FR3113786A1

FR3113786A1 - Contact et boîtier de connecteur à positionnement de contact amélioré

Info

Publication number: FR3113786A1
Application number: FR2008963A
Authority: FR
Inventors: Erwan Guillanton; Aymeric Perot
Original assignee: Aptiv Technologies Ltd
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2040-09-03
Also published as: DE102021122756A1; FR3113786B1

Abstract

Un contact électrique mâle est logé dans une alvéole (8) d’un boîtier 7de connecteur. Chaque alvéole comporte des murs flexibles (13) comprenant des protubérances (16) qui pénètrent dans une gorge (26) circulaire réalisée sur le contact (100). Les géométries respectives de la surface de la gorge (26) et des protubérances (16) sont adaptées pour que chaque protubérance glisse et presse sur la surface de la gorge (26) pour déplacer le contact (100) vers l’avant alors qu’il est retenu vers l’arrière par des moyens de butée (10, 25). Fig. 5

Description

Contact et boîtier de connecteur à positionnement de contact amélioré

L’invention concerne le domaine de la connectique automobile et plus particulièrement le domaine de la connectique de puissance pour véhicule automobile.

Etat de la technique

Dans le domaine des véhicules automobiles et notamment des véhicules électriques, hybrides ou hybrides rechargeables, des courants forts peuvent être transmis dans des réseaux de câblage et/ou des circuits électriques de puissance (dans le véhicule lui-même ou reliés au véhicule). Par exemple, de tels réseaux et/ou circuits interconnectent entre eux, des éléments tels qu’une borne de recharge, une batterie, un moteur, un convertisseur de tension, etc. Lorsque qu’il est nécessaire d’intégrer des connecteurs dans les réseaux de câblage destinés à transmettre des courants forts, ces connecteurs doivent être munis de bornes ou contacts de taille et de section suffisamment importantes pour transmettre ces courants forts sans échauffement excessif. A cette fin, les contacts, et notamment les contacts mâles, des connecteurs de puissance actuels sont généralement usinés par exemple par décolletage dans des barreaux de cuivre massif.

On connait des connecteurs de puissance dans lesquels les contacts mâles 100 sont positionnés et bloqués à l’aide d’un linguet élastique 200, dans une alvéole formée dans le boîtier 300 du connecteur (voir figure 6). Un linguet élastique 200 a une certaine longueur LS qui s’ajoute à celle de la portion de guidage LG sur laquelle le contact 100 est guidé dans l’alvéole. En outre, l’extrémité du linguet 200 doit pouvoir s’insérer derrière un flasque 400 formant butée quelques soient les variations de dimensions du contact ou du boîtier dans l’intervalle de tolérance. Pour ce faire, il est nécessaire de laisser un espace de tolérance G (par exemple de 0,25 millimètres).

Il est proposé ci-dessous une contribution à l’amélioration du positionnement d’un contact dans un boîtier de connecteur.

Ainsi, il est divulgué ci-dessous un contact électrique mâle ayant une forme de broche essentiellement cylindrique. Cette broche présente un axe central et s’étend longitudinalement selon cet axe central parallèlement à une direction d’insertion dirigée d’une portion de liaison vers une extrémité libre. Le contact possède une surface de butée adaptée pour coopérer avec un boîtier dans lequel est logé ce contact. La normale à cette surface de butée comporte une composante orientée dans la direction d’insertion. En outre, le contact comporte une gorge circulaire autour de l’axe central. Cette gorge est localisée entre la surface de butée et l’extrémité libre. Cette gorge présente une surface de positionnement, adpatée, pour qu’en un point de contact entre le boitier et le contact, cette surface de positionnement ait sa normale dirigée vers la surface de butée avec un angle inférieur à 90° par rapport à la direction d’insertion.

Grâce à ces dispositions, la surface de positionnement pousse le contact dans la direction d’insertion pour amener la surface de butée à coopérer avec le boîtier. Le contact peut ainsi être bloqué dans une alvéole du boîtier destinée à recevoir le contact, sans qu’il soit nécessaire de laisser un espace de tolérance. En outre, la gorge peut être réalisée dans la portion de guidage. Ceci permet de réaliser un contact plus court.

