Brevet FR3053845A1 — publié le 20180112

Procédés de fabrication et de connexion d'un connecteur [1] L'invention concerne le domaine de la connectique automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un connecteur femelle de 5 puissance pour véhicule automobile, ainsi qu'un procédé de connexion d'un tel connecteur avec un connecteur mâle de puissance. [2] 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 10 connecteurs doivent pouvoir supporter des courants pouvant aller jusqu'à 63A, 97A, voire 125A. 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. En outre, ils sont généralement usinés d'une seule pièce dans un barreau de matière, afin de répartir le plus uniformément possible les lignes de courant en leur sein. 15 [003] De plus, afin de limiter au maximum les échauffements aux points de contact, au moins certaines zones des contacts, et notamment celles au niveau desquelles sont établis les points de contact électrique entre les contacts mâles et femelles de puissance, sont revêtues d'un métal noble tel que l'argent. On peut ainsi limiter ou éviter les oxydations et/ou réduire la résistance ce contact. 20 [004] Des contacts de puissance de grandes dimensions, éventuellement revêtus de métaux nobles sont relativement coûteux à fabriquer. Aussi, cherche-t-on des solutions plus économiques. [005] Cependant, des contraintes sont imposées pour la réalisation de ces connecteurs. Par exemple, certaines dimensions des boîtiers de matériau isolant dans lesquels sont logés les 25 contacts de puissances, peuvent être définies par des normes. Ainsi, la norme VC075 revCD 62196-2 IEC 201009-27 impose que l'extrémité d'un contact femelle de puissance logé dans la cavité d'un boîtier se trouve à 7,2mm de l'extrémité de ce boîtier, considérée par rapport à la direction longitudinale du contact femelle. Dans ce cas, si les dimensions du contact mâle destiné à y être inséré demeurent les mêmes, ce sont essentiellement les dimensions de 30 l'isolant du boîtier du connecteur femelle qui imposent la longueur du contact femelle de puissance. 3053845 2 [6] Il est alors prévu selon l'invention un procédé de fabrication d'un connecteur femelle, dans lequel on fournit un contact femelle de puissance et un boîtier isolant. Le contact femelle de puissance est réalisé dans un premier matériau métallique électriquement conducteur. Ce contact femelle de puissance s'étend dans une direction longitudinale. Il comporte un culot et une douille. Cette douille comprend elle-même au moins une languette élastique venue de matière avec le culot, cette languette élastique s'étendant longitudinalement à partir du culot vers une extrémité libre. Le boitier isolant comporte une extrémité avant d'accouplement et une cavité débouchant, vers l'extrémité avant d'accouplement, sur une ouverture pour l'introduction d'un contact mâle de puissance. On place alors le contact femelle de puissance dans la cavité, avec le culot vers l'arrière de la cavité et la douille vers l'avant de la cavité, c'est-à-dire, orientée vers l'ouverture. Et on fournit également un manchon réalisé dans un deuxième matériau, éventuellement métallique et électriquement conducteur (mais il peut être en matière plastique), entourant la douille et s'étendant à partir de la douille en direction de l'ouverture, au-delà de chaque languette élastique, jusqu'à une extrémité avant située au maximum à une distance normalisée (c'est-à-dire imposée par une norme, un standard ou des spécifications) de l'extrémité avant d'accouplement. [7] Ainsi, grâce à ces dispositions, le manchon permet de prolonger le culot et la douille dans la direction longitudinale, avec éventuellement moins de matière et/ou une matière moins coûteuse que si le contact femelle de puissance dans sa totalité avait été fabriqué comme le culot et la douille. Mais la distance normalisée (7,2 mm dans le cas de la norme VC075 revCD 62196-2 IEC 201009-27) entre l'extrémité avant du contact femelle de puissance et l'extrémité avant d'accouplement du boîtier isolant est respectée grâce à la présence du manchon qui remplace en partie la douille qui autrement aurait dû être plus longue. [8] Ce procédé de fabrication d'un connecteur femelle comporte éventuellement l'une 25 et/ou l'autre des caractéristiques suivantes considérées indépendamment l'une de l'autre ou en combinaison d'une ou plusieurs autres : [9] - la douille est au moins partiellement revêtue d'un métal noble et le manchon ne comporte aucun revêtement ; [0010] - le deuxième matériau est un alliage de cuivre, tel que du laiton. 