Brevet FR2825839A1 — publié le 20021213

CONNECTEUR ELECTRIQUE DE PUISSANCE POUR ELEMENTS MOBILES ARTICULES ENTRE EUX La présente invention concerne un connecteur électrique à contact sans frottement entre deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre. On connaît des connecteurs électriques comportant deux structures réalisant une connexion électrique entre deux éléments mobiles articulés l'un à l'autre autour d'un axe, une première structure comportant un élément de contact et la deuxième structure comportant une surface de contact apte à coopérer avec l'élément de contact pour établir la connexion électrique, les deux structures étant mobiles l'une par rapport à l'autre autour du même axe de rotation que les éléments mobiles. De tels connecteurs rotatifs sont utilisés dans les treuils, les moteurs à courant continu, dans les charnières de lampe, d'ordinateur portable, de panneaux solaires... La mise en rotation des deux éléments mobiles et donc celle des structures assurant la connexion électrique entraîne la génération de frottements entre l'élément de contact et la surface de contact, ce qui pose des problèmes, en particulier quand les connecteurs sont utilisés dans les satellites artificiels. En effet, quand un satellite est en état d'apesanteur, chacun de ses mouvements doit générer le minimum de frottement afin de limiter la consommation d'énergie nécessaire pour vaincre ces frottements. Or, les connecteurs électriques actuellement utilisés, notamment ceux permettant la connexion électrique des panneaux solaires simultanée au déploiement de ces panneaux, génèrent des frottements important qui perturbent le déploiement, nécessitent un couple d'entraînement élevé et consomment de l'énergie. De ce fait, le moteur d'entraînement et la batterie utilisée pour alimenter celui-ci pour permettre le déploiement des panneaux solaires sont dimensionnés de façon à tenir compte de cette surpuissance et surconsommation, ce qui implique l'embarquement d'un moteur et d'une batterie volumineux et lourds. Pour éviter ce problème, certains panneaux solaires sont alors connectés par des câbles, mais ceux-ci sont encombrants et lourds et, soit nécessitent une intervention extérieure pour être raccordés, soit sont installés à demeure et ne peuvent plus être déconnectés. Le problème posé est de réaliser un connecteur électrique à contact entre deux éléments mobiles entre eux, générant un minimum de frottement pendant le mouvement des deux éléments, dont les éléments permettant d'établir la connexion électrique ne génèrent aucun frottement pendant ce mouvement, qui soit de réalisation simple et permettant une connexion sans intervention extérieure. Le connecteur électrique selon la présente invention est du type défini précédemment et est caractérisé en ce que la première structure comporte un mécanisme à gâchette dont le déclenchement est apte à faire passer l'élément de contact d'une position de repos dégagée de la surface de contact à une position de contact avec celle-ci, la deuxième structure comportant un organe de déclenchement apte à déclencher le mécanisme à gâchette uniquement quand les deux structures sont dans leur position de connexion. Selon une version permettant la déconnexion électrique, la première structure comporte un élément de réarmement, mobile entre une position sortie et une position rentrée, apte à réarmer le mécanisme à gâchette et à faire passer l'élément de contact de sa position de contact à sa position de repos quand il passe de sa position sortie à sa position rentrée, la deuxième structure comportant un organe de pression apte à faire passer l'élément de réarmement de sa position sortie à sa position rentrée. Un tel connecteur électrique présente le très grand avantage de limiter au maximum les forces de frottement générées pendant le mouvement relatif des éléments mobiles. En effet, en aucun moment, l'élément de contact de la première structure ne génère des frottements avec la surface de contact de la deuxième structure, et le mécanisme à gâchette peut être facilement conçu de telle sorte qu'il soit très sensible, minimisant l'étendue du mouvement pendant lequel les deux structures sont en contact directes l'une avec l'autre par l'intermédiaire de l'organe de déclenchement et du mécanisme à gâchette. Les frottements dus au mouvement relatif des deux éléments mobiles autour de leur axe de rotation sur toute l'étendue de leur mouvement sont inhérents au fait d'avoir deux pièces mobiles autour d'un axe. Un autre avantage de l'utilisation du système à gâchette est que la mise en contact électrique des deux structures est quasi simultanée à la mise en position de connexion des deux structures, ce qui permet une connexion en moins de 5 millisecondes après le déploiement de celles-ci, ce qui est un impératif dans le domaine des satellites. De plus, un connecteur électrique selon la présente invention présente l'avantage d'être simple tout en étant d'une très grande fiabilité. