Brevet FR3058840A1 — publié le 20180518

DP-322836 CONTACT ELECTRIQUE FEMELLE DE PUISSANCE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de la connectique automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un contact électrique femelle de puissance pour véhicule automobile. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les connecteurs de puissance peuvent être utilisés notamment dans les véhicules hybrides et électriques pour connecter des câbles de recharge électrique et/ou différents composants d'un circuit de puissance (convertisseurs, batteries, moteurs, etc.). De tels connecteurs doivent pouvoir supporter des courants pouvant aller jusqu'à 63 Ampères, 97Ampères, voire 125Ampères ou plus à l'avenir. Afin de supporter des densités de courant importantes, les contacts électriques mâles et femelles de puissance utilisés dans ces connecteurs doivent être de relativement grandes dimensions. Durant la recharge des véhicules électriques ou hybrides par les câbles de recharges électriques, des dispositifs de sécurité empêchent la déconnexion de ces câbles. Cependant une défaillance de ces dispositifs est toujours possible. C'est pourquoi, selon le standard IEC 62196, il est demandé en outre de tester la robustesse des connecteurs de charge dans un mode dégradé particulier. Il est notamment demandé de vérifier la robustesse des connecteurs de charges lors de multiple cycles de connexion / déconnexion du connecteur de charge lorsque celui-ci est encore sous tension. Lors de la déconnexion sous tension, des arcs électriques dégradent les terminaux électriques des connecteurs de charge, entrainant à termes la défaillance de ces connecteurs. Il est donc important de proposer une solution nouvelle résolvant ces 30 problèmes. SUME DE L'INVENTION Un contact électrique femelle, prévu pour être intégré à un connecteur pour connecter des câbles de recharge électrique de véhicules hybrides 35 ou électriques, comprend un culot et une douille s'étendant en continuité selon un 3058840 2 axe central longitudinal, le culot étant prévu pour être relié à un câble électrique, la douille étant prévue pour recevoir un contact électrique mâle, le culot et la douille étant fait d'un métal conducteur. La douille comporte au moins deux languettes courtes élastiques et deux languettes longues élastiques, les languettes 5 étant électriquement conductrices. Chaque languette s'étend selon l'axe central longitudinal à partir du culot vers une extrémité libre, les languettes courtes et les languettes longues étant réparties de manière alterné autour de l'axe central longitudinal, chaque extrémité libre comprenant une surface de contact prévue pour exercer une force de contact sur un contact électrique mâle inséré dans la 10 douille selon l'axe central longitudinal, les languettes longues étant plus longue longitudinalement que les languettes courtes, le contact électrique femelle comprenant une zone de transition comprise entre les extrémités libres des languettes courtes et les extrémités libres des languettes longues, permettant au contact électrique mâle de n'être en contact qu'avec une ou plusieurs languettes 15 longues, sans être en contact avec une languette courte, lors d'une opération de retrait du contact électrique mâle de sorte que lors d'une déconnexion sous charge, le courant circule transitoirement uniquement au travers d'au moins une languette longue en appui sur le contact électrique mâle, le courant circulant devenant plus faible que le courant nominal de charge limitant ainsi le risque d'arc électrique. 20 Les languettes longues élastiques peuvent être deux à trois fois plus longues que les languettes courtes élastiques. Les languettes courtes élastiques peuvent avoir une force de contact au moins 8 fois plus importante que les languettes longues élastiques. Les languettes courtes élastiques peuvent avoir une résistance de contact au moins deux fois plus faible que les languettes longues 25 élastiques. Les surfaces de contact des languettes courtes élastiques peuvent être recouvertes d'Argent. Les surfaces de contact des languettes longues élastiques peuvent être recouvertes de Nickel. Le contact électrique femelle peut comprendre trois languettes courtes élastiques et trois languettes longues élastiques, les trois languettes courtes élastiques et les trois languettes longues élastiques pouvant être régulièrement réparties en cercle à équidistance de l'axe central longitudinal. Les languettes courtes élastiques peuvent avoir une longueur comprise entre 10 et 15 millimètres. Les languettes longues élastiques peuvent avoir une longueur comprise entre 20 et 3058840 3 30 millimètres. Les languettes courtes élastiques et les languettes longues élastiques peuvent ne se différentier géométriquement que par leur longueur. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: - La figure 1 représente schématiquement en perspective, le corps d'un contact électrique femelle de puissance selon l'invention. 10 - la figure 2 représente schématiquement en perspective, le contact électrique femelle de puissance de la figure 1 dans lequel est inséré un contact électrique mâle de puissance lors de la charge d'un véhicule. - La figure 3 représente schématiquement en perspective, le 15 contact électrique femelle de puissance de la figure 1 dans lequel le contact électrique mâle de puissance est en phase transitoire de déconnexion avec le contact électrique femelle. - La figure 4 est un graphe représentant l'évolution de la résistance électrique de contact entre les languettes du contact femelle et le 20 contact électrique mâle inséré en fonction de la force de contact exercée par les languettes du contact femelle sur le contact mâle, et également en fonction du revêtement de surface des languettes. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES 25 Selon la figure 1 un exemple de mode de réalisation d'un contact électrique femelle 10 de puissance est représenté. Ce contact électrique 10 est notamment prévu pour être intégré à un connecteur de puissance pouvant être utilisé notamment dans les véhicules hybrides et électriques pour connecter des câbles de recharge électrique. 30 Le contact électrique femelle 10 s'étend longitudinalement dans une direction D entre une extrémité arrière 12 et une extrémité avant 14. L'extrémité arrière 12 est prévue pour être reliée à un câble (non-représenté) par soudure ou 3058840 4 sertissage, par exemple. L'extrémité avant 14 est prévue pour guider l'insertion d'un contact électrique mâle. Le contact électrique femelle 10 comporte, de l'arrière vers l'avant, un culot 16 et une douille 18. Un épaulement 20 est agencé entre le culot 16 et la 5 douille 18 de manière à pouvoir emmancher un manchon de protection sur la douille 18 venant en continuité du culot 16. Le contact électrique femelle 10 est constitué d'un matériau électriquement conducteur tel qu'un alliage de cuivre (par exemple CuNiPb1P). Le culot 16 comporte une extrémité de fixation 22 destinée à être reliée 10 au câble. Il comporte également une gorge 24, entre deux nervures 26, destinée à recevoir un joint torique (non-représenté). La douille 18 étant prévue pour recevoir un contact électrique mâle. La douille 18 comporte six languettes 28, 30 élastiques venues de matière avec le culot 16 et réparties autour d'un axe A central longitudinal parallèle à la direction 15 D. Les six languettes 28, 30 sont électriquement conductrices. Les languettes sont constituées d'un matériau électriquement conducteur tel qu'un alliage de cuivre (par exemple CuNiPb1P). Chaque languette élastique 28, 30 s'étend longitudinalement à partir du culot 16 vers une extrémité libre 38, 40. Les six languettes 28, 30 se répartissent 20 en un premier groupe de trois languettes courtes 28 et un second groupe de trois languettes longues 30. Les trois languettes courtes 28 et les trois languettes longues 30 sont régulièrement réparties en cercle à équidistance de l'axe A. Les languettes courtes 28 et les languettes longues 30 sont réparties de manière à ce que chaque languette courte 28 soit agencée entre deux languettes longues 30. Et 25 donc également, chaque languette longue 30 est agencée entre deux languettes courtes 28. Les languettes 28, 30 sont espacées de leurs languettes 28, 30 voisines par un espace inter languette 32. Les espaces inter languettes 32 sont donc au nombre de six. Les espaces inter languettes 32 sont globalement de même dimension. 