30 [0011] Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de connexion d'un connecteur femelle de puissance réalisé comme indiqué précédemment, avec un connecteur mâle de puissance comportant au moins un contact mâle de puissance, dans lequel on accouple le 3053845 3 connecteur mâle de puissance et le connecteur femelle de puissance en insérant le contact mâle de puissance dans l'ouverture du boîtier du connecteur femelle, jusqu'à ce que la distance d'interférence entre la languette et le contact mâle de puissance soit d'au moins lmm. [0012] Eventuellement, la distance d'interférence entre la languette et le contact mâle de 5 puissance est inférieure à 50% de la longueur de la portion du contact mâle de puissance engagée dans le contact femelle de puissance (manchon compris). [0013] Eventuellement, lors de la connexion du connecteur femelle de puissance avec le connecteur mâle de puissance, on réalise un contact électrique entre un premier contact de contrôle présent dans le connecteur femelle de puissance et un deuxième contact de contrôle 10 présent dans le connecteur mâle de puissance, après avoir réalisé un contact électrique entre le contact femelle de puissance et le contact mâle de puissance. [0014] Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un connecteur femelle comprenant un contact femelle de puissance et un boîtier isolant. Le contact femelle de puissance est réalisé dans un premier matériau métallique électriquement conducteur. Il s'étend dans une 15 direction longitudinale et comporte un culot. Il comprend également une douille comprenant elle-même au moins une languette élastique venue de matière avec le culot. Cette languette élastique s'étend longitudinalement à partir du culot vers une extrémité libre. Le boitier isolant comporte une extrémité avant d'accouplement et une cavité débouchant, vers l'extrémité avant d'accouplement, sur une ouverture pour l'introduction d'un contact mâle de puissance. 20 Le contact femelle de puissance est logé dans la cavité, avec la douille orientée vers l'ouverture. Un manchon réalisé dans un deuxième matériau, éventuellement métallique et électriquement conducteur, entoure la douille et s'étend à partir de la douille en direction de l'ouverture, au-delà de chaque languette élastique, jusqu'à une extrémité avant située au maximum à une distance normalisée de l'extrémité avant d'accouplement. [0015] Eventuellement, la longueur totale de la douille et du culot est inférieure à 70% de la longueur totale du culot et du manchon. [0016] Eventuellement, la douille est constituée d'un alliage de cuivre au moins partiellement revêtu d'argent et le manchon est constitué de laiton. [0017] Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un ensemble de connexion comprenant un connecteur femelle de puissance tel que mentionné précédemment et un connecteur mâle de puissance, dans lequel la distance d'interférence entre la languette et le 3053845 4 contact mâle de puissance est inférieure à 50% de la longueur de la portion du contact mâle de puissance engagé dans le contact femelle de puissance. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit ainsi que sur les dessins annexés. Sur ces dessins : 5 la figure 1 représente schématiquement en perspective un contact électrique femelle de puissance, destiné à être logé dans un connecteur femelle de puissance selon l'invention ; la figure 2 représente schématiquement en élévation latérale, le corps du contact électrique femelle de puissance de la figure 1 ; 10 la figure 3 représente schématiquement en élévation latérale, le contact électrique femelle de puissance de la figure 1 dans lequel est insérée un contact électrique mâle de puissance ; la figure 4 représente schématiquement en perspective et en coupe une partie d'un connecteur femelle de puissance selon l'invention dans lequel est logé le 15 contact électrique femelle de puissance de la figure 1; la figure 5 représente schématiquement en coupe des portions respectives de connecteurs mâle et femelle accouplés ; les figures 6A et 6B représentent schématiquement la séquence d'accouplement des connecteurs mâle et femelle de la figure 5. 