de modo que el efecto de soplado magnético es muy pequeño. Esta solución no es, por tanto, satisfactoria.

Por otra parte, cuando se trata, en corriente alterna, de realizar aparatos de protección (disyuntores) capaces de cortar corrientes muy elevadas, se ha propuesto recurrir a medios auxiliares para facilitar la extinción del arco o evitar su reencendido: soplado electromagnético o neumático.

Por ejemplo, una solución de extinción electromagnética de este tipo por dispositivos exteriores al propio contacto está descrita en el documento EP 1 482 525. Este último divulga un dispositivo magnético colocado a distancia del contacto y que genera un campo magnético que alarga un arco eléctrico que se produjera entre los salientes de contacto, con el objetivo de extinguirle. Sin embargo, el sobrecoste, el volumen y el sobrepeso implicados por esta solución la hacen problemática, particularmente para las aplicaciones a los automóviles.

Se ha propuesto, entre otros, reemplazar el gas presente en el espacio que separa los dos contactos por un gas muy estable y por tanto difícil de ionizar, como SF6. Sin embargo, esta solución es compleja de poner en práctica.

Así pues, un objetivo de la presente invención es paliar estos inconvenientes, proponiendo utilizar un material de contacto eléctrico para realizar salientes de contacto cuyo funcionamiento no resulte alterado, ni a corto plazo, ni a largo plazo, por la energía de un arco eléctrico.

Divulgación de la invención La invención concierne a la utilización de un material que comprenda una matriz de metal conductor y entidades magnéticas que representen entre el 8% y el 80% en peso del material y que comprendan fases magnéticas duras, imantándose después las citadas entidades magnéticas inicialmente no imantadas con una orientación media definida por la dirección de un campo magnético aplicado al citado material, para soplar un arco eléctrico entre dos salientes de contactos eléctricos de los cuales al menos uno comprende el citado material, y así reducir la duración del arco.

En variante, el material puede comprender, además, una fracción refractaria estable a una temperatura superior a 900 º C.

De manera ventajosa, al menos una de las fases de las entidades magnéticas es un compuesto magnético duro a base de tierras raras.

Para permitir una utilización de acuerdo con la invención, el citado material es capaz de generar un campo de inducción magnética, medido en su superficie, superior a 20 mT, preferentemente superior a 60 mT, y de modo más preferente superior a 100 mT.

se han encontrado efectos particularmente notables sobre la extinción de un arco eléctrico en una utilización de acuerdo con la invención, según la cual los citados salientes de contacto definen entre sí un eje, estando realizado al menos uno de los citados salientes de contacto en el citado material y presentando una imantación que genera un campo magnético perpendicular al citado eje, .

De manera ventajosa, al menos uno de los citados salientes de contacto que comprende el citado material con las entidades magnéticas, presenta una sobrecapa que comprende un material elegido entre la plata y el cobre.

La presente invención concierne igualmente a un material constitutivo de un saliente de contacto eléctrico, que comprende una matriz de metal conductor y entidades magnéticas que representan entre el 8% y el 80% en peso del material y que comprenden fases magnéticas duras, habiendo sido imantadas después las citadas entidades inicialmente no imantadas con una orientación media definida por la dirección de un campo magnético aplicado al citado material, siendo al menos una de las fases... [Seguir leyendo]

1. Utilización de un material que comprende una matriz de metal conductor y entidades magnéticas, que representan entre el 8% y el 80% en peso del material y que comprenden fases magnéticas duras, para soplar un arco eléctrico entre dos salientes de contactos eléctricos de los cuales al menos uno comprende el citado material, caracterizado porque las citadas entidades magnéticas están inicialmente no imantadas y éstas han sido imantadas después con una orientación media, definida por la dirección de un campo magnético aplicado al citado material.

2. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las entidades magnéticas representan entre el 10% y el 50% en peso del citado material, preferentemente entre el 12% y el 30% en peso, y de modo más preferente entre el 18% y el 22 % en peso del citado material.

3. Utilización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el citado material comprende, además, una fracción refractaria estable a una temperatura superior a 900 º C.