30 Selon le mode de réalisation représentée, les languettes longues 30 ne diffèrent des languettes courtes 28 que par leur longueur, les languettes longues 30 étant plus longue longitudinalement que les languettes courtes 28. De préférence, les languettes courtes 28, sont toutes de même longueur. De préférence, les 3058840 5 languettes longues 30 sont toutes de même longueur. La longueur, selon l'axe A, des languettes longues 30 est généralement de deux à trois fois plus grande que la longueur des languettes courtes 28. A titre d'exemple, les languettes courtes 28 mesurent approximativement une dizaine de millimètres alors que les languettes 5 longues 30 mesures une trentaine de millimètres. Les languettes courtes 28 et les languettes longues 30 sont légèrement inclinées (par exemple par exemple de 3° par rapport à la direction longitudinale D), de l'arrière vers l'avant, vers l'intérieur de la douille 18 par rapport à la direction D de manière à être repoussées élastiquement radialement vers 10 l'extérieur de la douille 18, lorsqu'un contact mâle d'un connecteur mâle est inséré entre les languettes 28, 30. Cette inclinaison procure aux languettes 28, 30 des propriétés élastiques permettant d'exercer une force de contact sur un contact mâle inséré dans la douille 18. Du fait également de l'inclinaison, des surfaces de contacts 34, 36 des languettes 28, 30 sont situées aux extrémités libres 38, 40 des 15 languettes 28, 30. Plus précisément, les surfaces de contacts 34, 36 sont localisées sur la surface interne 42, 44 de chaque extrémité libre 38, 40 des languettes 28, 30 dirigée vers l'axe A, la dite surface interne 42, 44 étant prévue pour établir un contact électrique avec un contact électrique mâle de puissance. Selon la figure 2, un contact électrique mâle 46 de puissance est inséré 20 dans la douille 18 du contact électrique femelle 10 selon l'axe central longitudinal A. Le contact mâle 46 est suffisamment inséré dans la douille 18 de manière à ce qu'aussi bien les surfaces de contact 36 des languettes longues 30 que les surfaces de contact 34 des languettes courtes 28 viennent en appui sur le contact mâle 46. Cette configuration est celle pour laquelle un courant électrique de charge peut 25 circuler depuis le contact électrique mâle 46 vers le contact électrique femelle 10 lors de la charge d'un véhicule. La charge du véhicule se fait à tension constante. Les languettes courtes 28 se différenciant des languettes longues 30 par leur longueur, la différence de force de contact exercée par les languettes 28, 30 du mode de réalisation représenté est proportionnelle à la longueur des languettes 30 28, 30. La force de contact exercée décroit de manière cubique avec la longueur des languettes 28, 30. Plus les languettes 28, 30 sont longues, plus la force de contact est faible. En l'occurrence, les languettes longues 30 étant globalement un peu plus de deux fois plus longues que les languettes courtes 28, leur force de 3058840 6 contact sur le contact mâle 46 est donc au moins huit fois plus faible. Par exemple, les languettes courtes 28 mesurant globalement une dizaine de millimètres peuvent exercer sur le contact mâle 46 une force de 6,5 Newtons alors que les languettes longues 30 mesurant une vingtaine de millimètres peuvent exercer sur 5 le contact mâle 46 une force de 0.8 Newton. On comprendra donc, que selon l'invention, les languettes courtes 28 garantissent essentiellement le maintien mécanique du contact mâle 46 dans la douille 18 alors que les languettes longues 30 servent de guide d'insertion du contact mâle 46 dans la douille 18. Dans la configuration illustrée par la figure 2, un courant électrique de 10 charge Ic circule depuis le contact électrique mâle 46 vers le contact électrique femelle 10. Le courant électrique de charge Ic, circulant dans le contact mâle 46 représenté par un barreau cylindrique, doit se répartir au travers des trois languettes courtes 28 et des trois languettes longues 30. Cette répartition du courant électrique de charge Ic dans les languettes 28, 30 se fait 15 proportionnellement à la valeur de la résistance électrique de contact des languettes 28, 30. Les languettes courtes 28 se différenciant des languettes longues par leur longueur, la résistance électrique de contact des languettes 28, 30 est proportionnelle à la longueur des languettes 28, 30. La résistance électrique de contact augmente de façon quasi linéaire avec la longueur des languettes 28, 30. 