FR3046501A1 - Connecteur magnetique et systeme associe - Google Patents

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Abstract

Selon un premier aspect, l'invention concerne un connecteur magnétique qui comprend au moins un circuit électrique (2), deux sous-ensembles séparables (3, 4) comprenant chacun au moins un demi-circuit électrique (5, 6) maintenus en contact par l'effet d'au moins un champ magnétique (7). Selon un second aspect, l'invention concerne un système pour connecter deux sous-ensembles électroniques. Le système selon l'invention comprend un premier dispositif comprenant un premier sous-ensemble séparable d'un connecteur magnétique selon l'invention et un second dispositif comprenant le second sous-ensemble séparable dudit connecteur magnétique.

Description

CONNECTEUR MAGNETIQUE ET SYSTEME ASSOCIE
Domaine technique L'invention se situe dans le domaine des appareils électriques et électroniques.
Etat de la technique antérieure
On connaît depuis longtemps des connecteurs électriques utilisant la force d'attraction d'un aimant permanent pour maintenir les contacts d'une liaison électrique entre deux parties d'un connecteur. On connaît par exemple de tels connecteurs tels que celui décrit dans le brevet US2,170,287 de 1937 et de nombreuse variantes plus récentes, dont celles décrites dans la famille de brevets d'Apple inc. sur le sujet. Dans les connecteurs magnétiques connus, au moins un aimant est utilisé pour ses propriétés mécaniques à savoir son aptitude à exercer une force permanente maintenant la continuité de circuits électriques reposant sur l'utilisation de contacts métalliques dédiés à la fonction électrique du connecteur. La conception de connecteurs magnétiques basés sur la séparation totale des fonctions mécaniques et électriques des aimants est un facteur de surcoût et oblige à concevoir des assemblages mécaniques précis peu tolérants aux variations de géométrie des composants du connecteur et aux erreurs de positionnement des utilisateurs. Par ailleurs les alternatives à un couplage par un connecteur pour la recharge d'appareils électroniques portables, basées sur un couplage inductif entre le terminal et la zone de recharge sont pénalisées par un faible rendement qui est de l'ordre de 60 à 70%.
Exposé de l'invention
Le but de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux problèmes évoqués précédemment en proposant des solutions techniques utilisables pour réaliser des connecteurs électriques, par exemple pour la recharge ou pour la connexion d'appareils comprenant un accumulateur d'énergie électrique.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un connecteur magnétique qui comprend : - au moins un circuit électrique; et - deux sous-ensembles séparables, comprenant chacun au moins un demi-circuit électrique, maintenus en contact par l'effet d'au moins un champ magnétique; et - au moins un premier demi-circuit comprenant au moins un premier aimant permanent ou au moins un électroaimant, l'au moins un premier demi-circuit étant utilisé à la fois pour générer l'au moins un champ magnétique, et pour ses propriétés de conduction électrique; et - au moins un second demi-circuit comprenant un second aimant permanent ou une pièce métallique ferromagnétique, l'au moins un second demi-circuit étant utilisé à la fois pour subir une force d'attraction de l'au moins un premier demi-circuit sous l'effet de l'au moins un champ magnétique, et pour ses propriétés de conduction électrique.
Un connecteur selon l'invention à un seul contact électrique est utilisé par exemple pour la mise à la terre d'un véhicule transportant des matériaux inflammables lors des opérations de transbordement, dans les postes de soudure électrique, pour la recharge de la batterie dans le cadre du dépannage d'un véhicule etc. L'invention prévoit que le connecteur selon l'invention comprend en outre au moins un autre circuit électrique et/ou au moins un circuit optique.
Il s'agit par exemple d'autres circuits formés de couples de demi-circuits faits de contacts métalliques appairés et/ou mettant en continuité deux fibres optiques. Il s'agit d'ajouter des circuits au connecteur dans le cadre du nombre total de contacts que la force de l'au moins un aimant permet de maintenir avec une force suffisance pour éviter une dégradation de la qualité des contacts et/ou des déconnexions inopinées.
Les propriétés de conduction électrique de l'au moins un premier demi-circuit sont celles du matériau dont est composé et/ou dont est recouvert au moins en partie l'au moins un premier aimant permanent ou le noyau ferromagnétique de l'au moins un électroaimant.
Les propriétés de conduction électrique de l'au moins un second demi-circuit sont celles du matériau dont est composé et/ou dont est recouvert au moins en partie le second aimant permanent ou la pièce métallique ferromagnétique.
Contrairement aux solutions à l'état de l'art dans lesquelles un ou plusieurs aimants sont utilisés pour maintenir en contact des contacts électriques reposant sur des éléments métalliques dédiés, l'invention prévoit d'utiliser au moins un aimant pour ses propriétés de conductibilité électrique. L'au moins un aimant sera choisi à la fois pour ses propriétés magnétiques, par exemple pour l'intensité du champ magnétique qu'il peut créer et la force d'adhésion qui en découle, mais aussi pour ses propriétés électriques. Par exemple des aimants en matériaux magnétiques dits durs tels que les aimants dits « de terre rare » offrent à la fois une grand force d'attraction magnétique et ont une conductibilité électrique compatible avec les applications visées. Par exemple, un contact électrique formé d'un aimant permanent au néodyme et d'une pièce complémentaire en fer doux permet d'obtenir une résistance série pour l'ensemble du contact qui est inférieure à 1 ohm. Il est prévu dans certaines variantes de mise en œuvre que le premier aimant permanent soit remplacé par un électroaimant. Ceci présente l'avantage de permettre une commande électrique automatique de la déconnexion du connecteur magnétique selon l'invention, par exemple lorsqu'un appareil est complètement rechargé, ou pour protéger l'un et/ou l'autre des dispositifs en amont ou en aval du connecteur magnétique de conditions anormales de fonctionnement, par exemple en cas de surtension ou de surintensité dans au moins un des circuits du connecteur.
