Brevet FR2726129A1 — publié le 19960426

Dispositif de connexion de puissance. La présente invention concerne un dispositif de connexion de puissance comportant d'une part, une partie femelle de section en forme de lyre contenue dans et assujettie à un support isolant, I'ensemble étant fixé à l'intérieur d'une baie et n'étant accessible que d'un seul côté, et d'autre part, une partie mâle à enficher dans ladite partie femelle par ledit côté accessible. De manière générale, lorsqu'il est désiré réaliser une connexion de puissance, il doit être pris un certain nombre de précautions. Ainsi, il est essentiel de réduire le plus possible toute résistance de contact. Pour cela, de manière courante, les pièces en contact sont boulonnées entre elles. Cette technique est sûre mais peu pratique, surtout lorsque l'encombrement et/ou le volume laissé disponible dans une baie électronique rendent l'accès difficile et ceci particulièrement lorsque la connexion n'est accessible que d'un seul côté, ce qui oblige alors à des démontages longs et pénibles en cas de panne.Cet inconvénient est encore accentué lorsque, comme c'est le cas de plus en plus souvent, il est utilisé des systèmes redondants, I'alimentation de la baie devant généralement être coupée pour extraire le module défaillant et le remplacer par un module en état de marche, supprimant ainsi l'avantage d'utiliser pleinement la redondance dans un système. Pour parer à cet inconvénient, à la place de liaisons boulonnées, une solution consiste à utiliser des connexions femelles traditionnelles de type élastique, par exemple à section en forme de lyre, dans lesquelles sont enfichées des connexions mâles. Pour permettre le transfert de puissance, en particulier pour des courants de haute intensité, étant donné la minceur de ces connexions, il est alors prévu, pour une bonne répartition desdits courants, de connecter en parallèle une pluralité de ce type de connexions femelles, il n'est pas surprenant dans ce cas de trouver une cinquantaine de telles connexions en parallèle.Cette solution présente cependant de réels inconvénients car il est quasiment impossible d'obtenir sur chaque connexion femelle élémentaire une très faible résistance de contact compte tenu des disparités dues aux tolérances de fabrication ainsi qu'aux différences dans leur élasticité, ceci implique une résultante des différentes résistances de contact élémentaires non négligeable. Une autre solution consiste à utiliser une barrette de connexion suffisament large pour supporter une forte intensité et suffisament rigide pour diminuer la résistance de contact. L'expérience montre cependant que le contact ne peut se faire de manière répartie sur l'intégralité de la largeur de ladite barrette, ceci a pour inconvénient d'augmenter significativement la résistance de contact, ce qui est contraire à l'objet recherché. En outre, du fait de la largeur et de la rigidité de la barrette, s'il est désiré réduire encore la résistance de contact en augmentant le pincement, la force d'insertion nécessaire pour l'enflchage de la pièce mâle devient véritablement excessive. La présente invention a pour but de remédier aux divers inconvénients des différentes solutions de l'art antérieur connues et propose un dispositif de connexion de puissance simple, pratique à mettre en oeuvre et à utiliser même s'il n'est permis d'y accéder que d'un seul côté et qui, une fois la connexion réalisée, présente une résistance de contact considérablement diminuée. Pour cela, le dispositif de connexion de puissance mentionné dans le préambule est remarquable en ce que, pour le transfert de courants de haute intensité, la partie femelle est composée d'une multipince épaisse et rigide dans laquelle est insérée, lors de la connexion, la partie mâle composée d'une lame épaisse unique, la partie femelle présentant une zone de pincement et la partie mâle ayant une épaisseur telles que la force d'insertion soit comprise entre 1.5 et 5 daN et que la résultante des résistances de contact soit inférieure à 60 pfl. Ainsi, selon l'idée de l'invention, la partie femelle est composée d'une multipince épaisse et rigide qui permet d'assurer que chacune des pinces de la multipince est appliquée avec une force de pression constante et suffisament intense sur la lame épaisse unique composant la partie mâle pour obtenir une répartition uniforme des courants et imposer une résistance de contact minimale tout en respectant une force d'insertion modérée lors de la connexion. De plus, I'épaisseur et la rigidité de la multipince impliquent une limite élastique suffisament élevée pour ne pas engendrer de déformation des pinces et donc conserver une bonne reproductibilité des forces de pression exercées sur la partie mâle même après un grand nombre d'insertions.Une fois le problème de l'art antérieur résolu grâce à l'idée de l'invention et en tenant compte de l'exemple d'application proposé dans la suite de la description, I'homme du métier peut déterminer la taille de la connexion et par conséquent de la multipince et de la lame épaisse pour une application donnée. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 donne un exemple de réalisation du dispositif de connexion de puissance, le support, la partie femelle et la partie mâle étant représentés en coupe avant insertion sur la figure la, alors que la figure I b montre la partie femelle et la partie mâle de la figure la selon une vue de face après insertion. La figure 2 propose une courbe de variation de la résistance de contact en fonction du serrage. La figure 3 propose une courbe de variation de la force d'insertion en fonction du serrage. Sur les figures la et lb est représenté le dispositif de connexion de puissance 1 conforme à l'invention. Le dispositif de connexion de puissance 1 comporte, une partie femelle 2 de section en forme de lyre contenue dans et assujettie à un support isolant 3, par l'intermédiaire, par exemple, d'une plaque de métal 4 prenant appui sur le support 3 et fixée, selon l'axe XX', au moyen de vis à la partie 2, I'ensemble étant fixé à l'intérieur d'une baie (non représentée) et n'étant accessible que d'un seul côté, par l'avant de la baie. La partie femelle 2, dans cet exemple, repose grâce à deux épaulements 5 dans un logement pratiqué dans le support 3. La plaque de métal 4 est elle-même reliée aux cartes ou au bac à cartes à alimenter.Le dispositif de connexion de puissance 1 comporte également une partie mâle 6 à enficher dans la partie femelle par le côté accessible, cette partie 6 du dispositif 1 est rendue solidaire de la carte ou du module d'alimentation 7 à connecter. Conformément à l'idée de l'invention, pour le transfert de courants de haute intensité, la partie femelle est composée d'une multipince épaisse et rigide 2 (voir figure lb) dans laquelle est insérée, lors de la connexion, la partie mâle composée d'une lame épaisse unique 6 (voir figure lob), la partie femelle présentant une zone de pincement P et la partie mâle ayant une épaisseur W telles que la force d'insertion nécessaire pour enficher la lame 6 dans la multipince 2 soit comprise entre 1.5 et 5 daN et que la résultante des résistances de contact soit inférieure à 60 pQ. De manière préférée, la multipince 2 est réalisée en un matériau cuivreux tel que du bronze béryllium puis traitée thermiquement et enfin recouverte d'argent. Le traitement thermique peut ainsi consister en une mise en solution durant une heure à une température de l'ordre de 760"C, suivie d'un revenu durant trois heures à une température de l'ordre de 320"C, ce qui permet d'obtenir une dureté Rockwell 3540 (320 HB + 10%). La couche d'argent déposée a une épaisseur de l'ordre de 10 microns. Egalement, de manière préférée, la lame épaisse 6 composant la partie mâle est réalisée en cuivre, puis est recouverte d'argent. L'épaisseur de l'argenture est équivalente à celle de la multipince. De manière particulière, la lame épaisse 6 comporte un double biseau B à son extrémité d'insertion. En effet, I'enfichage de la lame épaisse dans la multipince se fait de manière aveugle à l'intérieur de la baie, cette particularité de la lame permet ainsi d'avantageusement faciliter une insertion souple et sans point dur. Deux dispositifs de connexion de puissance 1 selon l'invention sont utilisés pour constituer un connecteur d'alimentation en puissance et de manière remarquable chaque dispositif de connexion de puissance comporte de plus, fixé sur le support isolant 3, un contact métallique élastique 8 dit de précharge, le contact de précharge correspondant au potentiel de masse étant directement relié au dispositif de connexion correspondant par l'intermédiaire d'un fil électrique 9, alors que le contact de précharge correspondant au potentiel non nul est prévu de longueur inférieure (en pointillé sur la figure la) à celle du contact de précharge correspondant au potentiel de masse et est relié au dispositif de connexion correspondant au travers d'une résistance 10 de faible valeur (en pointillé sur la figure la), par exemple de l'ordre de deux ohms.De cette manière, il est évité, lors de l'enfichage, toute chute brutale de tension de l'alimentation qui serait due au phénomène naturel de charge des condensateurs des modules à alimenter. Au lieu de cela, lors de l'enfichage, le contact de précharge le plus long est le premier appliqué sur la lame reliée à la masse, ce qui permet de décharger toute tension résiduelle ou parasite présente aux bornes des condensateurs des modules à alimenter, puis le second contact, plus court est à son tour appliqué à la lame reliée au potentiel non nul, ce qui permet de précharger en limitant le courant, grâce à la résistance de faible valeur, les condensateurs des modules à alimenter, au moment de l'introduction, avant que les lames ne pénètrent dans les multipinces.Ainsi, lorsque les lames rentrent véritablement en contact avec les multipinces lesdits condensateurs sont déjà préchargés et une chute brutale de tension est alors évitée. Les contacts de précharge doivent être prévus de longueur suffisante pour permettre cette précharge, ceci pour une vitesse d'enfichage nominale donnée. Cette caractéristique est également très avantageuse appliquée à des systèmes redondants, car elle permet l'enfichage d'un système pour remplacer celui en panne sans pour autant perturber ou même obliger à supprimer l'alimentation du second qui est en train de fonctionner. De préférence, les contacts dits de précharge sont réalisés en un matériau cuivreux, puis sont recouverts d'argent. Sur la figure 2 est proposée le relevé d'une courbe de variation de la résistance de contact CR en fonction du serrage S, alors qu'il est proposé sur la figure 3, une courbe de variation de la force d'insertion IF en fonction du serrage S. Ces courbes sont représentatives de la valeur moyenne des résultats obtenus sur un ensemble d'échantillons en prenant pour variable le serrage, le serrage correspondant