FR2910637A1 - Chauffage par induction pour test de connecteur - Google Patents

Abstract

Dispositif d'essai pour un connecteur électrique (4) comprenant deux supports (6, 8) possédant des connexions électriques (10, 20) reliées entre elles, comportant une enceinte climatique (2) permettant de maintenir une température et une humidité ambiante dans une chambre recevant les composants à tester, et une alimentation électrique variable (32) pour faire passer un courant défini dans le connecteur (4), caractérisé en ce qu'il comporte une cage (44) disposée dans l'enceinte (2) et reliée à un générateur d'ondes centimétriques (40), pour réaliser un échauffement rapide des connexions (10, 20) pendant qu'un contrôle du courant est effectué par le générateur variable (32).

Description

1 CHAUFFAGE PAR INDUCTION POUR TEST DE CONNECTEUR La présente invention

concerne une enceinte climatique pour tester en température des connecteurs électriques, en particulier pour un véhicule automobile. Les automobiles possèdent un nombre croissant d'équipements électriques, notamment des équipements de puissance qui maintenant comportent leur propre motorisation électrique à la place d'un entraînement par courroie liée au moteur thermique. Pour établir les liaisons de puissance fournissant l'alimentation, des connecteurs électriques protégés ou étanches sont nécessaires afin de résister aux agressions extérieures, notamment à l'humidité. En effet si une humidité pénètre dans le connecteur, après une défaillance de l'enveloppe où une entrée par les fils eux-mêmes, elle peut en se déposant sur les parois abaisser la résistance d'isolation entre différents conducteurs ou dégrader la qualité du contact électrique entre deux parties connectées, entraînant des échauffements qui peuvent conduire à la formation de gaz chauds par pyrolyse avec des conséquences ultimes critiques.

Pour assurer la sécurité d'un véhicule, des systèmes de protection sont mis en oeuvre, comme un dispositif de limitation en température du connecteur par échauffement et fusion d'un isolant interne entraînant un court circuit franc entre deux connexions, ce qui provoque instantanément la protection du circuit par un fusible.

Le connecteur peut aussi comprendre une languette possédant un point de fusion assez bas, pour faire office de fusible interne en cas de température trop élevée. Une autre solution connue consiste à utiliser pour le boîtier du connecteur des matériaux auto extinguibles qui génèrent des gaz empêchant la combustion après le départ d'un arc électrique.

Le problème est d'établir des essais permettant de vérifier le bon fonctionnement des différents systèmes de protection du connecteur.

2910637 2 Il faut notamment provoquer un échauffement local des pièces métalliques de connexion dans des conditions les plus proches du fonctionnement réel. On peut pour cela utiliser des éléments conducteur avec un métal plus 5 résistif que le cuivre pour provoquer un échauffement par effet Joule, mais le comportement de ce métal en présence de l'arc électrique ne sera pas le même ce qui faussera les résultats. On peut aussi augmenter l'intensité du courant, mais la réaction des dispositifs de sécurité ne sera pas non plus la même.

10 La difficulté pour les essais est de réunir des conditions de fonctionnement réelles, concernant notamment le courant et les matériaux, pour observer dans les conditions d'utilisation la défaillance et l'efficacité du système de protection. Il est connu d'utiliser des enceintes climatiques pour réaliser des essais 15 de matériel électrique, mais ces dispositifs réalisent un échauffement global de tout l'ensemble introduit à l'intérieur. De plus elles disposent d'une réactivité insuffisante pour permettre un contrôle précis et rapide de la courbe de température des connexions, notamment lorsqu'une montée en température rapide est demandée.

20 L'invention a notamment pour but d'éviter les inconvénients des dispositifs d'essai connus, et d'apporter à la réalisation d'un moyen de test exigeant une certaine maîtrise du gradient de la température, une solution simple efficace et économique. Elle propose à cet effet un dispositif d'essai pour un connecteur 25 électrique comprenant deux supports possédant des connexions électriques reliées entre elles, en particulier pour véhicule automobile, comportant une enceinte climatique permettant de maintenir une température et une humidité ambiante dans une chambre recevant les composants à tester, et une alimentation électrique variable pour faire passer un courant défini dans le 30 connecteur, caractérisé en ce qu'il comporte une cage disposée dans 2910637 3 l'enceinte et reliée à un générateur d'ondes centimétriques, contenant le connecteur électrique pour réaliser un échauffement rapide des connexions. Un avantage essentiel du dispositif d'essai est que, tout en maîtrisant les conditions climatiques grâce à l'enceinte, avec le chauffage par induction 5 on peut créer rapidement les conditions d'apparition d'une défaillance sévère de conduction en portant à haute température les connexions. De préférence, pendant l'échauffement des connexions au moyen des ondes électromagnétiques, l'alimentation électrique variable maintien une intensité de courant dans le connecteur qui correspond à une valeur qui peut 10 être fournie dans les conditions normales d'utilisation. Selon une caractéristique de l'invention, l'échauffement des connexions est augmenté jusqu'à la formation d'une défaillance sévère de conduction entre les connexions, pour tester des dispositifs de sécurité. Avantageusement, les dispositifs de sécurité comportent au moins l'un 15 des moyens suivants, un dispositif de limitation en température du connecteur par échauffement et fusion d'un isolant interne entraînant un court circuit franc entre deux connexions, associé à un fusible extérieur, une languette interne possédant un point de fusion assez bas et faisant office de fusible, ou pour les boîtiers du connecteur l'utilisation de matériaux auto 20 extinguibles. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les connexions électriques du connecteur utilisé pour un essai ont des contacts dégradés fournissant une résistance électrique plus élevée que celle rencontrée sur les produits utilisés en série.