Le contact défini ci-dessus peut, de manière facultative, comporter l’une des caractéristiques suivantes considérées chacune isolément ou en combinaison d’une ou plusieurs autres :

- la gorge a une section polygonale (c’est-à-dire vue selon une coupe longitudinale passant par l’axe central), le point de contact entre le boitier et le contact se faisant sur au moins l’une des surfaces définies par la section polygonale, de manière à pousser la surface de butée contre le boitier ;

- la surface de butée est portée par un flasque définissant une portion d’étanchéité adaptée pour recevoir un joint torique.

Il est également divulgué ci-dessous, un boîtier de connecteur comprenant au moins une alvéole avec une paroi de guidage définissant un cylindre s’étendant longitudinalement selon un axe central parallèle à une direction d’insertion d’un contact mâle dans ce cylindre, et une paroi de butée présentant une surface essentiellement perpendiculaire à la direction d’insertion. Ce boîtier comporte au moins un mur flexible déformable en écartement de l’axe central de la paroi de guidage. Ce mur s’étend entre deux extrémités solidaires de la paroi de guidage et comporte au moins une protubérance adaptée pour coopérer avec le contact mâle et bloquer celui-ci en butée contre la paroi de butée.

Le boîtier de connecteur défini ci-dessus peut, de manière facultative, comporter l’une des caractéristiques suivantes considérées chacune isolément ou en combinaison d’une ou plusieurs autres :

- chaque protubérance forme un dôme arrondi qui s’étend depuis la surface interne de chaque mur flexible vers l’axe central ; éventuellement le boîtier comporte plusieurs protubérances réparties régulièrement sur la paroi de guidage dans un plan perpendiculaire à la direction d’insertion ;

– il comporte au moins une cavité en forme d’arc-de-cercle centré sur l’axe central de la paroi de guidage ; cette cavité a ses extrémités qui correspondent aux extrémités du mur flexible ; cette cavité est localisée radialement derrière ce mur flexible.

Il est aussi divulgué un connecteur comprenant un contact mâle et un boîtier de connecteur, tels que mentionnés ci-dessus. Dans ce connecteur, le diamètre du contact au bord de la gorge, du côté de l’extrémité libre, est supérieur à la distance libre à l’intérieur de la paroi de guidage, perpendiculairement à la direction d’insertion, et inférieur au diamètre interne de l’alvéole.

Dans ce connecteur, éventuellement, en chaque point de contact entre chaque protubérance et la gorge, la tangente à la surface de la protubérance forme un angle avec la direction d’insertion supérieur ou égal à l’angle que la tangente à la surface de la gorge forme avec la direction d’insertion.

D’autres caractéristiques, buts et avantages du contact mâle, du boîtier de connecteur et du connecteur mentionnés ci-dessus apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
représente schématiquement un branchement mettant en œuvre un exemple de connecteur conforme à la présente invention ;
représente schématiquement en coupe une portion d’un boîtier de connecteur pouvant être utilisé dans l’application illustrée par la figure 1 ;
représente schématiquement en perspective une paroi de guidage d’une alvéole du boîtier illustré par la figure 2 ;
représente schématiquement en perspective un exemple de contact pouvant être utilisé dans l’application illustrée par la figure 1 ;
illustre schématiquement en coupe le principe du positionnement d’un contact dans une alvéole, pour deux ensembles de boîtier et contact dont des dimensions différent dans un intervalle de tolérance ; et
illustre schématiquement en coupe le positionnement d’un contact dans un boîtier de connecteur, selon l’art antérieur.

Description détaillée

Un exemple de mode de réalisation d’un connecteur 1 est décrit ci-dessous. Comme illustré sur la figure 1, connecteur 1 correspond par exemple à une embase 2 montée sur un véhicule électrique 3 et destinée à être branchée à une prise de charge 4 reliée électriquement et mécaniquement à un câble 5 alimenté par une station de recharge 6 électrique. Par exemple l’embase 4 peut être alimentée avec un courant de plusieurs dizaines d’ampères sous 230 V en monophasé ou 400V en triphasé, ou encore avec un courant continu de 120A par exemple. Par conséquent, ce type de connecteur 1 doit être conçu et dimensionné en conséquence pour notamment limiter les échauffements.

