FR2842030A1 - ELECTRICAL CONNECTOR WITH END CONTACTS FOR HIGH CURRENT CURRENTS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un 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 (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 qui est remarquable 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.The invention relates to an electrical connector with end contacts for high currents formed by an active base (1) and a plug (2) provided with at least one contact pin (11) which is connected to a electric cable (16) and which is intended to cooperate with a movable contact (6) of the base (1), said movable contact (6) being housed in an insulator (3) of said base, while said insulator is provided with a passage (10) for the introduction of the contact pin (11), a connector which is remarkable in that at least the penetrating part of the contact pin (11) of the plug has a straight section whose dimensions are at more equal to the dimensions of the cross section of the passage (10) of the insulation (3) of the base (1) while the electric cable (16) to which the pin (11) is connected, has a cross section much greater than that of the penetrating part of said spindle.
Description
L'invention concerne un connecteur électrique à contacts en bout pourThe invention relates to an electrical connector with end contacts for
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 high intensity currents and in particular, but not exclusively, a single-pole connector. It is known that to meet the standards in force in order to ensure the safety of people and property, electrical appliances must offer a degree
de protection minimum contre l'accès des pièces sous tension. minimum protection against access of live parts.
Pour vérifier qu'une telle protection est respectée, on utilise un doigt To verify that such protection is respected, a finger is used
d'épreuve articulé défini selon une norme. articulated test defined according to a standard.
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 The tests consist in not being able to make contact between the standard test finger and the live parts of the device to be tested by attempting
d'introduire le doigt d'épreuve dans toutes les positions possibles. insert the test finger in all possible positions.
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 In the field of connectors, protection can be obtained by protecting each live contact with a flap or by placing it very far back
dans une enveloppe isolante afin que le doigt d'épreuve ne puisse pas l'atteindre. in an insulating envelope so that the test finger cannot reach it.
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 However, in the case of strong currents, that is to say of high intensity and using voltages greater than 50 volts, the conductors and the contact elements have large sections of current flow, which are incompatible with protection. in the insulation as mentioned above since the diameter
des éléments de contact devient proche ou supérieur à celui du doigt d'épreuve. contact elements becomes close to or greater than that of the test finger.
En effet, au delà de 250 ampères, on utilise généralement des câbles dont la Indeed, beyond 250 amps, cables are generally used whose
section exprimée en mm2 est sensiblement égale à l'intensité du courant. section expressed in mm2 is substantially equal to the intensity of the current.
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 For multipolar connectors, the solution can consist in placing the contacts on a circle by making them inaccessible to the test finger by means of a rotating safety disc. This solution is obviously not applicable to connectors
unipolaires qui comportent leurs contacts au centre. unipolar which have their contacts in the center.
C'est pourquoi jusqu'à présent pour de tels courants et plus particulièrement pour les connecteurs unipolaires, une solution à broche et alvéole cylindriques This is why until now for such currents and more particularly for single-pole connectors, a solution with cylindrical pin and alveolus
particulière a été imaginée.was imagined.
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 In this solution, unlike industrial sockets, the live contacts are the pins whose ends are protected by an insulator, as for example in the embodiment described in the patent
US 3,662,296.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 In this way, the electrical connection between the live spindle and the conjugate socket can be made on a part of the spindle which is not accessible by the test finger. It is clear that such a solution is unsuitable for end contacts for which by definition the electrical connection is made between the end of a contact pin and a movable contact under pressure, so that the end of the
broche ne peut évidemment pas être isolée. pin obviously cannot be isolated.
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 This is why, for high intensity currents which use large sections of conductors, it has hitherto appeared impossible to imagine end contacts since the pins would have dimensions larger than the test finger. We have always sought in fact to keep a maximum cross section
du courant en vue en particulier de diminuer l'échauffement d à l'effet Joule. of current with a view in particular to reducing the heating d at the Joule effect.
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 It is well known in fact that the heating of a conductor d at the passage of a current is proportional to its electrical resistance which is itself inversely proportional to its section according to the formula R = pl / s (o "p" is a constant, "I" the length of the conductor and "s" its section) and that is why we have always sought to design contact pins of a substantially section
égale à celle du câble électrique auquel elle est reliée. equal to that of the electric cable to which it is connected.
