FR3110031A1 - Connecteur receptacle femelle reversible a fibres de carbone pour connecteur prise male usb type a - Google Patents

Abstract

Connecteur réceptacle femelle réversible à fibres de carbone pour connecteur prise mâle USB de type A. L’invention concerne les connecteurs qui sont utilisés dans certains équipements électroniques pour connecter une liaison USB. L’invention est un connecteur réceptacle femelle (F) réversible, c’est-à-dire qui accepte la connexion d’un connecteur prise mâle (M) USB type A quel que soit le sens d’introduction. Pour cela, il comporte à mi-hauteur une lame (L) flexible terminée par un embout (E) biseauté et deux jeux de 4 contacts USB dupliqués (FC1, FC2), un jeu de 4 contacts sur chaque face. Pour garantir durablement la tenue mécanique de la lame (L) flexible et des contacts clips associés (FC1, FC2) avec la précision requise d’un quart de millimètre, le connecteur femelle comporte deux fibres de carbone (P) encastrées à l’arrière du connecteur et solidaires à l’avant de l’embout (E) biseauté. Ce connecteur (F) comporte également un moyen de guidage (G) solidaire de ces deux profilés (P) et disposant de fenêtres où peuvent coulisser et débattre en hauteur les deux jeux de clips (FC1 et FC2). Ce connecteur (F) réversible est intégré dans un appareil électronique à la place du port USB type A standard ou bien dans un support indépendant. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 7

Description

CONNECTEUR RECEPTACLE FEMELLE REVERSIBLE A FIBRES DE CARBONE POUR CONNECTEUR PRISE MALE USB TYPE A

DOMAINE DE L'INVENTION AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION

L’invention concerne les dispositifs qui sont utilisés dans certains équipements (ou systèmes ou encore appareils) électroniques pour connecter une liaison USB.

On notera que l’invention concerne de nombreux équipements, systèmes ou appareils pouvant être connectés par une liaison USB tels que des ordinateurs, des tablettes, des chargeurs, des smartphones, des caméscopes, soit entre eux soit pour connecter des périphériques : claviers, souris, disques dur externe.

Les ports USB de type A sont présents sur la plupart des appareils électroniques. Ils sont constitués d’un connecteur réceptacle femelle, dans lequel on insère le connecteur prise mâle d’un autre appareil. Ils permettent alors de connecter les deux appareils entre eux pour échanger des données.

Ces dispositifs sont donc très répandus, mais leur usage est rendu complexe par la difficulté d’insertion de la clé ou de la prise mâle du câble.

La partie de la clé ou de la prise male à insérer dans le port paraît de l’extérieur symétrique, et il semble qu’on puisse l’enfoncer indifféremment dans le connecteur réceptacle femelle dans un sens ou dans l’autre, comme une prise électrique à deux broches.

Il n’en est rien, le connecteur prise mâle (M) ou la clé USB disposent d’un détrompage et ne peuvent être insérés que dans un sens et il est impossible de les enfoncer si on les présente dans le mauvais sens.

Cette difficulté d’orientation de la prise mâle USB de type A au moment de son insertion est un obstacle en particulier à son utilisation au quotidien.

Une fonctionnalité permettant d’insérer un connecteur prise mâle USB type A dans les deux sens est déjà décrite dans le brevet US2008119076A1.

Les dessins des figures 8, 9A et 9B de ce brevet sont repris et référencés respectivement figure 1, figure 2 et figure 3.

Dans le principe illustré figure 1, le connecteur mâle standard (M) vient s’insérer dans un connecteur femelle (F) qui comporte à mi-hauteur une lame (L) flexible terminée par un embout biseauté (E) et deux jeux de 4 contacts USB dupliqués (FC1 et FC2), un jeu de 4 contacts (FC) sur chaque face.