20 [0019] Dans ce document les termes « avant », « arrière », etc. sont purement conventionnels et font, le cas échéant, référence aux orientations telles que représentées sur les figures. [0020] Sur la figure 1 est représenté un exemple de mode de réalisation d'un contact électrique femelle de puissance 1. Celui-ci s'étend longitudinalement dans une direction D entre une extrémité arrière 2 et une extrémité avant 3. L'extrémité arrière 2 est destinée à être 25 reliée à un câble (non-représenté) par soudure ou sertissage, par exemple. L'extrémité avant 3 est ouverte afin qu'un contact mâle 4 de connecteur mâle 5 puisse y être inséré (voir aussi la figures 3 et 5). [0021] Ce contact électrique femelle de puissance 1 comporte un corps 6, vers l'extrémité arrière 2, et un manchon 7, vers l'extrémité avant 3. Le corps 6 et le manchon 7 sont deux 30 pièces distinctes, chacune constituée d'un matériau différent. Le corps 6 est constitué d'un premier matériau électriquement conducteur tel qu'un alliage de cuivre (par exemple CuNiPb1P). Le corps 6 est usiné et alésé dans un barreau du premier matériau électriquement 3053845 5 conducteur. Le corps 6 comporte lui-même un culot 8 et une douille 9 (voir la figure 2). Le culot 8 comporte une extrémité de fixation 10 destinée à être reliée à un câble. Il comporte également une gorge 11, entre deux nervures 12, destinée à recevoir un joint torique (non-représenté). La douille 9 comporte au moins une languette élastique 13. Dans l'exemple 5 représenté sur les figures 1 à 4, la douille 9 comporte six languettes 13 symétriquement réparties autour d'un axe A central longitudinal parallèle à la direction D. Chaque languette élastique 13 s'étend longitudinalement à partir du culot 8 vers une extrémité libre 24. La douille 9 comporte une surface interne dirigée vers l'axe A, revêtue d'une couche de métal noble, tel que de l'argent, au moins au niveau des zones de contact 14 des languettes 13 (c' est- 10 à-dire des zones destinées à venir établir un contact électrique avec un contact mâle 4 de puissance). Par exemple, la couche de métal noble revêt la totalité du corps (surfaces interne et externe) sur 401.1m d'épaisseur. [0022] L'usinage du corps 6 est réalisé par enlèvement de matière (On comprend alors que cette opération produit une quantité relativement importante de déchets lorsque le corps est 15 usiné dans un barreau dont la longueur correspond ici à celle du corps muni de son manchon). [0023] Le manchon 7 est constitué d'un cylindre extrudé dans un deuxième matériau métallique électriquement conducteur. Par exemple, le deuxième matériau métallique électriquement conducteur est du laiton (par exemple CuZn39Pb3). Contrairement, à l'usinage du corps 6, la production du manchon 7 ne produit pas (ou peu) de déchets. 20 [0024] Le manchon 7 s'étend entre le culot 8 et une extrémité avant 26. Il recouvre la douille 9, et donc les languettes 13 sur toute leur longueur. Le manchon 7 est emmanché à force sur la douille 9. Le manchon 9 protège les languettes 13. Un épaulement 15 est usiné entre le culot 8 et la douille 9 de manière à ce que la surface externe du manchon 7 se trouve dans la continuité de celle du culot 8. 25 [0025] Le corps 6 mesure par exemple 27,25mm, tandis que la totalité de la longueur du contact femelle de puissance 1 (c'est-à-dire lorsque le manchon 7 est emmanché sur le corps 6) est de 42,25mm. Donc la longueur du corps 6 (soit la totalité de la longueur du culot 8 et de la douille 9) fait environ 60% de la longueur du contact femelle de puissance 1 (donc de la longueur totale du culot 8 et du manchon 7). Les contacts femelles de puissance de l'art 30 antérieur utilisés pour ce type d'application mesurent 42,25mm. L'utilisation de contacts femelles de puissance 1 selon l'invention permet d'économiser 36% du premier matériau brut 3053845 6 par rapport à ce que nécessite la fabrication de contacts femelles de puissance de l'art antérieur. En outre, l'économie de métal noble (Ag) est de 41%. [0026] Les languettes 13 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 9 5 par rapport à la direction D de manière à être repoussées élastiquement radialement vers l'extérieur de la douille 6, en direction du manchon 7, lorsqu'un contact mâle 4 d'un connecteur mâle 5 est inséré entre les languettes 13. [0027] Comme représenté sur la figure 4, le contact femelle de puissance 1 (corps 6 et manchon 7) est logé dans une cavité 16 réalisée dans un boîtier isolant 17 (en matière 10 plastique moulée) d'un connecteur femelle 