Il est prévu que l'au moins un aimant et/ou l'au moins une pièce métallique ferromagnétique, dont le noyau d'un électroaimant reçoit en tout ou partie un revêtement métallique et/ou un traitement de surface pour améliorer la qualité et/ou la durabilité du contact électrique. Il s'agit par exemple d'un traitement de surface visant à diminuer la résistance de contact et/ou à rendre la surface de contact non oxydable, ou le cas échéant permettre son oxydation lorsque l'oxyde formé est conducteur de l'électricité. Ceci par exemple au moyen d'une métallisation appropriée d'au moins la surface de contact ou par dépôt d'un polymère conducteur de l'électricité. Certaines variantes de mise en œuvre de l'invention reposent sur la coiffe de la zone de contact par une pièce métallique dont la nature, par exemple en cuivre ou en laiton doré, et l'épaisseur, par exemple entre 0,5 dixièmes de mm et 5 dixièmes de mm, n'altère pas notablement l'intensité de la force d'attraction de l'au moins deux demi-circuits sous l'effet du champ magnétique. Cette variante offre en outre l'avantage de permettre de réaliser aisément une fixation mécanique par emprisonnement de l'aimant permanent ou de la pièce ferromagnétique et une continuité du circuit électrique par le biais d'un circuit imprimé, la coiffe ayant avantageusement des zones agencées pour être soudées en surface ou des picots prévus pour un montage traversant.
Il est prévu en outre dans le connecteur magnétique selon l'invention que le connecteur magnétique est agencé pour pouvoir être connecté dans au moins deux positions différentes. Par exemple, dans le cas d'un connecteur où les contacts sont agencés le long d'un axe de symétrie, l'invention prévoit qu'il soit possible de connecter le connecteur dans une position ou dans la position inversée correspondant à une rotation de 180° d'un des deux sous-ensembles du connecteur. Selon la nature des signaux ou des potentiels présents sur les contacts, une inversion deux à deux des contacts est possible directement dans le cas de potentiels alternatifs. L'inversion deux à deux reste possible dans le cas d'une tension continue grâce à l'ajout de 4 diodes formant un pont redresseur entre le sous-ensemble aval du connecteur selon l'invention et la charge alimentée. Ceci de sorte que le sens de connexion d'un sous-ensemble relativement à l'autre n'impacte pas la polarité de la tension continue fournie à la charge. L'invention prévoit aussi des arrangements de contacts redondants selon un axe de symétrie de sorte que le sens de connexion d'un sous-ensemble relativement à l'autre n'impacte pas le fonctionnement du connecteur.
Il est prévu en outre dans l'invention que tout ou partie d'au moins l'un au moins desdits deux sous-ensembles est monté sur un support flexible et/ou sur un support guidé et/ou sur un support présentant au moins un degré de liberté. Les contacts électriques, et les moyens pour établir la continuité de la transmission de signaux dans des fibres optiques le cas échéant, seront avantageusement agencés pour permettre un jeu mécanique d'au moins un des contacts relativement à son vis-à-vis, et/ou d'un sous-ensemble séparable du connecteur selon l'invention relativement à l'autre. Selon les variantes de mise en œuvre, un guide est aussi prévu pour faciliter la connexion des deux sous-ensembles. Il s'agit par exemple d'une ou de deux pointes coniques solidaires d'un des deux sous-ensembles du connecteur. Deux trous dans l'autre sous-ensemble permettent un guidage naturel de l'approche des deux sous-ensembles l'un vers l'autre depuis une approche approximative initiale jusqu'à la connexion effective à la position adéquate pour que la continuité de tous les circuits soit assurée, et sans que cela demande une attention particulière ou une précision dans le placement de la part de l'utilisateur. Dans certaines variantes mettant en œuvre des aimants puissants aux lignes de champs resserrées, la force d'attraction est suffisamment directive et forte pour réaliser automatiquement la fonction de guidage conduisant à un contact optimal des deux sous-ensembles du connecteur selon l'invention.
Il est prévu en outre que le connecteur selon l'invention se déconnecte automatiquement de manière conditionnelle. Par exemple, lorsque le maintien en position connectée du connecteur est contrôlée par un électroaimant, il est prévu que son alimentation cesse, ou au contraire selon les variantes de mise en œuvre, que son alimentation soit activée pour supprimer la force maintenant en contact l'au moins un demi-circuit du connecteur. Dans certaines variantes, il est prévu de générer un champ magnétique créant une force de répulsion ou permettant à un ressort ou à un élément flexible d'écarter les demi-circuits pour forcer la déconnexion. On entend par de manière conditionnelle la survenue d'un événement, par exemple une anomalie comme une surintensité ou une surtension ou encore un arrêt de la fourniture d'un service parce qu'une condition a été atteinte. Par exemple dans le cas du rechargement d'un appareil portable sans fil ou d'un véhicule électrique lorsqu'une temporisation est arrivée à échéance ou qu'une quantité d'énergie prédéterminée a été livrée par l'intermédiaire du connecteur. Il est aussi prévu dans certaines variantes de mise en œuvre de l'invention d'utiliser l'atteinte du point de Curie d'au moins un aimant permanent pour provoquer la déconnexion des deux sous-ensembles séparables du connecteur. Cette variante vise par exemple une fonction de disjoncteur thermique en cas de surintensité pendant un temps donné qui provoque une montée en température d'au moins un aimant qui cesse alors d'exercer sa force de maintien en contact de l'au moins un demi-circuit du connecteur lorsque la température atteint le point de Curie caractéristique du matériau constituant l'aimant. A cette fin, la résistance du contact associé à l'au moins un aimant permanent concerné est avantageusement maîtrisée dans la conception du connecteur car elle participe à la détermination des caractéristiques de la fonction de disjonction thermique du connecteur selon l'invention le cas échéant.