Comme illustré figure 2, à l’insertion l’embout (E) biseauté positionné exactement à mi-hauteur rencontre l’extrémité du connecteur mâle (M) au niveau du chanfrein (CH) avant et déplace la lame (L) flexible dans la bonne direction pour assurer la connexion entre le bon jeu de contacts clips (FC) du connecteur réceptacle femelle (F) sur les contacts languettes (MC) du connecteur mâle (M).

Comme illustré à la figure 3, en fin d’insertion l’avant du connecteur mâle (M) vient en butée sur une excroissance (B, B1) créée à cet effet de butées sur les clips.

Tel que décrit ce principe apparaît difficile à mettre en œuvre.

En effet, il faut garantir que la lame (L) élastique soit à mi-hauteur avec au plus un écart égal à la hauteur du chanfrein (CH). La dimension de ce chanfrein (CH) est normalisé dans la norme USB type A à 0.38 +/- 0.13 mm soit à 0,25 mm en pire cas.

Compte tenu de l’échelle, la lame (L) est d’une longueur de 17,5 mm en porte à faux. Tenir à son extrémité une précision d’un quart de millimètre tel que décrit n’est pas réaliste.

En effet tel que décrit la lame (L) a une épaisseur de l’ordre de 0.5 mm et doit être isolante pour séparer les deux jeux de contacts (FC1 et FC2). Elle peut être réalisée en matériau plastique tel que du nylon ou du polypropylène mais dans ce cas elle n’a pas la capacité d’assurer la rigidité de l’ensemble avec la précision requise.

Quant aux deux jeux de clips (FC1 et FC2), ils sont probablement en alliage métallique et élastiques. Il est par contre improbable que les forces de rappels des huit clips s’équilibrent parfaitement au point que la zone de repos soit parfaitement centrée à un quart de millimètre près sur toute la largeur de l’embout (E) biseauté.

De plus une fois le connecteur mâle (M) inséré dans un sens, s’il reste longtemps dans cette position qui peux durer plusieurs minutes, heures ou mois, peut par fluage faire conserver à la lame (L) sa forme courbée dans une sens et qu’au repos une fois le connecteur mâle (M) retiré, la forme initiale ne soit plus respectée.

Par ailleurs comme illustrée figure 3, l’embout du connecteur mâle vient en butée s’appuyer sur une excroissance (B) d’au moins un clip (FC) ce qui peut le déformer ou provoquer le flambage de l’ensemble de la lame (L) et des deux jeux de clips (FC1 et FC2).

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

Pour répondre au besoin présenté plus haut, le connecteur suivant l’invention que l’on qualifiera de réversible présente les caractéristiques suivantes.

Le connecteur réceptacle femelle pour connecteur prise mâle USB de type A selon l’invention est compatible de l’introduction d’un connecteur prise mâle USB quel que soit le sens dans lequel il est présenté à l’envers ou à l’endroit.

Pour cela, il comporte à mi-hauteur une lame flexible terminée par un embout biseauté et deux jeux de 4 contacts USB dupliqués, un jeu de 4 contacts sur chaque face.

Les clips du connecteur réceptacle femelle sont dupliqués de façon à assurer la connexion avec les languettes mâles du connecteur mâle USB de type A, quel que soit le sens dans lequel celui est inséré.

Pour garantir durablement la tenue mécanique de la lame flexible et des contacts clips associés avec la précision requise d’un quart de millimètre, le connecteur femelle comporte au moins un profilé flexible de module de Young supérieur à 50 encastré à l’arrière du connecteur et solidaire à l’avant de l’embout biseauté.

Selon un premier mode de réalisation, ce profilé pourrait être une fibre de carbone sous forme d’un jonc cylindrique de diamètre d’environ un millimètre.

Selon un second de mode de réalisation, ce profilé pourrait être une fibre de verre sous forme d’un jonc cylindrique de diamètre d’environ un millimètre.

Selon un troisième mode de réalisation, ce profilé pourrait être en acier pour ressorts, toujours sous forme d’un jonc cylindrique de diamètre d’environ un millimètre.

De façon avantageuse, le connecteur réceptacle femelle selon l’invention comporte deux profilés flexibles positionnés de part et d’autre de la lame flexible centrale.