20 En l'occurrence, les languettes longues 30 étant globalement un peu plus de deux fois plus longues que les languettes courtes 28, leur résistance électrique de contact est donc au moins deux fois plus importante. Par exemple, les languettes courtes 28 mesurant globalement une dizaine de millimètres peuvent avoir une résistance électrique de contact de l'ordre d'un demi milli-ohm, alors que les 25 languettes longues 30 mesurant une vingtaine de millimètres peuvent avoir une résistance électrique de contact de l'ordre d'un milli-ohm. On comprendra donc que selon l'invention, le courant électrique de charge Ic circule essentiellement au travers des languettes courtes 28. Selon la figure 3, le contact électrique mâle 46 est en phase de 30 déconnexion avec le contact électrique femelle 10. Selon la configuration représentée, le contact mâle 46 a été déplacé selon la direction D, depuis sa position initiale prévue pour la charge du véhicule, c'est à dire depuis sa position illustrée au travers de la figure 2, jusqu'aux extrémités libres 40 des trois 3058840 7 languettes longues 30. Le contact électrique mâle 46 est donc encore au contact de la douille 18 par uniquement l'intermédiaire des trois languettes longues 30. Un courant électrique, dit courant électrique de déconnexion Id, circule au travers du contact électrique mâle 46 et des languettes longues 30 du contact électrique 5 femelle 10. Afin de reproduire le test de défaillance du système de coupure de charge, la charge à tension constante est maintenue dans cette configuration. Selon cette configuration, le seul chemin possible permettant au courant électrique de décharge Id de circuler depuis le contact électrique mâle 46 vers le contact 10 électrique femelle 10, est celui au travers des trois languettes longues 30. Les trois languettes longues 30 présentent non seulement une force de contact faible mais surtout une résistance de contact deux à trois fois plus élevée que celle des trois languettes courtes 28. La résistance de contact des trois languettes longues 30 est dimensionnée de sorte que le courant électrique de déconnexion Id est deux à trois 15 fois plus faible, voire plus, que le courant électrique de charge Ic. En conséquence, ce courant de déconnexion Id n'est pas optimal pour la charge du véhicule. On comprendra bien que cette configuration n'est pas une configuration normale de charge. L'effet technique majeur de cette invention est de pouvoir réduire le 20 courant électrique de charge Ic circulant dans les contacts électriques avant le retrait complet du contact électrique mâle 46 de sorte à réduire au maximum les effets d'arcs électriques. Le contact électrique femelle 10 comprend donc une zone de transition 48 comprise entre les extrémités libres 38 des languettes courtes 28 et les extrémités libres 40 des languettes longues 30. La zone de transition est 25 une zone pour laquelle le courant circulant dans le contact électrique mâle et le contact électrique femelle 10 est réduit. Une partie des trois languettes longues 30 sert donc de zone transition 48 pour réduire le courant lors de la déconnexion du contact électrique mâle 46 avec le contact électrique femelle 10 afin de limiter l'apparition d'arcs électriques. Dans cette zone de transition 48, le contact mâle 46 30 ne peut être uniquement qu'au contact avec au moins une languette longue 30. Dans cette zone de transition 48, le contact électrique mâle 46 n'est pas en contact avec une languette courte 28. Autrement dit, dans la zone de transition 48, le 3058840 8 contact électrique mâle 46 n'est en contact qu'avec une ou plusieurs languettes longues 30, sans être en contact avec une languette courte 28. Selon le mode de réalisation représenté, le contact électrique mâle 46 est au contact avec les trois languettes longues 30, mais n'est pas en contact avec les 5 trois languettes courtes 28. Dans cette configuration de déconnexion sous charge, le courant de déconnexion Id circule transitoirement uniquement au travers des trois languettes longues 30 en appui sur le contact électrique mâle 46, le courant de déconnexion circulant devenant plus faible que le courant électrique de charge Ic limitant ainsi le risque d'arc électrique lors du retrait complet du contact 10 électrique mâle 46. La limitation d'arcs électrique permet non seulement d'éviter la dégradation des contacts électriques mais également