Il est prévu en outre qu'au moins un des demi-circuits du connecteur selon l'invention est alimenté de manière conditionnelle. Il s'agit par exemple de sécuriser un système de recharge utilisant le connecteur selon l'invention contre les contrefaçons en n'alimentant les demi-circuits concernés d'un sous-ensemble séparable amont qu'après avoir détecté que le sous ensemble séparable aval est bien un dispositif autorisé. La reconnaissance peut se faire par tout moyen tel qu'un échange de données approprié entre les deux sous ensembles séparables ou entre les dispositifs auxquels ils sont fonctionnellement associés. Il est aussi prévu dans certaines variantes, la reconnaissance d'un sous-ensemble N FC embarqué dans le sous-ensemble aval. Dans d'autres cas d'usage, cette caractéristique technique du connecteur selon l'invention vise la sécurité des utilisateurs en particulier dans les applications mettant en œuvre des tensions et/ou des puissances susceptibles d'être dangereuses par électrocution ou par la possibilité de déclencher un incendie en cas de court-circuit. Il s'agit par exemple de sécuriser la recharge d'un véhicule électrique en n'alimentant les demi-circuits concernés du connecteur selon l'invention que lorsque le sous-ensemble amont du connecteur détecte qu'il est bien en place, mécaniquement verrouillé sur le sous-ensemble aval du connecteur, avec la bonne pression mécanique sur les contacts des demi-circuits, que le sous-ensemble aval est bien du type attendu, voire que son identifiant unique est bien celui attendu par le chargeur le cas échéant. Cette caractéristique technique du connecteur selon l'invention est en outre de nature à augmenter la longévité des contacts du connecteur en ce que la puissance n'est appliquée que lorsque la qualité du contact électrique est optimale.
Selon un second aspect, l'invention concerne un système pour connecter deux sous-ensembles électroniques. Le système selon l'invention comprend : - un premier dispositif comprenant un premier sous-ensemble séparable d'un connecteur magnétique selon l'invention ; et - un second dispositif comprenant le second sous-ensemble séparable dudit connecteur magnétique. L'invention prévoit que chaque sous-ensemble séparable du connecteur soit compris dans un dispositif.
Il est prévu en outre dans le système selon l'invention que ledit premier dispositif est un appareil électrique ou électronique rechargeable, ou un adaptateur pour connecter un appareil électrique ou électronique rechargeable, ou un câble. On entend par appareil électrique ou électronique rechargeable, tout type d'appareil comprenant un ou plusieurs accumulateurs amovibles ou fixes nécessitant une recharge périodique. Il s'agit par exemple d'appareils électriques comme des outils électroportatifs ou d'appareils électroniques tels que des téléphones, des smartphones, des tablettes numériques, des ordinateurs portables, des véhicules etc. On entend par adaptateur pour connecter un appareil électrique ou électronique rechargeable, un dispositif comprenant un premier sous-ensemble d'un connecteur magnétique selon l'invention et qui est connectable à un appareil électrique ou électronique rechargeable par l'intermédiaire d'un connecteur standard comme par exemple un connecteur micro-USB ou un connecteur fonctionnellement équivalent à un connecteur USB qui est spécifique à des appareils de la marque Apple inc., un connecteur standard dédié à la recharge d'appareils etc.
Il est prévu en outre dans le système selon l'invention que ledit second dispositif est un câble. On entend par câble, tout câble dont une extrémité comprend un sous-ensemble séparable du connecteur selon l'invention. Selon les variantes de mise en œuvre, ledit sous-ensemble du connecteur selon l'invention et la sortie de câble correspondante seront avantageusement surmoulés pour rendre plus résistant et plus sûr l'assemblage. Par exemple un câble dont une extrémité comprend un second sous-ensemble dudit connecteur magnétique selon l'invention et dont l'autre extrémité comprend un autre connecteur à l'état de l'art ou encore un appareil tel qu'un chargeur fixé audit câble de manière non désolidarisable.
Il est prévu en outre dans le système selon l'invention que ledit second dispositif est un support permettant la recharge d'un appareil électrique ou électronique rechargeable. On entend généralement par support un socle possédant une connectique et/ou une alimentation appropriée pour au moins recharger l'appareil électronique. Lorsqu'il s'agit d'appareils électroniques, il est avantageux que le connecteur selon l'invention ne comprenne pas seulement des circuits pour la recharge mais aussi des circuits pour permettre la communication entre l'appareil électronique portable et un équipement externe tel qu'un ordinateur. Par exemple des contacts pour établir une liaison filaire USB ou selon un standard équivalent ou successeur, ou encore des moyens pour établir la continuité de circuits optiques par exemple reposant sur l'utilisation directe de fibres optiques ou par l'interposition d'au moins une pièce intermédiaire assurant le couplage optique entre les fibres.
Il est prévu que le système selon l'invention comprend en outre des moyens pour isoler au moins partiellement du réseau électrique, tout ou partie dudit support lorsque lesdits premier et seconds sous-ensembles du connecteur magnétique sont déconnectés et/ou lorsque ledit un appareil électrique ou électronique rechargeable est rechargé et/ou lorsqu'une temporisation est arrivée à échéance. L'invention prévoit en effet de déconnecter un équipement externe tel qu'un chargeur du réseau électrique lorsque cette connexion n'est pas ou n'est plus nécessaire. Ceci dans le but de réduire les pertes énergétiques en suppriment toute consommation sur le réseau lorsqu'elle n'est pas ou plus nécessaire, et/ou dans le but d'augmenter la durée de vie des appareils en réduisant leur exposition à des perturbations à haute énergie qui sont susceptibles d'être présentes sur le réseau électrique ou encore pour réduire les risque d'incendie en cas de court-circuit interne.