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 In the case of a connector, the inventor has overcome this prejudice and proposes an electrical connector with end contact for high intensity currents, formed of an active base and a plug provided with at least one contact pin. which is connected to an electric cable and which is intended to cooperate with a movable contact of the base, said movable contact being housed in an insulator of said base, while said insulator is provided with a passage for the introduction of the contact pin . The connector according to the invention is notably remarkable in that the penetrating part of the contact pin of the plug has a cross section whose dimensions are at most equal to the dimensions of the cross section of the passage of the insulation of the base while the electric cable to which the pin is connected, has a cross section well
supérieure à celle de la partie pénétrante de ladite broche. greater than that of the penetrating part of said spindle.
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 Indeed, if the heating of a conductor is inversely proportional to its section, it is on the other hand directly proportional to its length. However, for a small spindle length, the additional heating d in this section
réduite est relativement négligeable et se disperse aisément dans le câble. reduced is relatively negligible and disperses easily in the cable.
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 The basic notions of electricity could only divert the inventor from the solution, who knew how to understand the limits imposed by an elementary formula of electricity in the particular context of an electrical connector by noting that a reduction in section over a very short length had little effect on the resistance and therefore the heating in the connector. Preferably, for a connector provided with a cylindrical pin, the diameters of the passage of the insulator of the base and of the penetrating part of the pin of the plug are less than 12mm for, for example, a cable of cross section greater than mm2. Indeed, the standardized test finger has a maximum diameter of 12 mm, and it is then understood that the connector according to the invention can easily successfully undergo the test of the test finger while allowing the use of
fortes intensités.high intensities.
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 However, the test finger has a shape reminiscent of a human finger and therefore thins towards its end. In this way, it is necessary to determine the right
choix de la longueur utile de la broche et de sa section. choice of the useful length of the spindle and its 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 We know that a larger section of the spindle is favorable for lowering the temperature rise, but conversely, a larger section requires a larger diameter of the passage of the insulator and therefore a greater penetration depth of the finger d test, hence a greater thickness of the insulation and
fin de compte une plus grande longueur de la broche, ce qui favorise l'échauffement. ultimately a greater length of the spindle, which promotes heating.
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 The inventor thus discovered that in order to offer less resistance and reduce overheating, a larger section was not necessarily required
possible qui serait voisine des 12 mm du diamètre maximal du doigt d'épreuve. possible which would be close to 12 mm of the maximum diameter of the test finger.
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 This is why we can for example recommend a diameter of the spindle between 5 and 9 mm for a length of 6 to 15 mm, the diameter of the passage of the insulation being slightly greater than that of the spindle while the thickness of the insulation to pass through is equal to the length of the penetrating part of said pin reduced by the length necessary for the desired additional compression
pour le contact mobile.for mobile contact.
L'invention concerne bien sr en outre une fiche ou un socle pris séparément The invention of course also relates to a plug or a base taken separately
destinés à constituer un connecteur du type précité. intended to constitute a connector of the aforementioned type.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et The invention will be clearly understood on reading the description which follows and
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 which refers to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows in section and partly a connector according to the invention, at the start of the connection operation, - Figure 2 corresponds to Figure 1 in the connection position. The connector shown in the drawings is here a single-pole connector
comportant un socle 1 et une fiche 2 destinés à s'accoupler entre eux. comprising a base 1 and a plug 2 intended to couple together.
Le socle 1 comporte un isolant 3 monté dans un carter 4 et dans lequel est The base 1 comprises an insulator 3 mounted in a casing 4 and in which is
aménagé un logement 5 pour un contact mobile 6 sous pression. fitted a housing 5 for a mobile contact 6 under pressure.
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 As shown in the drawings, the movable contact 6 here consists of a contact head 7 provided for example with a silver pad, a conductive braid 8 and a spring 9 so that the head contact 7 is movable by compression and
expansion dudit ressort 9 et de la tresse 8. expansion of said spring 9 and of braid 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 The insulator 3 is provided with a cylindrical tubular passage 10 open towards the outside. The base 1 which has just been described is intended to be coupled with the plug 2 of the connector, which plug is provided with a cylindrical contact pin 11 intended to constitute an end contact with the movable contact 6 on the head 7 of which it comes to bear as shown in the drawings, pin 11 being here too
pourvue comme la tête 7 d'une pastille d'argent à son extrémité. provided like the head 7 with a silver patch at its end.
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 Indeed, during the coupling of the plug 2 in the base 1, the pin 11 of the plug is introduced into the insulator 3 through its passage 10 until it comes to contact the contact head 7 of the movable contact 6 that it makes move back for example from 4 to 5 mm, that is to say of the length which one determined for the additional compression
voulue du contact mobile, celui-ci étant déjà précontraint dans son logement. desired mobile contact, it is already prestressed in its housing.