à la différence de cote entre l'épaisseur W de la lame 6 et la zone de pincement P présentée par la multipince 2. Des lames de différentes épaisseurs, augmentant de 0,05mm en 0,05mm ont été utilisées pour réaliser ces mesures. II a été constaté que la limite d'élasticité de la multipince était atteinte avec un serrage de l'ordre de 0,35mm. Le relevé de la courbe de variation de la résistance de contact CR en fonction du serrage S a été effectué pour une intensité de courant de 100 A, la tension étant relevée au moyen d'un voltmètre V (figure 1 b) connecté entre la lame et la multipince en position médiane pour le calcul de la résistance de contact.Le dispositif selon l'invention prévu pour fonctionner en service à des intensités de courant de l'ordre de 150 à 200 A a été également testé dans ces conditions et a donné entière satisfaction. II est à remarquer qu'avec un serrage inférieur ou égal 0,lmm, la mesure de la résistance de contact est très délicate et difficilement reproductible, cette mesure devient par contre très aisée à partir de 0,15mm. Sur la figure 2, il apparaît que la résistance de contact minimale, très légèrement supérieure à 20 IJQ, est obtenue pour un serrage de l'ordre de 0,35mm. Le relevé de la courbe de variation de la force d'insertion IF en fonction du serrage S fait apparaître qu'un serrage de l'ordre de 0,27mm, qui correspond à une valeur égale à 80% de la valeur considérée être la limite d'élasticité, doit être apprécié comme un maximum. En effet, la force d'insertion atteint alors une intensité de 5 daN en moyenne, ce qui constitue la valeur maximale désirée et acceptable. Le serrage sera donc de préférence limité à la fourchette allant de 0,13 à 0,27mm pour correspondre à une force d'insertion comprise, comme désiré, entre 1,5 et 5 daN. L'homme du métier saura déduire de ces résultats et de ces courbes les dimensions et les tolérances, pour une application donnée, relatives à l'épaisseur W de la lame et à la zone de pincement P. Pour conclure, le dispositif de connexion de puissance conforme à la présente invention est simple, pratique à mettre en oeuvre et à utiliser même lorsque l'accès n'est permis que d'un seul côté et, une fois la connexion effectuée, présente une résistance de contact très significativement diminuée et donc un transfert efficace des courants de haute intensité tout en autorisant une insertion aisée. II permet, d'une part, la connexion des tensions de sortie des alimentations par enfichage, c'est-à-dire des modules à connecter du côté de l'accès libre et, d'autre part, la connexion pour l'alimentation des tensions logiques de puissance des cartes ou des bacs à cartes à une structure fixe dans une baie, du côté non accessible. En outre, grâce à l'utilisation de contacts de précharge, il permet d'éviter toute chute de tension brutale de l'alimentation, caractéristique également très avantageuse lorsqu'elle est appliquée à des systèmes redondants, puisqu'elle permet l'enfichage d'un système en remplacement d'un système en panne sans perturber ou même obliger à supprimer l'alimentation du second en train de fonctionner. Ce dispositif a donné lors des essais d'excellents résultats et ceci même après un grand nombre d'insertions. Revendications: 1. Dispositif de connexion de puissance comportant d'une part, une partie femelle de section en forme de lyre contenue dans et assujettie à un support isolant, I'ensemble étant fixé à l'intérieur d'une baie et n'étant accessible que d'un seul côté, et d'autre part, une partie mâle à enficher dans ladite partie femelle par ledit côté accessible, caractérisé en ce que, pour le transfert de courants de haute intensité, la partie femelle est composée d'une multipince épaisse et rigide dans laquelle est insérée, lors de la connexion, la partie mâle composée d'une lame épaisse unique, la partie femelle présentant une zone de pincement et la partie mâle ayant une épaisseur telles que la force d'insertion soit comprise entre 1.5 et 5 daN et que la résultante des résistances de contact soit inférieure à 60 p. 2. Dispositif de connexion de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la multipince est réalisée en un matériau cuivreux tel que du bronze béryllium puis traitée thermiquement et enfin recouverte d'argent. 3. Dispositif de connexion de puissance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la lame épaisse est réalisée en cuivre, puis est recouverte d'argent. 4. Dispositif de connexion de puissance selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lame épaisse comporte un double biseau à son extrémité d'insertion. 5. Connecteur d'alimentation en puissance utilisant deux dispositifs de connexion de puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, chaque dispositif de connexion de puissance comporte en outre, fixé sur le support isolant, un contact métallique élastique dit de précharge, le contact de précharge correspondant au potentiel de masse étant directement relié au dispositif de connexion correspondant, alors que le contact de précharge correspondant au potentiel non nul est prévu de longueur inférieure à celle du contact de précharge correspondant au potentiel de masse et est relié au dispositif de connexion correspondant au travers d'une résistance de faible valeur. 6. Connecteur d'alimentation en puissance selon la revendication 5, caractérisé en ce que, les contacts dits de précharge sont réalisés en un matériau cuivreux, puis sont recouverts d'argent.