Brève description des dessins D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre nullement limitatifs, et des dessins annexés où :
La figure 1 illustre la structure du connecteur magnétique selon l'invention.
La figure 2 illustre un premier exemple de mise en œuvre à 2 circuits.
La figure 3 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre à 2 circuits.
La figure 4 illustre un troisième exemple de mise en œuvre à 2 circuits.
La figure 5 illustre un premier exemple de mise en œuvre d'électroaimant.
La figure 6 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre d'électroaimant. La figure 7 illustre un troisième exemple de mise en œuvre d'électroaimant.
La figure 8 illustre un premier exemple de mise en œuvre réversible.
La figure 9 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre réversible.
La figure 10 illustre un troisième exemple de mise en œuvre réversible.
La figure 11 illustre un premier exemple de mise en œuvre flexible.
La figure 12 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre flexible.
La figure 13 illustre un premier exemple de système selon l'invention.
La figure 14 illustre un deuxième exemple de système selon l'invention.
La figure 15 illustre un troisième exemple de système selon l'invention.
La figure 16 illustre un quatrième exemple de système selon l'invention.
La figure 17 illustre un cinquième exemple de système selon l'invention.
Description détaillée des figures et des modes de réalisation D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs :
La figure 1 illustre la structure du connecteur magnétique selon l'invention.
Le connecteur magnétique 1 selon l'invention comprend au moins un circuit électrique 2 et le cas échéant au moins un autre circuit électrique ou optique 8. Le connecteur comprend en outre deux sous-ensembles séparables 3, 4 qui forment les deux moitiés complémentaires du connecteur magnétique selon l'invention. Les deux sous-ensembles séparables comprennent chacun au moins un demi-circuit électrique 5, 6 maintenus en continuité par l'effet d'au moins un champ magnétique 7. Le connecteur comprend aussi au moins un premier demi-circuit 5 qui comprend au moins un premier aimant permanent ou au moins un électroaimant qui est utilisé à la fois pour générer l'au moins un champ magnétique 7 et pour ses propriétés de conduction électrique. Les propriétés de conduction électrique viennent de celles du matériau constituant l'aimant permanent ou du noyau de l'électroaimant. Certain de ces matériaux contenant majoritairement du fer sont bons conducteurs de l'électricité. Dans des variantes de mises en œuvre préférées, les matériaux ferromagnétiques sont recouverts d'une mince épaisseur d'un matériau amagnétique tel que par exemple le cuivre ou le laiton. La pièce en matériau amagnétique dont la forme est appropriée pour recouvrir au moins la partie utile de la pièce ferromagnétique est directement à son contact pour éviter de créer un entrefer supplémentaire au-delà de l'épaisseur de la pièce. L'utilisation d'aimants permanents de forte puissance, par exemple à base de terres rares, permet un recouvrement par un matériau amagnétique d'une épaisseur pouvant atteindre par exemple sans problème 0,5 mm d'épaisseur sans diminution notable de la force d'adhésion à l'autre demi-circuit. Les pièces en métal ou en alliage amagnétique subiront avantageusement un traitement de surface au moins sur la zone de contact pour ne pas être oxydable, par exemple par une dorure. Le connecteur comprend aussi au moins un second demi-circuit 6 comprenant un second aimant permanent ou une pièce métallique ferromagnétique, l'au moins un second demi-circuit étant utilisé à la fois pour subir une force d'attraction de l'au moins un premier demi-circuit 5 sous l'effet de l'au moins un champ magnétique 7, et pour ses propriétés de conduction électrique. L'appellation premier et second demi-circuit est purement conventionnelle, le rôle des deux demi-circuits est permutable dans le cadre d'un circuit donné ou de l'ensemble des circuits d'un connecteur donné selon l'invention. En particulier lorsque le second demi-circuit comprend, comme le premier demi-circuit, un aimant permanent, ce dernier participe à la génération du champ magnétique et concoure à augmenter la force d'attraction entre les deux demi-circuits lorsque les aimants sont convenablement orientés, c'est-à-dire lorsque leurs polarités opposées se font face.
La figure 2 illustre un premier exemple de mise en œuvre à 2 circuits.
Dans cet exemple, le connecteur magnétique selon l'invention comprend deux sous-ensembles séparables 3, 4 comprenant deux circuits électriques isolés l'un de l'autre a, b et c, d qui se forment lorsque les deux demi-circuits correspondants sont approchés à une distance suffisamment proche pour que la force d'attraction magnétique des deux coupes d'aimants permanents provoque l'adhésion des deux contacts. Cet exemple met en oeuvre une configuration polaire identique des aimants dans les deux circuits ce qui permet la réversibilité du sens de connexion. Ceci est avantageux sur le plan de la facilité d'utilisation et ne pose pas de problème si la tension présente entre les contacts a, c et/ou b, d est une tension alternative ou que l'électronique aval comprend un pont redresseur susceptible de rendre indifférent le type alternatif ou continu de la tension présente entre les contacts amont, et le cas échéant de sa polarité.
La figure 3 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre à 2 circuits.
