Brevet FR2842030A1 — publié le 20040109

L'invention concerne un connecteur électrique à contacts en bout pour courants de fortes intensités et en particulier, mais non exclusivement, un connecteur unipolaire. Il est connu que pour répondre aux normes en vigueur en vue d'assurer la sécurité des personnes et des biens, les appareils électriques doivent offrir un degré de protection minimum contre l'accès des pièces sous tension. Pour vérifier qu'une telle protection est respectée, on utilise un doigt d'épreuve articulé défini selon une norme. Les essais consistent à ne pas pouvoir réaliser un contact entre le doigt d'épreuve normalisé et les parties sous tension de l'appareil à tester en tentant d'introduire le doigt d'épreuve dans toutes les positions possibles. Dans le domaine des connecteurs, une protection peut être obtenue en protégeant chaque contact sous tension par un volet ou en le plaçant très en retrait dans une enveloppe isolante afin que le doigt d'épreuve ne puisse pas l'atteindre. Toutefois, dans le cas des courants forts, c'est-à-dire de forte intensité et utilisant des tensions supérieures à 50 volts, les conducteurs et les éléments de contact présentent des sections importantes de passage du courant, qui sont incompatibles avec une protection dans l'isolant telle que précitée puisque le diamètre des éléments de contact devient proche ou supérieur à celui du doigt d'épreuve. En effet, au delà de 250 ampères, on utilise généralement des câbles dont la section exprimée en mm2 est sensiblement égale à l'intensité du courant. Pour les connecteurs multipolaires, la solution peut consister à disposer les contacts sur un cercle en les rendant inaccessibles au doigt d'épreuve au moyen d'un disque de sécurité rotatif. Cette solution est évidemment inapplicable aux connecteurs unipolaires qui comportent leurs contacts au centre. C'est pourquoi jusqu'à présent pour de tels courants et plus particulièrement pour les connecteurs unipolaires, une solution à broche et alvéole cylindriques particulière a été imaginée. Dans cette solution, contrairement aux prises de courant industrielles, les contacts sous tension sont les broches dont les extrémités sont protégées par un isolant, comme par exemple dans le mode de réalisation décrit dans le brevet US 3,662,296. De la sorte, la connexion électrique entre la broche sous tension et l'alvéole conjuguée peut s'effectuer sur une partie de la broche non accessible par le doigt d'épreuve. Il est clair qu'une telle solution est inadaptée aux contacts en bout pour lesquels par définition la connexion électrique s'effectue entre l'extrémité d'une broche de contact et un contact mobile sous pression, de telle sorte que l'extrémité de la broche ne peut évidemment pas être isolée. C'est pourquoi pour les courants de fortes intensités qui utilisent des sections de conducteurs importantes, il était apparu impossible jusqu'à présent d'imaginer des contacts en bout du fait que les broches auraient des dimensions supérieures au doigt d'épreuve. On a toujours cherché en effet à conserver une section maximale de passage du courant en vue en particulier de diminuer l'échauffement d à l'effet Joule. Il est bien connu en effet que l'échauffement d'un conducteur d au passage d'un courant est proportionnel à sa résistance électrique qui est elle-même inversement proportionnelle à sa section selon la formule R = pl/s (o " p " est une constante, " I " la longueur du conducteur et " s " sa section) et c'est pourquoi on a toujours cherché à concevoir des broches de contact d'une section sensiblement égale à celle du câble électrique auquel elle est reliée. Dans le cas d'un connecteur, l'inventeur a vaincu ce préjugé et propose un connecteur électrique à contact en bout pour courants de fortes intensités, formé d'un socle actif et d'une fiche munie d'au moins une broche de contact qui est reliée à un câble électrique et qui est destinée à coopérer avec un contact mobile du socle, ledit contact mobile étant logé dans un isolant dudit socle, tandis que ledit isolant est pourvu d'un passage pour l'introduction de la broche de contact. Le connecteur selon l'invention est notamment remarquable en ce que la partie pénétrante de la broche de contact de la fiche présente une section droite dont les dimensions sont au plus égales aux dimensions de la section droite du passage de l'isolant du socle tandis que le câble électrique auquel la broche est reliée, présente une section droite bien supérieure à celle de la partie pénétrante de ladite broche. En effet, si l'échauffement d'un conducteur est inversement proportionnel à sa section, il est par contre directement proportionnel à sa longueur. Cependant, pour une petite longueur de broche, l'échauffement supplémentaire d à cette section réduite est relativement négligeable et se disperse aisément dans le câble. Les notions de base d'électricité ne pouvaient que détourner l'inventeur de la