de protéger un individu effectuant cette déconnexion. Sans cette zone de transition 48, le courant électrique avant déconnexion 15 aurait été celui optimum de la charge, c'est-à-dire par exemple d'au moins 63 Ampères. Dans ce cas de figure, la déconnexion subite sous tension aurait généré un phénomène d'arc électrique entrainant la dégradation des contacts électriques. Selon la figure 4, deux courbes Cni, Cag représentent l'évolution de la résistance électrique de contact entre les languettes 28, 30 du contact électrique 20 femelle 10 et le contact électrique mâle 46 inséré en fonction de la force de contact exercée par les languettes 28, 30 du contact femelle 10 sur le contact mâle 46. L'axe des abscisses F représente la force de contact d'une languette 28, 30. Les valeurs indiquées en Newton sont donc proportionnelles à la longueur de 25 la languette 28, 30. L'axe des ordonnées 0 représentent la valeur ohmique de la résistance de contact d'une languette 28, 30 en fonction de sa force de contact, c'est-à-dire en fonction de la longueur de la languette 28, 30. Les deux courbes Cni, Cag sont réalisées chacune avec un revêtement de surface différents sur les languettes 28, 30. 30 La première courbe Cag est obtenue lorsque la surface de contact 34, 36 d'une languette 28, 30, c'est-à-dire la zone destinée à venir établir un contact électrique avec le contact électrique mâle 46 de puissance, est entièrement 3058840 9 recouverte avec une couche de métal noble, en l'espèce de l'argent. Par exemple, la couche de métal noble est de 401.1m d'épaisseur. La seconde courbe Cni est obtenue en recouvrant la surface de contact 34, 36 d'une languette 28, 30 avec du Nickel. 5 De ces deux courbes Cni, Cag, on comprendra que recouvrir les surfaces de contact 34 des languettes courtes 28 avec de l'Argent permet de réduire la résistance de contact. A titre d'exemple, une languette courte 28 recouverte d'Argent, de longueur telle que la force de contact est de l'ordre de 6,5 Newton présente une résistance électrique de contact de l'ordre d'un quart de milli-ohm. 10 En revanche, à titre d'exemple, une languette longue 30 recouverte de Nickel de longueur telle que la force de contact est de l'ordre d'un Newton présente une résistance électrique de contact de l'ordre de 2,5 milli-ohm. Dans un mode de réalisation particulier, les surfaces de contact 34 des trois languettes courtes 28 sont entièrement recouvertes d'Argent, alors que les 15 surfaces 36 de contact des trois languettes longues 30 sont entièrement recouvertes de Nickel. Alternativement, les trois languettes courtes 28 ainsi que le culot 16 du contact électrique femelle 10 peuvent-être entièrement recouverts d'Argent afin de présenter la résistance électrique la plus faible pour optimiser le courant électrique 20 de charge Ic, tandis que les trois languettes longues 30 peuvent être entièrement recouvertes de Nickel afin de présenter la résistance électrique la plus élevé pour réduire au maximum le courant de déconnexion Id lors d'une déconnexion sous tension. Egalement, les surfaces de contacts peuvent être que partiellement 25 recouvertes d'Argent ou de Nickel. D'autres métaux prévus pour recouvrir les languettes 28, 30 sont possibles, le but à atteindre étant de réduire au maximum la résistance électrique de contact des languettes courtes 28 et d'augmenter au maximum la résistance électrique de contact des languettes longues 30. 30 Les longueurs selon l'axe central longitudinal A et proportions des languettes courtes 28 et des languettes longues 30 décrites à travers le mode de réalisation décrit ne sont pas limitative. Des languettes 28 plus courtes associées avec des languettes 30 bien plus longues permettent également d'obtenir le 3058840 10 résultat recherché, à savoir minimiser la formation d'arcs électriques lors d'une déconnexion sous charge. Egalement, la forme géométrique des languettes 28, 30, leur épaisseur ainsi que le matériau choisi, peuvent être autant de paramètres ajustables pour 5 obtenir la résistance de contact et la force de contact voulue des languettes 28, 30. Bien que l'invention a été décrite au travers d'un mode de réalisation d'un contact électrique femelle 10 comportant trois languettes courtes 28 et trois languettes longues 30, d'autres modes de réalisation comportant au moins deux languettes courtes 28 et deux languettes longues 30 agencées autour de l'axe A et 10 de manière alternée sont possibles. Les languettes longues 30 se doivent de servir de guide d'insertion du contact électrique mâle 46 et les languettes courtes 28 de maintien du contact électrique mâle 46, en plus de leur rôle électrique lors de la charge du véhicule et lors de la déconnexion sous tension du contact électrique mâle 46 avec le contact électrique femelle 10. 