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention dans lequel le connecteur est utilisé pour réaliser la connexion électrique suite au déploiement de panneaux solaires qui constituent les éléments mobiles articulés. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est une vue en coupe d'un connecteur électrique selon la présente invention en position ouverte ; - la figure 2 est une vue en coupe similaire à la figure 1, le connecteur étant en position d'activation ; - la figure 3 est une vue en coupe d'un mécanisme à gâchette utilisé dans un connecteur électrique, le connecteur étant dans une position intermédiaire entre la position d'activation et la position de connexion ; - la figure 4 est une vue en coupe similaire à la figure 3, le connecteur étant en position de connexion, le mécanisme à gâchette n'ayant pas encore été déclenché ; - la figure 5 est une vue en coupe similaire à la figure 4, le connecteur étant en position de connexion, le mécanisme à gâchette ayant été déclenché ; - la figure 6 est une vue en coupe similaire à la figure 2, le connecteur étant en position de connexion ; et - la figure 7 est une vue en coupe similaire à la figure 5, le connecteur étant déconnecté et le mécanisme à gâchette étant en cours de réarmement. Dans le mode de réalisation illustré par les figures 1, 2 et 6, le connecteur électrique 1 est employé pour réaliser une connexion électrique entre les panneaux solaires 2,3 d'un satellite artificiel mobiles entre eux autour d'un axe de rotation 6. Le connecteur électrique 1 comporte deux structures 4,5 mobiles l'une par rapport à l'autre autour de l'axe de rotation 6, chaque structure 4,5 étant solidarisé à un panneau solaire 2,3 respectivement. Comme on peut le voir à la figure 1, les panneaux solaires 2,3 sont en position repliée, les deux structures 4,5 étant dans leur position ouverte PO dans laquelle le circuit électrique est ouvert. Les deux structures 4,5 ne possèdent aucun point de contact quand elles sont dans leur position ouverte PO, excepté par l'intermédiaire des moyens autorisant la rotation des panneaux solaires 2,3 entre eux. La deuxième structure 5 a la forme générale d'un cylindre dont l'axe est confondu avec l'axe de rotation 6 et possède à sa surface un organe de déclenchement 7, une surface de contact 8 et un organe de pression 9 dont les fonctions vont être détaillées ci-après. L'organe de déclenchement 7 et l'organe de pression 9 font saillie radialement de la structure cylindrique 5. La surface de contact 8 débouche à la surface sensiblement cylindrique de la deuxième structure 5. Cette surface de contact 8 est reliée électriquement à une zone de jonction 10 qui est située à proximité de l'axe de rotation 6 et qui est connectée à un premier câble électrique aux extrémités axiales de la deuxième structure 5. La première structure 4 comporte plusieurs dispositifs débouchant à la partie de sa surface proche de la deuxième structure 5 : un élément de réarmement, un élément de contact 11 et un mécanisme à gâchette 12. Dans l'exemple illustré par les figures 1 à 7, l'élément de contact 11 et l'élément de réarmement sont réunis physiquement par un seul et même élément 11. L'élément de contact 11 est relié électriquement à une zone de jonction 27 qui est connectée à un deuxième câble électrique aux extrémités de la première structure 4. Le mécanisme de gâchette 12 comprend un élément d'activation 13. Afin de fermer le circuit électrique, en réponse à la commande d'un utilisateur, la deuxième structure 5 amorce un mouvement rotatif de fermeture MF, à la suite duquel, comme on peut le voir à la figure 2, l'organe de déclenchement 7 entre en contact avec l'élément d'activation 13, définissant une position d'activation PA. En aucun moment pendant leur rotation de la position ouverte PO à la position d'activation PA, les deux structures 4,5 sont en contact l'une avec l'autre, de telle sorte que les seuls frottements existants