Dans cet exemple, le connecteur magnétique selon l'invention se distingue de celui de la figure 2 en ce que la polarité magnétique des deux circuits est opposée. Ceci conduit de fait à ne rendre possible qu'une seule orientation relative des deux sous-ensembles séparables, celle dans laquelle chaque aimant se trouve en face un aimant de polarité opposée. L'utilisation d'aimants puissants conjuguée à une conception empêchant tout contact latéral de métal à métal des demi-circuits permet de garantir l'impossibilité d'une connexion inversée du connecteur. Cela étant, dans le cas de l'utilisation d'une tension continue, une diode convenablement orientée sera avantageusement montée en série dans le circuit aval du connecteur pour que dans l'hypothèse d'un forçage d'un contact inversé du connecteur, il ne soit pas destructeur pour l'électronique aval alimentée par l'intermédiaire du connecteur selon l'invention. De même, une protection contre les surintensités sera avantageusement ajoutée en série dans l'un des circuits amont du connecteur selon l'invention de sorte que si le sous-ensemble séparable connecté à une source de courant venait à être collé sur une surface ferromagnétique conductrice de l'électricité, le court-circuit ne soit pas destructeur pour l'alimentation amont. La protection contre les surintensités sera avantageusement de type automatiquement réarmable en cas de disparition du défaut, par exemple un fusible réarmable de type PTC en céramique ou en polymère conducteur convenablement dimensionné en fonction du courant nominal et de la tension appliquée au connecteur. Une autre solution pour éliminer le risque de court-circuit en cas de collage accidentel du sous-ensemble séparable amont sur une surface ferromagnétique conductrice est un montage d'au moins un des deux demi-circuits amont en retrait de la surface qui est en contact avec le sous-ensemble séparable aval. Les demi-circuits compris dans chaque sous-ensemble séparable étant encapsulés ou surmoulés dans un matériau isolant tel qu'une matière plastique. Au moins un des demi-circuits aval sont montés en saillie de sorte qu'ils rentrent dans le sous-ensemble séparable amont jusqu'au venir en contact avec l'au moins un demi-circuit amont concerné qui est monté en retrait. L'exemple de cette figure se distingue aussi de celui de la figure 2 en ce que les aimants permanents ne sont pas seuls à assurer la conduction électrique entre les demi-circuits du connecteur selon l'invention. La qualité des contacts est améliorée par le recouvrement au moins partiel d'une pièce 9 en métal ou en alliage amagnétique de faible épaisseur, au moins à l'interface entre les pièces magnétiques de sorte de l'entrefer entre elles soit minimal lorsque les demi-circuits sont en contact. Ceci pour limiter à une valeur encore acceptable la réduction de la force de contact qui en résulte. Dans cet exemple, les coiffes amagnétiques se prolongent par 4 picots qui permettent un montage traversant soudé sur circuit imprimé, une bonne circulation du courant des pistes du circuit imprimé jusqu'à la surface de contact et un emprisonnement mécanique des aimants. Avantageusement, les pièces en métal ou en alliage amagnétique seront traitées en surface pour améliorer encore davantage la qualité du contact et sa durabilité, notamment en rendant la surface de contact non oxydable ou recouvrable d'un oxyde conducteur de l'électricité. Il s'agit par exemple de pièces en laiton doré ou argenté.
La figure 4 illustre un troisième exemple de mise en œuvre à 2 circuits.
Cette figure se distingue des précédente en ce que les contacts a, c sont réalisés dans un matériau ferromagnétique tel que du fer doux. Ceci est avantageux par exemple dans le cas de demi-circuits intégrés dans un appareil portable en ce que ces contacts n'attirent pas systématiquement tous les objets ou les saletés ferromagnétiques comme le ferait un aimant permanent. Les pièces ferromagnétiques n'étant pas polarisées, cette variante de connecteur selon l'invention est réversible et donc, en cas de tension continue, les précautions d'usage doivent seront prises pour assurer la continuité de fonctionnement quelle que soit la polarité du connecteur, par exemple par l'ajout d'un pont redresseur, ou pour se prémunir d'un effet destructeur d'une inversion de polarité du connecteur, ou par montage d'une diode en série dans un circuit aval, ou encore par une conception mécanique non symétrique ou par l'ajout d'un détrompeur ne permettant le collage des deux demi-circuits que lorsqu'ils sont convenablement orientés.
La figure 5 illustre un premier exemple de mise en oeuvre d'électroaimant.
Dans cet exemple de mise en œuvre de l'invention, un seul électroaimant suffit à créer une force d'attraction suffisante pour maintenir en contact les demi-circuits des deux sous-ensembles séparables du connecteur. Dans cet exemple, le circuit a, b comprend deux demi-circuits formant un contact électrique de connecteur traditionnel. Le circuit c, d comprend deux demi-circuits formant un contact électrique par le biais respectivement d'une pièce ferromagnétique et du noyau de l'électroaimant. Le circuit e, f comprend deux demi-circuits formant un contact optique par alignement de deux fibres optiques dont le milieu conducteur de la lumière est en verre ou en matière plastique appropriée. Cet exemple convient par exemple à la connexion de deux équipement numériques dont l'un assure l'alimentation électrique de l'autre et où des données sont échangées par une liaison optique uni ou bidirectionnelle. Dans certaines variantes, un second circuit optique est ajouté pour réaliser deux liaisons unidirectionnelles en sens opposés. L'utilisation d'au moins un électroaimant au lieu d'au moins un aimant permanent est avantageuse pour pouvoir contrôler l'état de la connexion en fonction de conditions externes au connecteur. Par exemple la connexion peut être maintenue dans des conditions normales de fonctionnement et rompue automatiquement dans le cas contraire. La rupture de connexion peut être commandée par arrêt de l'alimentation de la bobine d'un ou de plusieurs électroaimants par exemple à la fin d'un cycle de recharge d'un appareil comprenant des batteries, ou en cas d'anomalie conduisant à une surintensité dans les circuits du connecteur selon l'invention. La déconnexion automatique peut être rendue plus efficace par l'ajout d'un ou de plusieurs ressorts ou éléments élastiques dont la force de répulsion des deux sous-ensembles séparables est vaincue tant que l'électroaimant est alimenté et qui permet une séparation plus franche des demi-circuits, voire l'éjection d'un sous-ensemble séparable du connecteur dans le cas où la pesanteur n'est pas une force suffisante pour assurer de manière certaine la déconnexion ou si une aimantation résiduelle susceptible de la maintenir subsiste entre des pièces polaires lorsque l'électroaimant n'est plus alimenté. Des variantes de l'invention sont avantageusement bistables en ce qu'elles ne consomment pas d'énergie lorsque le contact des deux sous-ensembles séparables est réalisé. Dans ces variantes, au moins un aimant permanent est utilisé à la place à la place de tout ou partie des pièces ferromagnétiques. Le contrôle de la déconnexion se fait à alors par inversion du sens du courant dans la bobine de l'électroaimant pour faire naitre une force de répulsion de nature à décoller les contacts du connecteur. Dans d'autres variantes de mise en œuvre, au moins deux bobines séparées permettent de contrôler le sens de la force agissant sur les contacts selon que l'on alimente l'une ou l'autre.