15 REVENDICATIONS1. Contact électrique femelle (10) prévu pour être intégré à un connecteur pour connecter des câbles de recharge électrique de véhicules hybrides ou électriques, le contact électrique femelle (10) comprenant un culot (16) et une douille (18) s'étendant en continuité selon un axe central longitudinal (A), le culot (16) étant prévu pour être relié à un câble électrique, la douille (18) étant prévue pour recevoir un contact électrique mâle (46), le culot (16) et la douille (18) étant fait d'un métal conducteur, caractérisé en ce que la douille (18) comporte au moins deux languettes courtes (28) élastiques et deux languettes longues (30) élastiques, les languettes (28, 30) étant électriquement conductrices ; chaque languette (28, 30) s'étendant selon l'axe central longitudinal (A) à partir du culot (16) vers une extrémité libre (38, 40), les languettes courtes (28) et les languettes longues (30) étant réparties de manière alterné autour de l'axe central longitudinal (A), chaque extrémité libre (38, 40) comprenant une surface de contact (34, 36) prévue pour exercer une force de contact sur un contact électrique mâle (46) inséré dans la douille (18) selon l'axe central longitudinal (A), les languettes longues (30) étant plus longue longitudinalement que les languettes courtes (28), le contact électrique femelle (10) comprenant une zone de transition (48) comprise entre les extrémités libres (38) des languettes courtes (28) et les extrémités libres (40) des languettes longues (30), permettant au contact électrique mâle (46) de n'être en contact qu'avec une ou plusieurs languettes longues (30), sans être en contact avec une languette courte (28), lors d'une opération de retrait du contact électrique mâle (46) de sorte que lors d'une déconnexion sous charge, le courant (Id) circule transitoirement uniquement au travers d'au moins une languette longue (30) en appui sur le contact électrique mâle (46), le courant circulant (Id) devenant plus faible que le courant nominal de charge (Ic) limitant ainsi le risque d'arc électrique. 3058840 12 2. Contact électrique femelle (10) selon la revendication 1 caractérisé en ce que les languettes longues (30) élastiques sont deux à trois fois plus longues que les languettes courtes (28) élastiques. 3. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les languettes courtes (28) élastiques ont une force de contact au moins 8 fois plus importante que les languettes longues (30) élastiques. 4. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les languettes courtes (28) élastiques ont une résistance de contact au moins deux fois plus faible que les languettes longues (30) élastiques. 5. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les surfaces de contact (34) des languettes courtes (28) élastiques sont recouvertes d'Argent. 20 6. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les surfaces de contact (36) des languettes longues (30) élastiques sont recouvertes de Nickel. 7. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend trois languettes courtes (28) élastiques et trois languettes longues (30) élastiques; les trois languettes courtes (28) élastiques et les trois languettes longues (30) élastiques étant régulièrement réparties en cercle à équidistance de l'axe 30 central longitudinal (A). 5 10 15 3058840 13 8. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les languettes courtes (28) élastiques ont une longueur comprise entre 10 et 15 millimètres. 5 9. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les languettes longues (30) élastiques ont une longueur comprise entre 20 et 30 millimètres. 10. Contact électrique femelle (10) selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes caractérisé en ce que les languettes courtes (28) élastiques et les languettes longues (30) élastiques ne diffèrent géométriquement que par leur longueur.