De préférence ces profilés sont symétriques par rapport à un plan transversal et encastrés précisément à mi-hauteur.

De plus il est préférable qu’il comporte au moins un moyen de guidage intermédiaire positionné entre l’encastrement de départ et l’embout biseauté.

Ce moyen de guidage est solidaire de ces deux profilés et dispose de fenêtres où peuvent coulisser les deux jeux de clips.

De plus ces fenêtres autorisent également un léger débattement en hauteur pour que chacun des clips des deux jeux de 4 clips puissent librement se positionner en fonction du sens de la courbure de la lame flexible centrale.

Concernant la fin d’insertion du connecteur mâle, il est préférable qu’il vienne en butée sur une des deux butées créées à cet effet solidaires du corps du connecteur et non pas de la lame flexible ou des clips.

A cette fin le moyen de guidage est positionné en retrait d’au moins 9 mm par rapport à la face d’entrée du connecteur pour ne pas risquer d’interférer avec l’embout du connecteur mâle.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés

représente au titre de l’art antérieur la reprise du dessin de la figure 8 du brevet US2008119076A1montrant le principe de la connexion du connecteur réceptacle femelle réversible et du connecteur prise mâle de type A vue en coupe longitudinale médiane.

représente au titre de l’art antérieur la reprise du dessin de la figue 9A du brevet US2008119076A1montrant le détail au début de l’insertion de la connexion du connecteur réceptacle femelle réversible et du connecteur prise mâle de type A vue en coupe longitudinale médiane.

représente au titre de l’art antérieur la reprise du dessin de la figue 9B du brevet US2008119076A1montrant le détail en fin d’insertion de la connexion du connecteur réceptacle femelle réversible et du connecteur prise mâle de type A vue en coupe longitudinale médiane.

montre selon l’invention le principe au début de l’insertion de la connexion du connecteur réceptacle femelle réversible et du connecteur prise mâle de type A vue en coupe longitudinale médiane, dans un sens.

montre selon l’invention le principe en fin d’insertion de la connexion du connecteur réceptacle femelle réversible et du connecteur prise mâle de type A vue en coupe longitudinale médiane dans le même sens que la figure 4.

montre selon l’invention le principe en fin d’insertion de la connexion du connecteur réceptacle femelle réversible et du connecteur prise mâle de type A vue en coupe longitudinale médiane dans le sens inverse que la figure 4.

montre selon l’invention vue en perspective l’ajout de deux profilés flexibles élastiques pour garantir la robustesse de l’accouplement des deux connecteurs mâle et femelle.

montre selon l’invention vue en coupe transversale, l’ajout de deux profilés flexibles élastiques pour garantir la robustesse de l’accouplement des deux connecteurs mâle et femelle.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Le connecteur réceptacle femelle pour connecteur prise mâle USB de type A selon l’invention est compatible de l’introduction d’un connecteur prise mâle USB quel que soit le sens dans lequel il est présenté à l’envers ou à l’endroit.

Ceci est illustré par les figures 4, 5 et 6.

La figure 4 montre l’ensemble d’un connecteur réceptacle femelle (F) selon l’invention et d’un connecteur prise mâle (M) USB standard de type A.

Le connecteur prise mâle (M) USB standard de type A comporte un fourreau métallique (MF), une partie plastique isolante (MI) portant en sa surface des languettes (MC). A l’embout de la partie isolante (MI) est présent un chanfrein (CH) d’une hauteur normalisée de 0.38 +/- 0.13 mm soit à 0,25 mm en pire cas.

Le connecteur réceptacle femelle (F) comporte également en regard un fourreau métallique (FF) et une partie plastique isolante (FI).

Pour être réversible, il comporte à mi-hauteur une lame flexible (L) terminée par un embout (E) biseauté et deux jeux de 4 contacts USB dupliqués (FC1 et FC2), un jeu de 4 contacts sur chaque face

Les 4 clips (FC) du connecteur réceptacle femelle (F) sont dupliqués de façon à assurer la connexion avec les 4 languettes mâles (MC) du connecteur mâle (M) USB de type A, quel que soit le sens dans lequel celui est inséré.