La figure 6 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre d'électroaimant.
Cet exemple se distingue de celui de la figure 5 en ce que deux électroaimants sont mis en œuvre pour réaliser les deux circuits électriques. Les deux électroaimants ont des circuits magnétiques conducteurs de l'électricité indépendants pour matérialiser deux circuits électriques électriquement isolés l'un de l'autre. Les bobines des deux électroaimants sont avantageusement connectées en série, voire en parallèle, compte tenu du fait que les deux électroaimants doivent fonctionner simultanément.
La figure 7 illustre un troisième exemple de mise en œuvre d'électroaimant. Cette variante se distingue des précédentes en ce que le circuit magnétique de l'électroaimant n'est pas conducteur de l'électricité, par exemple lorsqu'il est réalisé dans un matériau comme certaines ferrites. Dans ce cas, il est prévu de coiffer l'extrémité des pièces polaires concernée de l'électroaimant par des pièces 9 réalisées dans un métal ou dans un alliage amagnétique avantageusement traité contre l'oxydation. Il est ainsi prévu de réaliser deux contacts électriquement isolés qui sont au contact d'un circuit magnétique commun.
La figure 8 illustre un premier exemple de mise en œuvre réversible.
Cette variante illustre un premier arrangement de trois circuits qui permet de rendre réversible la connexion de deux demi-circuits utiles d'un sous-ensemble séparable du connecteur selon l'invention relativement à l'autre. Dans cet arrangement nativement approprié à la connexion de tension continue, donc polarisée, un circuit central « pivot » assure le contact d'un potentiel et au moins deux circuits latéraux symétriques relativement au circuit pivot assurent les contacts de l'autre potentiel. Il est à noter qu'on ne sort pas du cadre de l'invention si un des demi-circuits sur les quatre des circuits latéraux est omis. On ne sort pas non plus du cadre de l'invention si on multiplie le nombre de demi-circuits latéraux, au moins dans l'un des deux plans de contact d'un des sous-ensembles séparables du connecteur. Une multiplication à l'infini des demi-circuits latéraux revient à réaliser un contact annulaire centré sur le contact central. On ne sort pas du cadre de l'invention en plaçant au centre un circuit de nature mixte électrique et magnétique et en périphérie un circuit de nature seulement électrique. Dans l'exemple de la figure 8, le circuit central de nature seulement électrique fait également fonction de guide de centrage. Un aimant puissant en position centrale est également apte à centrer automatiquement l'un des sous-ensembles séparables du connecteur relativement à l'autre sans qu'il soit nécessaire de réaliser deux formes complémentaires qui se prolongent en dehors des deux plans de contact des deux sous-ensembles séparables.
Cette variante illustre aussi un second arrangement de circuits électriques annexes qui permet de rendre réversible la connexion de deux autres circuits utiles d'un sous-ensemble séparable du connecteur selon l'invention relativement à l'autre. Cet exemple correspond au cas d'un connecteur USB réversible dans lequel on trouve deux circuits utiles -a, -b et +c, +d pour assurer la continuité d'une tension d'alimentation continue de 5 V et deux circuits utiles D+ et D- pour assurer la continuité de deux lignes de transmission des données.
La figure 9 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre réversible.
Cet exemple de connecteur réversible selon l'invention se distingue du précédent à trois circuits en ce qu'il met en œuvre un électroaimant et une pièce ferromagnétique, que le circuit central est de nature mixte électrique et magnétique et qu'en en périphérie se trouvent seulement des circuits de nature électrique.
La figure 10 illustre un troisième exemple de mise en œuvre réversible.
Cet exemple de connecteur réversible selon l'invention se distingue des précédents en ce qu'il met en œuvre seulement deux circuits réalisés à l'aide de deux aimants permanents et deux pièces ferromagnétiques. Cette variante simplifiée de connecteur selon l'invention est néanmoins apte à assurer la continuité d'une tension continue respectant sa polarité grâce à la présence d'un pont redresseur placé entre le sous-ensemble séparable du connecteur aval et la charge qu'il alimente. Le pont de diodes est agencé de sorte qu'en sortie se trouvent les pôles positif et négatif pour rendre possible l'inversion d'un sous-ensemble séparable du connecteur selon l'invention relativement à l'autre sans modifier la polarité de la tension présentée à la charge.
La figure 11 illustre un premier exemple de mise en œuvre flexible.
Cette variante de connecteurs selon l'invention se distingue des précédentes en ce que deux aimants sont placés sur des lames flexibles et conductrices de l'électricité 10 dans au moins un des deux sous-ensembles séparables. L'avantage d'un montage au moins partiel des contacts magnéto-électriques sur un support flexible, en particulier avec des aimants puissants et des lames très flexibles est que cela facilite l'utilisation en offrant des degrés de liberté mécanique propices à l'élargissement de la zone de capture où les aimants présentant des faces de polarité opposée s'attirent avec une force croissante jusqu'à leur collage.
La figure 12 illustre un deuxième exemple de mise en œuvre flexible.