sont ceux générés au niveau de l'axe de rotation 6. Comme on peut le voir à la figure 3, le mécanisme à gâchette 12 comprend, outre l'élément d'activation 13, un premier moyen formant ressort 14, un second moyen formant ressort 15 et un moyen formant loquet 16. L'élément d'activation 13 est monté coulissant à l'intérieur d'un logement 17 débouchant à la surface de la première structure 4, entre une position armée dans laquelle l'élément d'activation 13 fait saillie hors du logement 17 de manière la plus importante (figures 1 à 3), et une position activée, dans laquelle il est le plus à l'intérieur du logement 17 (figures 4 à 6). Le premier moyen formant ressort 14 est disposé dans le logement 17 de telle sorte qu'il sollicite en permanence l'élément d'activation 13 dans sa position armée. Ainsi, de la position ouverte PO à la position d'activation PA, l'élément d'activation 13 ne subit que la force de répulsion FR du premier moyen formant ressort 14. A partir de la position d'activation PA, la deuxième structure 5, par l'intermédiaire de l'organe de déclenchement 7 qui joue le rôle d'une came montée sur un axe rotatif, oblige l'élément d'activation 13 à pénétrer à l'intérieur du logement 17, cet organe 7 exerçant une force d'activation FA opposée à la force de répulsion FR. Quand les deux structures 4,5 arrivent en position de connexion PC, elles sont immobilisées par des moyens d'arrêt qui sont solidaires des panneaux solaires 2,3 et qui définissent la position de connexion PC (figure 4). Pendant leur rotation, de la position d'activation PA à la position de connexion PC, les deux structures 4,5 sont en contact l'une avec l'autre uniquement par l'intermédiaire de l'organe de déclenchement 7 et de l'élément d'activation 13, réduisant de ce fait les frottements au minimum. L'élément de contact 11 est monté coulissant à l'intérieur d'un logement 19 débouchant à la surface de la première structure 4, entre une position de repos à l'intérieur du logement 19 (figures 1 à 4) et une position de contact dans laquelle une partie de l'élément de contact 11 fait saillie hors du logement 19 (figures 5 et 6). En position de connexion PC, la surface de contact 8 de la première structure 4 se trouve au droit de l'ouverture du logement 19 de telle sorte que, quand l'élément de contact 11 est en position de contact, il entre en contact avec la surface de contact 8. Le second moyen formant ressort 15 est disposé dans le logement 19 de telle sorte qu'il sollicite en permanence l'élément de contact 11 dans sa position saillante par une force de sortie FS. L'élément formant loquet 16 est monté coulissant dans une cavité 20 qui débouche, d'une part, par une première ouverture 21 dans le logement 17 dans lequel coulisse l'élément d'activation 13, et, d'autre part, par une deuxième ouverture 22 dans le logement 19 dans lequel coulisse l'élément de contact 11. L'élément formant'loquet 16 comporte une première extrémité 23 apte à traverser la première ouverture 21 de la cavité 20, et une deuxième extrémité 24 apte à traverser la deuxième ouverture 22 de la cavité 20. L'élément d'activation 13 possède une concavité 25 au niveau de la partie de sa surface latérale qui se trouve au droit de la première ouverture 21 quand il est dans sa position activée, de même, l'élément de contact 11 possède une concavité 26 au niveau de la partie de sa surface latérale qui se trouve au droit de la deuxième ouverture 22 quand il est dans sa position de repos. Chaque extrémité 23,24 de l'élément formant loquet 16 est conformée de telle sorte qu'elle puisse s'encastrer à l'intérieur de la concavité 25,26 correspondante et immobiliser de ce fait l'élément 13, 11 possédant cette concavité 25,26. La longueur de l'élément formant loquet 16 est telle que, d'une part, quand l'élément d'activation 13 n'est pas dans sa position activée (c'est à dire quand la concavité 25 de cet élément 13 n'est pas au droit de la première ouverture 21), la première extrémité 23 est en butée contre la paroi latérale de l'élément d'activation 13, la deuxième extrémité 24 étant encastrée dans la concavité 26 de l'élément de contact 11 qui est ainsi immobilisé dans sa position de repos (figures 1 à 4), et, d'autre part, quand l'élément de contact 11 n'est pas dans sa position de repos (c'est à dire quand la concavité 24 de cet élément 11 n'est pas au droit de la deuxième ouverture 22), la deuxième extrémité 24 est en butée contre la paroi latérale de l'élément de