Si le connecteur prise mâle (M) USB de type A est introduit comme sur la figure 5, le porte-languettes (MI) munis de ses 4 languettes (MC) se loge en partie inférieure et la lame (L) se courbe vers le haut.

Les 4 languettes (MC) sont alors en contact avec les 4 clips (FC1). Les quatre clips en regard sont respectivement pour les signaux de puissance, data -, data+ et masse (FCP1, FCD-, FCD+1, FCG1) de la gauche vers la droite.

Si le connecteur prise mâle (M) USB de type A est introduit comme sur la figure 6, le porte-languettes (MI) munis de ses 4 languettes (MC) se loge en partie supérieure et la lame (L) flexible se courbe vers le bas.

Les 4 languettes (MC) sont alors en contact avec les 4 clips (FC2). Les quatre clips en regard sont respectivement pour les signaux de puissance, data -, data+ et masse (FCP2, FCD-2, FCD+2, FCG2) en ordre inverse de la droite vers la gauche.

Pour que l’accouplement des deux connecteurs (M) et (F) s’effectue correctement, il faut qu’au moment de l’insertion, l’extrémité avant de l’embout (E) biseauté soit positionné à mi-hauteur au quart de millimètre près.

Cela peut ne pas être assuré par une lame (L) flexible. La lame (L) a une épaisseur de l’ordre de 0.5 mm et doit être isolante pour séparer les deux jeux de contacts (FC1 et FC2). Elle peut être réalisée en matériau plastique tel que du nylon ou du polypropylène avec un module de Young entre 1 et 5. Dans ce cas elle n’a pas la capacité d’assurer la rigidité de l’ensemble avec la précision requise.

Quant aux deux jeux de clips (FC1 et FC2), ils sont en alliage métallique et élastiques. Il est par contre improbable que les forces de rappels des huit clips s’équilibrent parfaitement au point que la zone de repos soit parfaitement centrée à un quart de millimètre près sur l’ensemble de la largeur de l’embout biseauté (E).

De plus une fois le connecteur mâle (M) inséré dans un sens, il peut rester longtemps dans cette position qui peux durer plusieurs minutes, heures ou mois.

Alors par fluage cela peut faire conserver à la lame (L) sa forme courbée dans une sens et qu’au repos une fois le connecteur mâle (M) retiré, la forme initiale ne soit plus respectée.

Pour garantir durablement la tenue mécanique de la lame (L) flexible et des contacts clips (FC1, FC2) associés avec la précision requise, le connecteur femelle réversible selon l’invention comporte au moins un profilé (P) flexible de module de Young supérieur à 50 encastré à l’arrière du connecteur et solidaire à l’avant de l’embout (E) biseauté.

Ceci est illustré figure 7 et figure 8.

En fait, l’espace disponible à l’intérieur du connecteur réceptacle femelle (F) quand le connecteur prise mâle (F) est en place est très contraint.

Pour exploiter au mieux l’espace disponible, deux profilés (P) cylindriques de diamètre 1 mm sont positionnés de part et d’autre de la lame (L) flexible entre les contacts extérieurs et les parois intérieures.

Selon un premier de mode de réalisation, ce profilé (P) pourrait être une fibre de carbone sous forme d’un jonc cylindrique de diamètre d’environ un millimètre. La fibre de carbone est plus coûteuse que de la fibre de verre. Ce coût est à relativiser en raison de la faible quantité de matière utilisée. Son module de Young de l’ordre de 240.

Selon un deuxième mode de réalisation, ce profilé (P) pourrait être une fibre de verre sous forme d’un jonc cylindrique de diamètre d’environ un millimètre.