La figure 1 montre la fiche 2 dans le socle 1 en début de connexion tandis Figure 1 shows the plug 2 in the base 1 at the start of connection while
que sur la figure 2, la fiche 2 est complètement accouplée, la connexion étant assurée. that in Figure 2, the plug 2 is fully coupled, the connection being ensured.
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 To this end, various other guiding and locking means are obviously provided, such as a connection ring 12, an inner skirt 13 which
coopère avec un joint annulaire d'étanchéité 14. cooperates with an annular seal 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 The base is here conventionally active, the movable contact 6 being under electric voltage. The contact pin 11 of the plug which is intended to take the current is provided with a crimping head 15 (in one or more pieces) in which is crimped an electric cable 16, which is, for example, connected to a device electric to supply. It is understood that the contact 6 of the base, even under voltage, is not
facilement accessible du fait qu'il est entièrement logé dans l'isolant 3. easily accessible due to the fact that it is fully housed in insulation 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 To reach this contact, it is necessary to pass through passage 10 and in order to satisfy the test of the test finger as explained above, it suffices that said passage 10 has a sufficiently small diameter over a certain length corresponding to
l'épaisseur de l'isolant à cet endroit. the thickness of the insulation there.
De ce fait, on comprend que la broche 11, o du moins la partie pénétrante Therefore, it is understood that the pin 11, o at least the penetrating part
de celle-ci, doit également posséder un diamètre au plus égal à celui du passage 10. of the latter, must also have a diameter at most equal to that of the 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 As shown in the drawings, the diameter of the pin 11, or at least its penetrating part, has been greatly reduced compared to the diameter of the cable 16, which ensures the passage of a high current for a voltage
supérieur à 50 volts.greater than 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 In the drawings, a cable 16 can be seen, the diameter of which is several times that of pin 11, a substantially identical cable being also shown.
sur les dessins pour le contact mobile 6 du socle 1. in the drawings for the movable contact 6 of the base 1.
En considérant un diamètre maximal de 12 mm pour le doigt d'épreuve, il n'y Considering a maximum diameter of 12 mm for the test finger, there is
a pas nécessairement avantage à se rapprocher de ce diamètre pour la broche 11. is not necessarily advantageous to approach this diameter for pin 11.
En fait, à partir du doigt d'épreuve, une profondeur de pénétration donnée In fact, from the test finger, a given penetration depth
dans l'isolant détermine le diamètre de l'orifice de passage de celui-ci. in the insulation determines the diameter of the passage opening thereof.
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 The maximum diameter of the passage of the insulator and its minimum thickness which corresponds to said is thus known for a desired penetration depth.
profondeur de pénétration.penetration depth.
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 It is then easy to deduce the maximum diameter and the minimum length of the spindle. It is indeed clear that the maximum diameter of the pin corresponds to the maximum diameter of the passage of the insulation minus the clearance required for its introduction while its minimum length is equal to the minimum thickness of
l'isolant augmentée de la longueur d'écrasement supplémentaire du contact mobile. the insulation increased by the additional crushing length of the movable contact.
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 Thus, the inventor was able to determine pairs of values: (diameter of the passage of the insulation, thickness of the insulation) to which the couples of
valeurs: (diamètre de la broche, longueur de la broche). values: (diameter of the spindle, length of the spindle).
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 Depending on requirements, we can favor the smallest thickness of the insulation, for example for reasons of space and / or cost, or the lower resistance of the spindle for a minimum increase in heating, etc. . We can thus recommend a diameter of the spindle of 5 to 9 mm for a length of 6 to 15 mm and more particularly for example a diameter of 6.7 mm
pour une longueur de 8 mm.for a length of 8 mm.
Les valeurs précitées, comme les dessins, montrent que la broche devient The above values, like the drawings, show that the pin becomes
ainsi une sorte de téton de contact. thus a kind of contact nipple.
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 As already said, the inventor has overcome the prejudice for this case which was to want to keep a section of conductors and pins substantially constant for the passage of current and similarly he was able to realize that it was necessary to take into account value pairs lengthsection and do not stop at the single section
pour optimiser le type de connecteur. to optimize the type of connector.
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 In addition, if the embodiment shown and which is given by way of example, relates to a single-pole connector, it is clear that it could be a connector provided with several contacts, or even a formed assembly of a plurality
de connecteurs unipolaires.single-pole connectors.
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