solution, lequel a su comprendre les limites qu'impose une formule élémentaire d'électricité dans le cadre particulier d'un connecteur électrique en constatant qu'une diminution de section sur une longueur très faible avait peu d'incidence sur la résistance et donc l'échauffement dans le connecteur. De préférence, pour un connecteur muni d'une broche cylindrique les diamètres du passage de l'isolant du socle et de la partie pénétrante de la broche de la fiche sont inférieurs à 12mm pour, par exemple, un câble de section supérieure à mm2. En effet, le doigt d'épreuve normalisé présente un diamètre maximal de 12 mm, et on comprend alors que le connecteur selon l'invention peut aisément subir avec succès l'essai du doigt d'épreuve tout en permettant l'utilisation de courants de fortes intensités. Toutefois, le doigt d'épreuve présente une forme qui rappelle celle d'un doigt humain et qui s'amincit donc vers son extrémité. De la sorte, il faut déterminer le bon choix de la longueur utile de la broche et de sa section. On sait qu'une section plus importante de la broche est favorable à un abaissement de l'échauffement mais a contrario, une plus grande section nécessite un plus grand diamètre du passage de l'isolant et donc une plus grande profondeur de pénétration du doigt d'épreuve, d'o une épaisseur plus importante de l'isolant et en fin de compte une plus grande longueur de la broche, ce qui favorise l'échauffement. L'inventeur a ainsi découvert que pour offrir une moindre résistance et diminuer l'échauffement, il ne fallait pas nécessairement une section la plus grande possible qui serait voisine des 12 mm du diamètre maximal du doigt d'épreuve. C'est pourquoi on peut par exemple préconiser un diamètre de la broche compris entre 5 et 9 mm pour une longueur de 6 à 15 mm, le diamètre du passage de l'isolant étant légèrement supérieur à celui de la broche tandis que l'épaisseur de l'isolant à traverser est égale à la longueur de la partie pénétrante de ladite broche diminuée de la longueur nécessaire pour la compression supplémentaire souhaitée pour le contact mobile. L'invention concerne bien sr en outre une fiche ou un socle pris séparément destinés à constituer un connecteur du type précité. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente en coupe et en partie un connecteur selon l'invention, en début de manoeuvre de connexion, - la figure 2 correspond à la figure 1 en position de connexion. Le connecteur représenté sur les dessins est ici un connecteur unipolaire comportant un socle 1 et une fiche 2 destinés à s'accoupler entre eux. Le socle 1 comporte un isolant 3 monté dans un carter 4 et dans lequel est aménagé un logement 5 pour un contact mobile 6 sous pression. Comme le montrent les dessins, le contact mobile 6 est ici constitué d'une tête de contact 7 munie par exemple d'une pastille d'argent, d'une tresse conductrice 8 et d'un ressort 9 de telle sorte que la tête de contact 7 est mobile par compression et expansion dudit ressort 9 et de la tresse 8. L'isolant 3 est pourvu d'un passage tubulaire cylindrique 10 ouvert vers l'extérieur. Le socle 1 qui vient d'être décrit est destiné à être accouplé avec la fiche 2 du connecteur, laquelle fiche est pourvue d'une broche cylindrique de contact 11 prévue pour constituer un contact en bout avec le contact mobile 6 sur la tête 7 duquel il vient prendre appui comme le montrent les dessins, la broche 11 étant ici également pourvue comme la tête 7 d'une pastille d'argent à son extrémité. En effet, au cours de l'accouplement de la fiche 2 dans le socle 1, la broche 11 de la fiche s'introduit dans l'isolant 3 par son passage 10 jusqu'à venir solliciter la tête de contact 7 du contact mobile 6 qu'il fait reculer par exemple de 4 à 5 mm, c'est25 à-dire de la longueur que l'on a déterminée pour la compression supplémentaire voulue du contact mobile, celui-ci étant déjà précontraint dans son logement. La figure 1 montre la fiche 2 dans le socle 1 en début de connexion tandis que sur la figure 2, la fiche 2 est complètement accouplée, la connexion étant assurée. A cet effet, divers autres moyens de guidage et de verrouillage sont évidemment prévus, comme une bague de connexion 12, une jupe intérieure 13 qui coopère avec un joint annulaire d'étanchéité 14. Le socle est ici classiquement actif, le contact mobile 6 étant sous tension électrique. La broche de contact 11 de la fiche qui est destinée à prendre le courant est pourvue d'une tête de sertissage 15 (en une ou plusieurs pièces) dans laquelle est serti un câble électrique 16, lequel est, par exemple, relié à un appareil électrique à alimenter. On comprend que le contact 6 du socle, même sous tension, n'est pas facilement accessible du fait qu'il est entièrement logé dans l'isolant 3. Pour atteindre ce contact, il faut passer par le passage 10 et afin de satisfaire le test du doigt d'épreuve comme expliqué ci-avant, il suffit que ledit passage 10 possède un diamètre