contact 11, la première extrémité 23 étant encastrée dans la concavité 25 de l'élément d'activation 13 qui est ainsi immobilisé dans sa position activée (figures 5 à 7). Comme on peut le voir à la figure 4, quand les deux structures 4,5 sont dans leur position de connexion PC, la concavité 25 de l'élément d'activation 13 se trouve au droit de la première ouverture 21 et, sous l'action de la force de sortie FS, l'élément de contact 11 impose un mouvement de translation MT à l'élément formant loquet 16. Par ce mouvement, la première extrémité 23 s'encastre dans la concavité 25 de l'élément d'activation 13 et la deuxième extrémité 24 sort de la concavité 26 de l'élément de contact 11. De ce fait, l'élément de contact 11 ne subit que la force de sortie FS du second ressort 15 et passe ainsi de sa position de repos à sa position de contact dans laquelle il entre en contact avec la surface de contact 8, fermant ainsi le circuit électrique (figures 5 et 6). Comme on peut le voir à la figure 6, cette position de connexion PC correspond à la position dans laquelle les panneaux solaires 2,3 du satellite sont déployés. Afin de minimiser les frottements réalisés par la pression de l'organe de déclenchement 7 sur l'élément d'activation 13 qui n'existent qu'entre la position d'activation PA et la position de connexion PC, le mécanisme à gâchette 12 est réalisé de telle sorte que ces deux positions PA, PC soient très proches l'une de l'autre. Ce mécanisme à gâchette 12 permet une connexion électrique très rapide, la sortie de l'élément de contact 11 étant quasi simultanée à la mise en position de connexion PC. Afin d'ouvrir le circuit électrique, en réponse à la commande d'un utilisateur, la deuxième structure 5 amorce un mouvement rotatif d'ouverture MO, opposé au mouvement de fermeture MF. Comme on peut le voir à la figure 7, à partir d'une position angulaire de réarmement, l'organe de pression 9 entre en contact avec l'élément 11 en position de contact (qui agit en tant qu'élément de réarmement en position sortie). A partir de cette position de réarmement, la deuxième structure 5, par l'intermédiaire de l'organe de pression 9 qui joue le rôle d'une came montée sur un axe rotatif, oblige l'élément 11 (agissant en tant qu'élément de réarmement) à pénétrer à l'intérieur du logement 19, cet organe de pression 9 exerçant une force d'enclenchement FE opposée à la force de sortie FS. Dans le connecteur 1 illustré aux figures 1 à 7, afin de minimiser les frottements, la position de réarmement correspond à la position de connexion PC, l'élément 11 (agissant en tant qu'élément de contact) et la surface de contact 8 n'étant plus en contact l'un avec l'autre dès la mise en rotation des deux structures (4, 5). Quand, sous l'action de la force d'enclenchement FE, la concavité 26 de l'élément 11 (agissant en tant qu'élément de réarmement) se trouve au droit de la deuxième ouverture 22, l'élément d'activation 13, sous l'action de la force de répulsion FR, impose un mouvement de translation à l'élément formant loquet 16. Par ce mouvement, la deuxième extrémité 24 s'encastre dans la concavité 26 de l'élément 11 (agissant en tant qu'élément de réarmement) qui est ainsi immobilisé en position rentrée, la première extrémité 23 quittant la concavité 25 de l'élément d'activation 13. De ce fait, l'élément d'activation 13 ne subit que la force de répulsion FR du premier moyen formant ressort 14, passant ainsi de sa position activée à sa position armée. De cette façon, le mécanisme à gâchette 12 est réarmé et peut être utilisé ultérieurement. Il est évidemment possible d'utiliser des mécanismes à gâchette différent de celui illustré par les figures 1 à 7. Il est possible d'utiliser des moyens d'arrêt (non représentés) permettant d'immobiliser les deux structures 4,5 et les deux éléments mobiles 2,3 en position de connexion PC des moyens solidaires soit des structures 4,5, soit directement des éléments mobiles 2,3. Il est possible que le connecteur électrique 1 comporte plusieurs surfaces de contact 8 disposées côte à côte sur le même axe de rotation 6, et plusieurs éléments de contact 11, chacun de ces éléments de contact étant apte à entrer en contact avec une surface de contact 8 respective. Dans ce cas, il est aussi possible que le connecteur 1 ne comporte qu'un seul organe de déclenchement 7 et un seul mécanisme à gâchette 12 qui est alors relié aux différents éléments de contact 11. De plus, il est possible que chaque structure 