25 L'essai peut commencer par un échauffement interne du connecteur comportant un contact dégradé au moyen des ondes électromagnétiques, pour continuer avec ou sans les ondes électromagnétiques en maîtrisant l'intensité du courant traversant les connexions. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 30 avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple en référence au dessin annexé, dans laquelle : 2910637 4 - la figure 1 est une vue d'ensemble schématisée d'une enceinte climatique contenant un connecteur. La figure 1 représente un dispositif d'essai 1 comportant une enceinte climatique 2 vue en coupe, recevant un connecteur électrique 4 vu en coupe 5 lui aussi, et maintenu sensiblement au milieu de l'enceinte. Le connecteur 4 comporte un support supérieur 6 recevant un support inférieur 8 introduit dans un logement. Le support supérieur 6 comprend un clip 10 maintenue en position et relié par un sertissage 12 à un fil supérieur 14 sortant de l'enceinte 2. De même le support inférieur 8 comprend une 10 languette 20 maintenue en position, pénétrant dans le clip 10, et relié par un sertissage 22 à un fil inférieur 24 sortant de l'enceinte 2. Le connecteur étanche 4 comprends des joints d'étanchéités 16, 26, placés sur les supports 6, 8 et entourant les fils à leur sortie, ainsi qu'un joint 30 placé entre les deux supports. Ces différents joints permettent une fois le 15 connecteur assemblé de fermer les volumes intérieurs. Le connecteur 4 est généralement utilisé complet, dans une configuration la plus proche de l'élément de série à étudier, pour obtenir un essai représentatif des conditions de fonctionnement réelles. Le fil supérieur 14 est relié à un générateur de courant réglable 32, 20 alors que le fil inférieur 24 est relié à un retour de courant vers le générateur, représenté par une liaison à la masse 34. Le connecteur peut contenir plusieurs connexions, on pourra dans cas les laisser libres ou les relier à d'autres générateurs, suivant le type d'essai à effectuer. Les pièces de connexion, clip 10 et languette 20, sont réalisées dans un 25 matériau conducteur à base de cuivre qui peut recevoir un revêtement pour améliorer le contact et éviter la corrosion. Le dispositif d'essai comporte de plus un générateur d'ondes électromagnétiques centimétriques 40, qui envoie des ondes à travers un guide d'onde 42 vers une cage intérieure 44 placée dans l'enceinte 30 climatique et entourant le connecteur 4 à tester. La cage 44 forme un 2910637 5 volume fermé contenant les ondes à l'intérieur, et laissant sortir les fils d'alimentation 14, 24. Par ailleurs, des dispositifs complémentaires non représentés sont prévus dans l'enceinte climatique 2. Un dispositif de maintien permet de 5 maintenir en position, par exemple verticale dans le cas représenté ici, ou horizontale, le connecteur suivant le type d'essai à réaliser. Les fils d'alimentation 14, 24 comportent une protection pour la tenue aux contraintes mécaniques notamment. Pour un connecteur 4 comportant un dispositif de limitation en 10 température par fusion d'un isolant interne entraînant un court circuit franc entre deux connexions, un fusible extérieur est installé sur un fil d'alimentation. L'enceinte climatique 2 comporte différents dispositifs extérieurs pour établir les conditions ambiantes de l'essai, comme la température, l'humidité 15 ou le brouillard salin. De plus, des capteurs sont disposés pour mesurer et vérifier les conditions de l'essai, notamment sur le connecteur comme la tension au droit des sertissages ou la température des contacts, ou dans l'enceinte comme la température, le taux d'humidité ou le champs électromagnétique. L'intensité du courant est connue, étant imposée par le 20 générateur 32. La taille de l'enceinte climatique 2 sera assez grande pour qu'un éventuel départ de combustion du connecteur ne soit pas perturbé par les fumées produites ou par des courants d'air. Un dispositif de contrôle non représenté permet simultanément 25 d'enregistrer les paramètres de fonctionnement, de gérer le générateur variable 32, l'enceinte climatique 2 et le générateur d'ondes 40. Le fonctionnement du dispositif d'essai 1 est le suivant. Les différentes dégradations d'une liaison électrique ou d'un couple de liaison, notamment un défaut de réalisation ou une présence d'humidité donnant des pertes 30 d'isolation ou de conduction, se traduisent par l'augmentation de la tension aux bornes des pièces de connexion 10, 20, ou l'apparition de courants de 2910637 6 fuite entre des lignes côte à côte, non représenté ici. Dans tous les cas, la puissance dissipée dans le connecteur 4 augmente progressivement entraînant des températures internes de plus en plus élevées. Or la résistivité du cuivre augmente avec la température, il peut y avoir 5 un effet d'emballement thermique, l'échauffement augmentant à son tour la dégradation du contact et la résistivité. En quelques secondes, si l'intensité du courant est maintenue on peut avoir une élévation rapide de la température qui peut se terminer par la fusion locale des contacts avec échauffement excessif des matériaux plastiques environnant.