L’avantage de la fibre de verre est un module de Young de l’ordre de 85 très supérieur à une matière plastique pour un prix très abordable. Le risque est la perte d’élasticité quand on sort d’une plage de température classique. Il faut sélectionner des fibres de verre haut de gamme avec des valeurs supérieures de gamme de température. La fibre de verre présente également la caractéristique d’être électriquement isolante.

Dans un troisième mode de réalisation, ce profilé pourrait être en acier pour ressort dont le module de Young est de l’ordre de 220. Il peut s’agir d’un alliage métallique élastique tel qu’une corde à piano ou en matériau plus noble tel que de l’élinvar dont le module de Young est quasiment invariable en température.

De façon avantageuse, le connecteur réceptacle femelle (F) selon l’invention comporte deux profilés (P) élastiques positionnés de part et d’autre de la lame (L) flexible centrale.

De préférence ces profilés (P) sont symétriques par rapport à un plan transversal et encastrés précisément à mi-hauteur de façon analogue à la lame flexible (L).

A l’extrémité également ces profilés (P) sont encastrés dans le plan médian de l’embout (E) biseauté, plan médian également partagé avec le plan médian de la lame (L).

De ce fait la lame (L) et les profilés (P) partagent le même type d’encastrement au départ et partagent le même point d’arrivée pour leur extrémité.

En particulier, pendant la phase d’insertion l’ensemble de la lame (L) et des profilés (P) se courbent en fonction du déplacement vertical imposé par le déplacement de l’embout (E) biseauté vers le haut ou vers le bas.

La forme de la courbe est analogue à celle d’une canne à pêche ployant sous le poids de sa ligne. L’équation de la courbe d’une poutre encastrée à une extrémité et sur laquelle s’appuie une force F à une autre extrémité à une distance D est y= F/6EI (x³-3 Dx²). E est le module de la rigidité propre au matériau donné par le module d’Young et I est la rigidité due à la section.

En conséquence de cette conception selon l’invention, la forme de la courbure de la lame (L) et celles des deux profilés (P) qui partagent les mêmes conditions de départ et d’arrivée sont strictement identiques bien que les matériaux et les sections de la lame (L) et des profilés (P) soient différents.

Par contre les forces qui s’exercent à l’extrémité sont inversement proportionnelles au module d’Young du matériau ce qui fait supporter principalement les efforts aux deux profilés (P) et non pas à la fine lame (L) flexible en plastique.

Les clips (FC) du connecteur réceptacle femelles (F) sont également par nature flexibles contrairement aux languettes (MC) du connecteur prise mâle (M) standard USB type A.

Compte tenu de la portée de la languette (L), il est avantageux que le connecteur réceptacle femelle (F) comporte au moins un moyen de guidage (G) intermédiaire positionné entre l’encastrement de départ et l’embout biseauté (E).

De par la conception aboutissant à une communauté de forme de courbure de la lame (L) et des deux profilés (P), ce moyen de guidage (G) peut être rendu solidaire à la fois de la lame (L) flexible et des deux profilés (P).

Par contre les deux jeux de 4 clips (FC1) et (FC2) sont distants de quelques dixièmes de millimètres du plan médian de la lame (L). Cela induit qu’en cas de flexion de la lame (L) les rayons de courbures des 8 clips (FC1) et (FC2) soient légèrement différents du rayon de courbure local de la lame (L) et qu’au final leur extrémité avance pour un jeu de clips et recule pour un autre jeu relativement par rapport à l’extrémité de la lame (L).

Pour cette raison le moyen de guidage (M) dispose de fenêtres où peuvent coulisser longitudinalement les deux jeux de 4 clips (FC1) et (FC2).

De plus ces fenêtres autorisent également un léger débattement en hauteur pour que chacun des 8 clips des deux jeux de 4 clips (FC1) et (FC2) puissent librement se positionner en fonction du sens de la courbure de la lame flexible centrale.

Comme illustré figure 5 et figure 6, un jeu de 4 clips est plaqué contre la face interne de la lame (L) alors que l’autre au contraire en est distant pour laisser fonctionner l’élasticité nécessaire de chaque clip en contact avec chaque languette (MC) du connecteur prise mâle (M) standard USB type A.