suffisamment petit sur une certaine longueur correspondant à l'épaisseur de l'isolant à cet endroit. De ce fait, on comprend que la broche 11, o du moins la partie pénétrante de celle-ci, doit également posséder un diamètre au plus égal à celui du passage 10. Comme le montrent les dessins, le diamètre de la broche 11, ou d'au moins sa partie pénétrante, a été fortement réduit par rapport au diamètre du câble 16, ce qui permet d'assurer le passage d'un courant de forte intensité pour un voltage supérieur à 50 volts. Sur les dessins, on peut voir un câble 16 dont le diamètre est égal à plusieurs fois celui de la broche 11, un câble sensiblement identique étant en outre représenté sur les dessins pour le contact mobile 6 du socle 1. En considérant un diamètre maximal de 12 mm pour le doigt d'épreuve, il n'y a pas nécessairement avantage à se rapprocher de ce diamètre pour la broche 11. En fait, à partir du doigt d'épreuve, une profondeur de pénétration donnée dans l'isolant détermine le diamètre de l'orifice de passage de celui-ci. On connaît ainsi pour une profondeur de pénétration voulue le diamètre maximal du passage de l'isolant et son épaisseur minimale qui correspond à ladite profondeur de pénétration. Il est alors facile d'en déduire le diamètre maximal et la longueur minimale de la broche. Il est en effet clair que le diamètre maximal de la broche correspond au diamètre maximal du passage de l'isolant diminué du jeu nécessaire pour son introduction tandis que sa longueur minimale est égale à l'épaisseur minimale de l'isolant augmentée de la longueur d'écrasement supplémentaire du contact mobile. Ainsi l'inventeur a pu déterminer des couples de valeurs: (diamètre du passage de l'isolant, épaisseur de l'isolant) auxquels correspondent les couples de valeurs: (diamètre de la broche, longueur de la broche). Selon les besoins, on peut privilégier la plus faible épaisseur de l'isolant, par exemple pour des raisons d'encombrement et/ou de cot, ou la moindre résistance de la broche en vue d'un accroissement minimal de l'échauffement, etc. On peut ainsi préconiser un diamètre de la broche de 5 à 9 mm pour une longueur de 6 à 15 mm et plus particulièrement par exemple un diamètre de 6,7 mm pour une longueur de 8 mm. Les valeurs précitées, comme les dessins, montrent que la broche devient ainsi une sorte de téton de contact. Comme déjà dit, l'inventeur a vaincu le préjugé pour ce cas d'espèce qui était de vouloir conserver une section des conducteurs et des broches sensiblement constante pour le passage du courant et de même il a su réaliser qu'il fallait tenir compte des couples de valeurs longueursection et ne pas s'arrêter à la seule section pour optimiser le type de connecteur. En outre, si le mode de réalisation représenté et qui est donné à titre d'exemple, concerne un connecteur unipolaire, il est clair qu'il pourrait s'agir d'un connecteur muni de plusieurs contacts, ou encore d'un ensemble formé d'une pluralité de connecteurs unipolaires. REVENDICATIONS 1) Connecteur électrique à contacts en bout pour courants de fortes intensités, formé d'un socle actif (1) et d'une fiche (2) munie d'au moins une broche s (11) de contact qui est reliée à un câble électrique (16) et qui est destinée à coopérer avec un contact mobile (6) du socle (1), ledit contact mobile (6) étant logé dans un isolant (3) dudit socle, tandis que ledit isolant est pourvu d'un passage (10) pour l'introduction de la broche (11) de contact, connecteur caractérisé en ce qu'au moins la partie pénétrante de la broche (11) de contact de la fiche présente une section droite dont les dimensions sont au plus égales aux dimensions de la section droite du passage (10) de l'isolant (3) du socle (1) tandis que le câble électrique (16) auquel la broche (11) est reliée, présente une section droite bien supérieure à celle de la partie pénétrante de ladite broche. 2) Connecteur selon la revendication 1 muni d'une broche cylindrique, caractérisé en ce que les diamètres du passage (10) de l'isolant (3) du socle et de la partie pénétrante de la broche (11) de la fiche sont inférieurs à 12mm. 3) Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le câble (16) présente une section supérieure à 100 mm2. 4) Connecteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la partie pénétrante de la broche (11) présente un diamètre compris entre 5 et 9 mm et une longueur comprise entre 6 et 15 mm, le diamètre du passage de l'isolant étant légèrement supérieur à celui de la broche tandis que l'épaisseur de l'isolant à traverser est égale à la longueur de la partie pénétrante de ladite broche (11) diminuée de la longueur nécessaire pour la compression supplémentaire souhaitée pour le contact mobile (6). ) Fiche (2) destinée à constituer la fiche d'un connecteur électrique selon l'une des revendications 1 à 4. 6) Socle (1) destiné à constituer le socle d'un connecteur électrique selon l'une des revendications 1 à 4.