4. Utilización de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la citada fracción refractaria comprende uno o varios de los elementos elegidos en el grupo siguiente: CdO, SnO2, ZnO, Bi2O3, C, WC, MgO, In2O3, así como Ni, Fe, Mo, Zr, W o sus óxidos.

5. Utilización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque al menos una de las fases de las entidades magnéticas es un compuesto magnético duro a base de tierras raras.

6. Utilización de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque las entidades magnéticas son aleaciones REFe-B nanoestructuradas, donde RE es un elemento de las tierras raras.

7. Utilización de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque RE es el neodimio o el praseodimio.

8. Utilización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material es capaz de generar un campo magnético de inducción, medido en su superficie, superior a 20 mT, preferentemente superior a 60 mT, y de modo más preferente superior a 100 mT.

9. Utilización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los citados salientes de contacto definen entre ellos un eje, estando realizado al menos uno de los citados salientes de contacto en el citado material y presentando una imantación que genera un campo magnético perpendicular al citado eje.

10. Utilización de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque al menos uno de los citados salientes de contacto que comprende las entidades magnéticas presenta una sobrecapa que comprende un material elegido entre la plata y el cobre.

11. Utilización de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque la citada sobrecapa comprende además un compuesto refractario elegido en el grupo que comprende los compuestos CdO, SnO2, ZnO, Bi2O3, C, WC, MgO, In2O3, así como Ni, Fe, Mo, Zr, W o sus óxidos.

12. Utilización de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, caracterizada porque la citada sobrecapa presenta un espesor comprendido entre 0, 05 mm y 3 mm, preferentemente comprendido entre 0, 1 mm y 2 mm, y de modo más preferente comprendido entre 0, 2 mm y 1 mm.

13. Material de un saliente de contacto eléctrico que comprende una matriz de metal conductor y entidades magnéticas que representan entre el 8% y el 80% en peso del material y que comprenden fases magnéticas duras, caracterizado porque las citadas entidades magnéticas están inicialmente no imantadas y éstas son imantadas después con una orientación media definida por la dirección de un campo aplicado al citado material, siendo al menos una de las fases magnéticas un compuesto a base de tierras raras, con excepción del samario.

14. Procedimiento de fabricación de un saliente de contacto eléctrico que comprende las etapas siguientes:

- elaboración de un material a partir de plata o de cobre para formar la matriz del citado material y de entidades magnéticas que comprenden fases magnéticas duras, estando las citadas entidades magnéticas no imantadas, siendo al menos una de las fases magnéticas un compuesto a base de tierras raras,

- puesta en forma del saliente de contacto,

- ensamblaje a un soporte, e

- imantación del saliente de contacto.

15. Procedimiento de fabricación de acuerdo con la reivindicación 14, en el cual la etapa de elaboración del material es realizada por metalurgia de polvos, siendo una de las entidades magnéticas RE-Fe-B nanoestructurado, donde RE es un elemento de las tierras raras.

16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado porque la etapa de imantación es realizada de manera que el saliente de contacto genere un campo de inducción magnética, medido en su superficie, superior a 20 mT, preferentemente superior a 60 mT, y de modo más preferente superior a 100 mT.

17. Par de salientes de contactos eléctricos, definiendo los citados salientes de contacto entre sí un eje,

caracterizado porque al menos uno de los citados salientes de contacto es realizado en un material de acuerdo con la reivindicación 13 y presenta una imantación que genera un campo magnético perpendicular al citado eje.

18. Par de salientes de contactos eléctricos que comprenden, en el cátodo, un saliente de contacto realizado en un material de acuerdo con la reivindicación 13.

19. Saliente de contacto eléctrico realizado en un material de acuerdo con la reivindicación 13, que presenta una

sobrecapa que comprende un material elegido entre la plata y el cobre y eventualmente un compuesto refractario elegido entre el grupo que comprende los compuestos CdO, SnO2, ZnO, Bi2O3, C, WC, MgO, In2O3, así como Ni, Fe, Mo, Zr, W o sus óxidos.