Cette variante de connecteurs selon l'invention se distingue de la précédente en ce que deux aimants sont placés sur des supports encore plus flexibles et meilleurs conducteurs de l'électricité 10 dans au moins un des deux sous-ensembles séparables. Les autres demi-circuits magnéto-électriques sont réalisés à partir de pièces ferromagnétiques. Il est à noter que des aimants permanents pourraient aussi être utilisés. Le support très flexible de cet exemple est une tresse en fils de cuivre fins sur laquelle l'aimant est riveté. La souplesse de ce matériau est telle que chaque aimant, s'il est suffisamment puissant, se trouve dans une zone de capture individuelle encore plus large que dans l'exemple précédant. L'effet est renforcé par le fait que le matériau est amagnétique ce qui évite les pertes de puissance des aimants qu'on constate avec des lames souples en acier. Compte tenu de la liberté relativement importante des aimants, il est avantageux qu'un moyen de guidage mécanique tel qu'un moyen de centrage 11 limite leur excursion. La figure 13 illustre un premier exemple de système selon l'invention.
Cette variante de système selon l'invention met en œuvre un connecteur 1 selon l'invention dans le contexte du raccordement d'un appareil électronique mobile comprenant une batterie rechargeable 12 à un chargeur approprié 13 ou à un ordinateur 14. Dans les solutions à l'état de l'art, un câble est équipé à l'une de ses extrémités d'un connecteur standard 15, par exemple un connecteur mâle USB de type A. L'autre extrémité du câble est équipée d'un connecteur standard ou propriétaire. Un tel cordon permet de connecter l'appareil électronique portable pour sa recharge et/ou pour transférer des données depuis ou vers un autre appareil. L'utilisation d'un connecteur magnétique selon l'invention à l'interface entre l'appareil mobile et le câble est avantageuse en ce que le sous-ensemble séparable intégré dans l'appareil mobile peut être rendu étanche et lisse, seuls les contacts affleurant dans le plan d'une paroi du boîtier de l'appareil, le positionnement correct du second sous-ensemble séparable solidaire du câble étant aidé et maintenu par la force d'attraction résultant de l'au moins un champ magnétique.
La figure 14 illustre un deuxième exemple de système selon l'invention.
Cette variante de système selon l'invention met en œuvre un connecteur 1 selon l'invention dans le contexte du raccordement d'appareil électrique portable comprenant une batterie rechargeable 16 tel qu'un outil électrique sans fil à un chargeur approprié 13. Cette variante se distingue de la précédente en ce qu'elle ne comprend que des contacts de puissance pour la fourniture à l'outil d'une tension continue ou alternative selon les versions. La taille du connecteur 1, la surface des contacts ainsi que la force de maintien des contacts sont adaptées au courant de charge de l'application.
La figure 15 illustre un troisième exemple de système selon l'invention.
Cette variante de système selon l'invention met en œuvre deux sous-ensembles séparables comprenant des demi-circuits 5, 6 d'un connecteur selon l'invention. Le sous-ensemble séparable aval est intégré à un appareil électronique rechargeable 12, le sous-ensemble séparable amont est intégré dans une station d'accueil 17 faisant fonction de support de l'appareil. Bien entendu on ne sort pas du cadre de l'invention si une station d'accueil faisant fonction de support approprié est aussi utilisée avec tout autre type d'appareil, par exemple avec un outil électrique sans fil.
La figure 16 illustre un quatrième exemple de système selon l'invention.
Cette variante de système selon l'invention se distingue de la précédente en ce que le sous-ensemble séparable selon l'invention portant les contacts des demi-circuits du côté de l'appareil à recharger est réalisé sous la forme d'un adaptateur 18 de faible épaisseur comprenant un connecteur au standard utilisé par l'appareil électronique, par exemple au standard micro USB ou selon un standard propriétaire équivalent pour les appareils de la société Apple Inc. Un tel adaptateur est avantageusement réalisé au moyen d'un circuit imprimé en verre époxy à trous métallisés surmoulé avec une matière plastique laissant affleurer les pièces ferromagnétiques et/ou métalliques formant les zones de contact des demi-circuits. Avantageusement l'adaptateur selon l'invention comprendra aussi un connecteur standard, par exemple au standard micro USB pour permettre l'utilisation de l'appareil sans la station d'accueil et sans devoir démonter l'adaptateur qui peut-être avantageusement fixé au moyen de films adhésifs double face. La surépaisseur qu'engendre la présence d'un connecteur standard sur l'adaptateur peut être jugée trop importante pour des raisons esthétiques. Dans ce cas pourront être avantageusement proposées tout ou partie des alternatives suivantes : un câble terminé par un sous-ensemble séparable selon l'invention offrant les mêmes fonctions que la station d'accueil comme celui présenté dans la figure 13, ou encore un adaptateur monobloc comprenant un sous-ensemble séparable selon l'invention offrant les mêmes circuits que la station d'accueil et une embase de connecteur standard par, exemple au standard micro USB pour permettre l'utilisation d'un câble standard par exemple USB type A mâle - micro USB mâle. Cette variante de mise en œuvre de l'invention comprend en outre des moyens 19 pour déconnecter physiquement du réseau électrique le chargeur intégré dans la station d'accueil lorsque l'appareil est déconnecté de la station. Ceci permet une consommation nulle de la station lorsqu'elle n'est pas utilisée ainsi qu'une réduction du risque d'incendie. Cette fonctionnalité prolonge en outre la durée de vie de la station en réduisant son exposition aux surtensions de forte énergie qui peuvent circuler sur le réseau électrique.
La figure 17 illustre un cinquième exemple de système selon l'invention.