18. L'une des nervures 12 vient en butée sur un épaulement 19 situé dans la cavité 16. L'extrémité avant 3 du contact femelle de puissance 1 se trouve à proximité d'une ouverture 20 ménagée dans le boîtier isolant 17 et destinée à l'introduction d'un contact mâle 4 de connecteur mâle 5. Cette ouverture 20 se trouve légèrement en retrait d'un bord frontal 21 du boîtier isolant 17. Ce bord frontal 21 forme la 15 partie située la plus en avant du boîtier isolant 17, autrement dit une extrémité avant d'accouplement 25. [0028] Plus précisément, comme représenté sur les figures 4 et 5, l'extrémité avant 3 du contact femelle de puissance 1, correspondant à l'extrémité avant 26 du manchon 7, est à une distance normalisée d=7,2mm du bord frontal 21, correspondant à l'extrémité avant 20 d'accouplement 25 du boîtier 18, cette distance étant mesurée selon une direction parallèle à la direction longitudinale D. [0029] Comme représenté sur la figure 5, lorsqu'un connecteur mâle 5 et un connecteur femelle 18 de puissance sont accouplés, un contact mâle 4 d'un connecteur mâle de puissance est introduit par l'ouverture 20 et est inséré entre les languettes 13, avec lesquelles un contact 25 électrique est établi. La distance d'interférence I entre les languettes 13 et le contact mâle 4 est par exemple de 3mm. On remarque que cette distance d'interférence I est relativement courte, du fait que les languettes 13 sont courtes et que les zones de contact 14 sont situées dans la moitié arrière du manchon 7. Autrement dit, l'interférence entre les contacts mâle 4 et femelle 1 de puissance n'est réalisée que sur une petite portion du contact mâle de puissance 4, située 30 vers son extrémité libre. Par exemple, cette portion correspond à moins de 50%, voire moins de 25%, de la longueur du contact mâle engagée dans le contact femelle de puissance 1. Ainsi, la distance de frottement (qui correspond à la distance d'interférence I) entre le contact mâle 4 3053845 7 et les languettes 13 est moins grande. On a donc moins d'usure du revêtement du contact mâle 4. [0030] Le contact électrique entre les contacts mâle et femelle de puissance n'est établi que lorsque l'accouplement entre les connecteurs mâle 5 et femelle 18 est presque complet. 5 [0031] En effet, afin d'éviter notamment la formation d'arcs électriques, les connecteurs mâle 5 et femelle 18 sont munis de contacts de contrôle ou de signal 22, 23. Ces contacts de contrôle 22, 23 sont destinés à ouvrir ou fermer un circuit de contrôle du courant de puissance traversant les contacts mâle 4 et femelle 1 de puissance. Comme représenté sur les figures 6A et 6B, les contacts de contrôle 22, 23 sont disposés l'un par rapport à l'autre respectivement 10 dans les connecteurs mâle et femelle de manière à établir un contact électrique entre eux seulement après que les languettes 13 du contact femelle de puissance 1 aient établi un contact électrique avec un contact mâle 4 du connecteur mâle 5. Sur la figure 6A, les languettes 13 sont en contact physique mais les connecteurs mâle et femelle ne sont pas encore accouplés, le contact électrique entre les contacts de contrôle 22, 23 n'est pas encore établi, le circuit de 15 contrôle de la puissance est encore ouvert et aucun courant ne passe entre les languettes 13 et le contact mâle 4. Sur la figure 6B, les connecteurs mâle et femelle sont en position d'accouplement complet, le contact électrique entre les contacts de contrôle 22, 23 est établi, le circuit de contrôle de la puissance est fermé, les languettes 13 sont en contact physique et électrique, un courant de puissance peut passer entre les languettes 13 et le contact mâle 4. La 20 longueur des contacts 4, 23 du connecteur mâle n'est pas réduite, contrairement à celle des contacts 22, 13 du connecteur femelle. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un connecteur femelle (18), dans lequel on fournit un contact femelle de puissance (1) et un boîtier isolant (17), o le contact femelle de puissance (1) étant réalisé dans un premier matériau métallique électriquement conducteur, s' étendant dans une direction longitudinale (D) et comportant un culot (8) et une douille (9) comprenant elle-même au moins une languette élastique (13) venue de matière avec le culot (8), cette languette élastique (13) s'étendant longitudinalement à partir du culot (8) vers une extrémité libre (24), et o le boitier isolant (17) comportant une extrémité avant d'accouplement (25) et une cavité (16) débouchant, vers l'extrémité avant d'accouplement (25), sur une ouverture (20) pour l'introduction d'un contact mâle de puissance (4), on place le contact femelle de puissance (1) dans la cavité (16), avec la douille (9) orientée vers l'ouverture (20), caractérisé par le fait que l'on fournit également un manchon (7) réalisé dans un deuxième matériau, entourant la douille (9) et s'étendant à partir de la douille (9) en direction de l'ouverture (20), au-delà de chaque languette élastique (13), jusqu'à une extrémité avant (26) 20 située au maximum à une distance normalisée de l'extrémité avant d'accouplement (25). 2. Procédé de fabrication d'un connecteur femelle (18) selon la revendication 1, dans lequel la douille (9) est au moins partiellement revêtue d'un métal noble et le manchon (7) ne comporte aucun revêtement. 25 3. Procédé de fabrication d'un connecteur femelle (18) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau est un alliage de cuivre. 4. Procédé de connexion d'un connecteur femelle de puissance (18) fabriqué à l'aide du procédé selon l'une des revendications précédentes, avec un connecteur mâle de puissance (5) 30 comportant au moins un contact mâle de puissance (4), dans lequel on accouple le connecteur mâle de puissance (5) et le connecteur femelle de puissance (18) en insérant un contact mâle de 3053845 9 puissance (4) dans une ouverture (20) du boîtier (17) du connecteur femelle de puissance (18), jusqu'à ce que la distance d'interférence (I) entre la languette (13) et le contact mâle de puissance (4) soit d'au moins lmm. 5 5. Procédé de connexion selon la revendication 4, dans lequel la distance d'interférence (I) entre la languette (13) et le contact mâle de puissance (4) est inférieure à 50% de la longueur de la portion du contact mâle de puissance (4) engagée dans le contact femelle de puissance (1). 10 6. Procédé de connexion selon la revendication 4 ou 5, dans lequel lors de la connexion du connecteur femelle de puissance (18) avec le connecteur mâle de puissance (4), on réalise un contact électrique entre un premier contact de contrôle (22) présent dans le connecteur femelle de puissance (18) et un deuxième contact de contrôle (23) présent dans le connecteur mâle de puissance (18), après avoir réalisé un contact électrique entre le contact femelle de 15 puissance (1) et le contact mâle de puissance (4). 7. Connecteur femelle comprenant un contact femelle de puissance (1) et un boîtier isolant (17), o le contact femelle de puissance (1) étant réalisé dans un premier matériau métallique électriquement conducteur, s' étendant dans une direction longitudinale (D) et comportant un culot (8) et une douille (9) comprenant elle-même au moins une languette élastique (13) venue de matière avec le culot (8), cette languette élastique (13) s'étendant longitudinalement à partir du culot (8) vers une extrémité libre (24), et o le boitier isolant (17) comportant une extrémité avant d'accouplement (25) et une cavité (16) débouchant, vers l'extrémité avant d'accouplement (25), sur une ouverture (20) pour l'introduction d'un contact mâle de puissance (4), le contact femelle de puissance (1) étant placé dans la cavité (16), avec la douille (9) orientée vers l'ouverture (20), caractérisé par le fait qu'un manchon (7) réalisé dans un deuxième matériau, entoure la douille (9) et s'étend à partir de la douille (9) en direction de l'ouverture (20), au-delà de chaque 3053845 10 languette élastique (13), jusqu'à une extrémité avant (25) située au maximum à une distance normalisée de l'extrémité avant d'accouplement (25). 8. Connecteur selon la revendication 7, dans lequel la longueur totale de la douille (9) et 5 du culot (8) est inférieure à 70% de la longueur totale du culot (8) et du manchon (7). 9. Connecteur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la douille (9) est constituée d'un alliage de cuivre au moins partiellement revêtu d'argent et le manchon (7) est constitué de laiton. 10 10. Ensemble de connexion comprenant un connecteur femelle de puissance (18) selon l'une des revendications 6 à 9, et un connecteur mâle de puissance (5), et dans lequel la distance d'interférence (I) entre la languette (13) et le contact mâle de puissance (4) est inférieure à 50% de la longueur de la portion du contact mâle de puissance (4) engagée dans le 15 contact femelle de puissance (1).