10 Le connecteur 4 à étudier est disposé dans la cage intérieure 44 recevant des ondes électromagnétiques par le guide d'onde 42, en provenance du générateur d'ondes électromagnétiques centimétriques 40. On provoque une élévation rapide de la température des conducteurs métalliques 10, 20, par des courants internes induits par les ondes, et en 15 parallèle le générateur de courant 32 est ajusté pour maintenir dans la connexion du connecteur 4 l'intensité traversant normalement ou exceptionnellement la liaison électrique, malgré l'augmentation de la tension aux bornes des liaisons 10, 20. On notera que ce courant est toutefois insuffisant pour provoquer un arc dans le cas d'un connecteur non dégradé.

20 On peut donc provoquer grâce au générateur d'onde 40 dans une période très courte de l'ordre de quelques secondes, et dans des conditions de fonctionnement normales concernant le courant, un échauffement thermique qui conduit à la fusion de certains des composants de la liaison électrique. La mise en oeuvre des différents dispositifs de sécurité, comme la 25 création d'un court circuit franc, l'ouverture du circuit ou l'efficacité de matériaux auto extinguibles, peut être observée. A préalable pour faciliter l'amorçage du phénomène, on peut combiner avec l'échauffement par les ondes électromagnétiques une dégradation des qualités du contact entre les connexions 10, 20 pour augmenter la résistance 30 électrique, par exemple en abaissant la pression de contact du clip 10, en 2910637 7 supprimant plusieurs des points de contact, en enlevant ou en oxydant le revêtement des contacts. Ensuite pendant le test, on augmente progressivement la température des connexions tout en maîtrisant l'intensité du courant fourni par le 5 générateur variable 32, pour la maintenir ou la faire croître. On arrive à la fusion des contacts sous l'effet d'une intensité de courant réaliste qui peut être fournie par le véhicule dans les conditions d'utilisation, la puissance dissipée dans le connecteur 4 est donc représentative des conditions réelles et ses effets peuvent être observés, en particulier en ce qui concerne 10 l'efficacité des protections.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 ù Dispositif d'essai pour un connecteur électrique (4) comprenant deux supports (6, 8) possédant des connexions électriques (10, 20) reliées entre elles, en particulier pour véhicule automobile, comportant une enceinte climatique (2) permettant de maintenir une température et une humidité ambiante dans une chambre recevant les composants à tester, et une alimentation électrique variable (32) pour faire passer un courant défini dans le connecteur (4), caractérisé en ce qu'il comporte une cage (44) disposée dans l'enceinte (2) et reliée à un générateur d'ondes centimétriques (40), contenant le connecteur électrique (4) pour réaliser un échauffement rapide des connexions (10, 20).

2 ù Dispositif d'essai pour un connecteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant l'échauffement des connexions (10, 20) au moyen des ondes électromagnétiques, l'alimentation électrique variable (32) maintien une intensité de courant dans le connecteur (4) qui correspond à une valeur qui peut être fournie dans les conditions normales d'utilisation.

3 ù Dispositif d'essai pour un connecteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échauffement des connexions (10, 20) est augmenté jusqu'à la formation d'une défaillance sévère de conduction entre les connexions, pour tester des dispositifs de sécurité.

4 ù Dispositif d'essai pour un connecteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dispositifs de sécurité comportent au moins l'un des moyens suivants, un dispositif de limitation en température du connecteur par échauffement et fusion d'un isolant interne entraînant un court circuit franc entre deux connexions, associé à un fusible extérieur, une languette interne possédant un point de fusion assez bas et faisant office de fusible, ou pour les boîtiers (6, 8) du connecteur (4) l'utilisation de matériaux auto extinguibles. 2910637 9 5 ù Dispositif d'essai pour un connecteur électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les connexions électriques (10, 20) du connecteur (4) utilisé pour un essai ont des contacts dégradés fournissant une résistance électrique plus élevée que celle 5 rencontrée sur les produits utilisés en série. 6 ù Dispositif d'essai pour un connecteur électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'essai commence par un échauffement interne du connecteur (4) comportant un contact dégradé au moyen des ondes électromagnétiques, pour continuer avec ou sans les 10 ondes électromagnétiques en maîtrisant l'intensité du courant traversant les connexions (10, 20).