Cette figure illustre l'utilisation de l'invention dans le contexte de la voiture électrique. Un connecteur selon l'invention 1 est utilisé pour connecter un véhicule électrique 20 à une borne de recharge ou à un chargeur approprié 21. En effet, le connecteur selon l'invention 1 peut être sans problème adapté à une utilisation avec des courants forts et/ou des tensions élevées. Par exemple à des tensions alternatives ou continues de 250 V à 500 V et à des intensités de 32 A à 125 A. L'invention est avantageuse par rapport aux solutions basées sur l'induction sur le plan du rendement et aux solutions basées sur des connecteurs à l'état de l'art sur le plan de la commodité d'utilisation. Un des avantages de l'invention, notamment dans un contexte de démocratisation des véhicules électriques, est que la force à exercer par l'utilisateur ou par l'utilisatrice pour la connexion ou pour la déconnexion du connecteur selon l'invnetion est quasi nulle. Une force adéquate générée par des champs magnétique est appliquée et cesse d'être appliquée aux moments opportuns. Dans les variantes encore plus préférées, le poids du câble est compensé par exemple au moyen d'une potence articulée équipée de contrepoids ou de ressorts pour rendre le maniement de la prise encore plus aisé. Un autre avantage du connecteur selon l'invention est qu'il est sans friction et que la puissance peut n'être injectée dans les circuits concernés que lorsque les contacts sont établis de manière certaine et adéquate. Ceci permet de limiter l'usure des contacts, par absence de friction, par l'évitement de toute production d'étincelles et/ou par l'évitement de la concentration du courant sur des surfaces de contact partielles lors de la phase d'approche des deux sous-ensembles séparables. En outre la conception planaire des contacts avec des masses significative de matériaux ferromagnétiques à l'arrière des contacts et favorable à la dissipation thermique. Par ailleurs, certaines variantes de connecteur de forte puissance selon l'invention sont autoprotégées contre les surintensités d'une certaine durée en ce que les aimants utilisés sont sélectionnés pour avoir un point de Curie relativement bas de sorte que le connecteur s'éjecte et que la connexion avec le chargeur s'interrompt si la température des aimants dépasse leur point de Curie.
Compte tenu des puissances élevées mises en œuvre pour la recharge d'un véhicule électrique, des zones de contacts de plusieurs centimètres carrés sont prévues ainsi que des aimants de très forte puissance, multipolaire, dont l'effet est contrôlable par déplacement d'une pièce polaire ou par l'utilisation d'un champ magnétique contrôlé électriquement ou encore par l'utilisation d'électroaimants produisant la pression adéquate sur les surfaces métalliques en contact. Compte tenu des puissances en jeu et de la nécessité de réduire autant que possible la résistance des contacts pour éviter tout échauffement dangereux, les pièces magnétiques plaquant l'un contre l'autre les contacts des demi-circuits seront avantageusement recouvertes de métal ou d'alliage amagnétique ayant une très bonne conduction électrique, par exemple en laiton argenté ou doré.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent y être apportés sans sortir du cadre de l'invention, notamment en combinant plusieurs variantes dans la même mise en œuvre ou en combinant différemment des éléments pris dans plusieurs exemples.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Connecteur magnétique (1), caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un circuit électrique (2); et - deux sous-ensembles séparables (3, 4), comprenant chacun au moins un demi-circuit électrique (5, 6), maintenus en contact par l'effet d'au moins un champ magnétique (7); et - au moins un premier demi-circuit (5) comprenant au moins un premier aimant permanent ou au moins un électroaimant, l'au moins un premier demi-circuit étant utilisé à la fois pour générer l'au moins un champ magnétique (7), et pour ses propriétés de conduction électrique; et - au moins un second demi-circuit (6) comprenant un second aimant permanent ou une pièce métallique ferromagnétique, l'au moins un second demi-circuit étant utilisé à la fois pour subir une force d'attraction de l'au moins un premier demi-circuit (5) sous l'effet de l'au moins un champ magnétique (7), et pour ses propriétés de conduction électrique.
  2. 2. Connecteur magnétique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un autre circuit (8) électrique et/ou au moins un circuit optique.
  3. 3. Connecteur magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'au moins un aimant et/ou l'au moins une pièce métallique ferromagnétique reçoit en tout ou partie un revêtement métallique et/ou un traitement de surface pour améliorer la qualité et/ou la durabilité du contact électrique.
  4. 4. Connecteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les contacts sont agencés le long d'un axe de symétrie et/ou en ce que le connecteur comprend un pont redresseur pour pouvoir être connecté dans au moins deux positions différentes.
  5. 5. Connecteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que tout ou partie d'au moins l'un au moins desdits deux sous-ensembles est monté sur un support flexible et/ou sur un support guidé et/ou sur un support présentant au moins un degré de liberté.
  6. 6. Connecteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend un électroaimant dont l'alimentation électrique est contrôlée, ou au moins un aimant permanent dont le point de Curie est exploité, pour se déconnecter automatiquement de manière conditionnelle.
  7. 7. Connecteur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour reconnaître son authenticité, et/ou des moyens pour détecter le positionnement correct des contacts, et/ou des moyens pour détecter le verrouillage mécanique des deux sous-ensembles séparables, pour alimenter au moins un des demi-circuits de manière conditionnelle.
  8. 8. Système comprenant deux dispositifs connectés à l'aide du connecteur magnétique selon les revendications précédentes, les deux sous-ensembles séparables du connecteur magnétique étant intégrés respectivement dans les deux dispositifs.
  9. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit premier dispositif est un appareil électrique ou électronique rechargeable, ou un adaptateur pour connecter un appareil électrique ou électronique rechargeable, ou un câble.
  10. 10. Système selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit second dispositif est un câble.
  11. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit second dispositif est un support permettant la recharge d'un appareil électrique ou électronique rechargeable.
  12. 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit second dispositif comprend en outre des moyens pour isoler au moins partiellement du réseau électrique, tout ou partie dudit support lorsque lesdits premier et seconds sous-ensembles du connecteur magnétique sont déconnectés et/ou lorsque ledit appareil électrique ou électronique rechargeable est rechargé et/ou lorsqu'une temporisation est arrivée à échéance.
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