Concernant la fin d’insertion du connecteur mâle (M), il est préférable qu’il vienne en butée sur une des deux butées (B1) et (B2) créées à cet effet solidaires du corps du connecteur et non pas de la lame (L) flexible ou des clips (MC).

Bien que le connecteur réceptacle femelle réversible (F) selon l’invention ne soit plus le connecteur standard, ces deux butées (B1) et (B2) de hauteur réduite par rapport à une butée standard, sont positionnées au même endroit à 9 mm en retrait de l’entrée du connecteur (F). Plus exactement la norme précise cette valeur à 8.88 +/- 0.20 mm.

En cohérence, le moyen de guidage (G) est positionné en retrait d’au moins 9 mm par rapport à la face d’entrée du connecteur (F) pour ne pas risquer d’interférer avec l’embout du connecteur mâle et faire office de butée avant les butées (B1) et (B2) créées à cet effet.

A noter qu’en termes d’encombrement, le connecteur réceptacle femelle (F) réversible a un encombrement identique en largeur et en hauteur à l’encombrement d’un connecteur récepteur femelle standard USB type A.

Son encombrement en longueur est supérieur par construction et l’augmentation de l’encombrement en longueur peut être réduite à moins d’un centimètre comme l’illustre les figures à l’échelle en référence aux dimensions standard par exemple la hauteur de 4,5 mm d’un connecteur mâle (F) USB type A.

Selon le type d’application, le connecteur réceptacle femelle (F) peut être inséré sur un appareil électronique à la place du port USB standard.

Selon un autre type d’application, le connecteur réceptacle femelle (F) peut être intégré dans un support indépendant. Cela lui permet d’être connecté au port USB standard d’un appareil que cela soit pour l’alimenter ou échanger des données sur le bus USB. Dans ce cas, le dispositif fonctionne à la manière d’un périphérique externe à l’appareil.

En termes d’application industrielle, le dispositif suivent l’invention concerne de nombreux équipements, systèmes ou appareils pouvant être connectés par une liaison USB.

La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit pour une gamme de produits dans différents domaines.

Claims (10)

1. Connecteur réceptacle femelle (F) réversible pour connecteur prise mâle (M) USB de type A comportant à mi-hauteur une lame (L) flexible terminée par un embout biseauté (E) et deux jeux de 4 contacts USB dupliqués (FC1 et FC2), un jeu de 4 contacts sur chaque face caractérisé en ce qu’il est comporte au moins un profilé (P) flexible de module de Young supérieur à 50, encastré à l’arrière du connecteur (F) et solidaire à l’avant de l’embout biseauté (E).
2. Connecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le profilé (P) flexible est en fibre de carbone.
3. Connecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le profilé (P) flexible est en fibre de verre.
4. Connecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le profilé (P) flexible est en alliage métallique.
5. Connecteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte une paire de profilés (P) placés de part et d’autre de la lame (L) flexible.
6. Connecteur selon la revendication 5 caractérisé par le fait que ces deux profilés (P) sont symétriques par rapport à un plan transversal et encastrés précisément à mi-hauteur.
7. Connecteur selon la revendication 6 caractérisé par le fait qu’il comporte au moins un moyen de guidage (G) solidaire de ces deux profilés (P) et disposant de fenêtres où peuvent coulisser les deux jeux de 4 clips (FC1 et FC2).
8. Connecteur selon la revendication 7 caractérisé par le fait ces fenêtres autorisent également un léger débattement en hauteur de chacun des 8 clips des deux jeux de 4 clips (FC1 et FC2).
9. Connecteur suivant l’une quelconque des revendications 7 à 8 caractérisé par le fait que le moyen de guidage (G) est en retrait d’au moins 9 mm par rapport à la face d’entrée du connecteur (F).
10. Connecteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu’au moins une butée (B) de l’embout du connecteur mâle soit fixe et solidaire du corps du connecteur (F).