4,5 comporte sensiblement autant d'éléments de contact 11 que de surfaces de contact 8, de façon à atténuer l'effet des à-coups dus à la mise en contact brusque des éléments de contact 11 avec les surfaces de contact 8. Il est aussi possible d'utiliser un connecteur électrique 1 dont l'élément de réarmement est différent de l'élément de contact 11. Enfin, dans le cas où l'on veut établir une connexion électrique définitive, il est possible d'utiliser un connecteur électrique 1 ne comportant ni organe de pression 9, ni d'élément de réarmement. REVENDICATIONS 1. Connecteur électrique (1) comportant deux structures (4,5) aptes à établir une connexion électrique entre deux éléments mobiles (2,3) articulés l'un à l'autre autour d'un axe (6), une première structure (4) comportant un élément de contact (11) et la deuxième structure (5) comportant une surface de contact (8) apte à coopérer avec l'élément de contact (11) pour établir la connexion électrique, les deux structures (4,5) étant mobiles l'une par rapport à l'autre autour du même axe de rotation (6) que les éléments mobiles (2, 3), caractérisé en ce que la première structure (4) comporte un mécanisme à gâchette (12) dont le déclenchement est apte à faire passer l'élément de contact (11) d'une position de repos dégagée de la surface de contact (8) à une position de contact avec celle-ci, la deuxième structure (5) comportant un organe de déclenchement (7) apte à déclencher le mécanisme à gâchette (12) uniquement quand les deux structures (4,5) sont dans leur position de connexion (PC). 2. Connecteur électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première structure (4) comporte un élément de réarmement, mobile entre une position sortie et une position rentrée, apte à réarmer le mécanisme à gâchette (12) et à faire passer l'élément de contact (11) de sa position de contact à sa position de repos quand il passe de sa position sortie à sa position rentrée, la deuxième structure (5) comportant un organe de pression (9) apte à faire passer l'élément de réarmement de sa position sortie à sa position rentrée. 3. Connecteur électrique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de réarmement est constitué par l'élément de contact (11). 4. Connecteur électrique (1) selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le mécanisme à gâchette (12) comporte un élément d'activation (13) mobile entre une position armée dans laquelle il est apte à entrer en contact avec l'organe de déclenchement (7) et une position activée, un premier moyen formant ressort (14) sollicitant en permanence l'élément d'activation (13) en position activée, un second moyen formant ressort (15) sollicitant en permanence l'élément de contact (11) en position de contact, et un moyen formant loquet (16) apte à maintenir l'élément de contact (11) dans sa position de repos quand l'élément d'activation (13) est en position armée et à faire passer l'élément de contact (11) en position de contact uniquement quand l'élément d'activation (13) est en position activée. 5. Connecteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de contact (11) et l'élément d'activation (13) présentent chacun, quand ils sont respectivement en position de repos ou activée, une concavité (25,26) au niveau de leur surface latérale qui se trouve au droit de la cavité (20) à l'intérieure de laquelle le moyen formant loquet (16) est monté coulissant, le moyen formant loquet (16) étant dimensionné de telle sorte qu'une de ses extrémités (23,24) fait saillie hors de la cavité (20) et s'encastre dans la concavité (25,26) de l'un de ces deux éléments (11,13) quand sa deuxième extrémité (24,23) est en butée contre la surface latérale de l'autre de ces deux éléments (13,11). 6. Connecteur électrique (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième structure (5) comporte plusieurs surfaces de contact (8) disposées côte à côte sur le même axe de rotation (6), la première structure (4) comportant plusieurs éléments de contact (11) chacun étant apte à entrer en contact avec une surface de contact (8) respective. 7. Connecteur électrique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un seul organe de déclenchement (7) et un seul mécanisme à gâchette (12) relié aux différents éléments de contact (11). 8. Connecteur électrique (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque structure (4,5) comporte sensiblement autant d'élément de contact (11) que de surface de contact (8).