Comme illustré sur la figure 2, le connecteur 1 comporte un boîtier 7 en matière plastique diélectrique, dans lequel sont ménagées des alvéoles 8. Des contacts 100 mâles sont chacun respectivement logés dans une alvéole 8. Chaque alvéole 8 est munie d’une paroi de guidage 9 essentiellement cylindrique. Cette paroi de guidage 9 s’étend circulairement autour d’un axe central A. Cette paroi de guidage 9 s’étend également longitudinalement parallèlement à la fois à cet axe central A et à une direction d’insertion I d’un contact 100 dans une alvéole 8. Par exemple, chaque paroi de guidage 9 s’étend parallèlement à la direction d’insertion I sur une longueur L de 6 millimètres (bien entendu la valeur de L peut être inférieure ou supérieur à cette valeur de 6mm qui n’est donnée qu’à titre d’exemple). Chaque paroi de guidage 9 entoure un contact 100 de manière relativement ajustée. Par exemple, le diamètre interne DP de la paroi de guidage 9 peut être ajusté au diamètre externe du contact 100 à l’aide de nervure circulaires faisant saillie sur la surface interne de la paroi de guidage 9. Alternativement, (ou par exemple sans tenir compte des nervures circulaires mentionnées plus haut) le diamètre interne DP de la paroi de guidage 9 est supérieur de 0,5 millimètre par rapport au diamètre externe DC de la portion du contact 100 insérée dans l’alvéole 8 au niveau de la paroi de guidage 9. La paroi de guidage 9 s’étend entre une extrémité reliée au boîtier 7 par une couronne 10 s’étendant radialement essentiellement perpendiculairement à l’axe central A de la paroi de guidage 9. Cette couronne 10 présente une encoche 11 circulaire essentiellement centrée sur l’axe central A de la paroi de guidage 9. Cette couronne 10 forme une paroi de butée et l’encoche 11 présente une surface essentiellement perpendiculaire à la direction d’insertion I.

Comme illustré sur la figure 3, la paroi de guidage 9 comporte par exemple deux portions rigides 12 et deux portions flexibles 13. Chacune des portions flexibles 13 forme un mur flexible déformable en écartement de l’axe central A de la paroi de guidage 9. Un tel mur flexible 13 s’étend entre deux extrémités reliées aux portions rigides 12 et rendues ainsi solidaires de la paroi de guidage 9. Les portions rigides 12 s’étendent radialement et en épaisseur, essentiellement sur toute la longueur de chaque paroi de guidage 9, entre un espace interne destiné à recevoir un contact 100 et la surface interne 14 de l’alvéole 8. Les portions rigides 13 s’étendent donc radialement avec une épaisseur de matière plastique suffisante pour lui conférer une rigidité suffisante pour qu’un contact 100 guidé par la paroi de guidage 9 ne s’écarte pas ou très peu par rapport à l’axe central A de la paroi de guidage 9. Les murs flexibles 13 s’étendent radialement sur une épaisseur moindre que les portions rigides 12. Des cavités 15 en forme d’arc-de-cercle et centrées sur l’axe central A de la paroi de guidage 9 sont localisées chacune respectivement radialement derrière chaque mur flexible 13. Une protubérance 16 s’étend depuis la surface interne 17 de chaque mur flexible 13 vers l’axe central A. Chaque protubérance 16 présente donc une surface concave dépassant de la surface interne 17 d’un mur flexible 13. De part et d’autre de chaque protubérance 16, entre chaque protubérance 16 et la jonction du mur flexible 13 portant cette protubérance 16 avec une portion rigide 12, le mur flexible 13 présente une zone amincie 18 au niveau de laquelle son épaisseur est moindre. Les zones amincies 18 aident à la déformation des murs flexibles 13 en écartement de l’axe central A lors de l’insertion d’un contact 100, à l’intérieur de la paroi de guidage 9.

Comme illustré par la figure 4, chaque contact 100 mâle destiné à être inséré à l’intérieur de la paroi de guidage 9 décrite ci-dessus se présente sous la forme d’une broche essentiellement cylindrique. Un tel contact 100 s’étend longitudinalement selon un axe central A’ parallèle à la direction d’insertion I, d’une portion de liaison 19 vers une extrémité libre 20. Le contact 100 comporte successivement depuis la portion de liaison 19 vers l’extrémité libre 20, une portion de liaison 19, une portion d’étanchéité 21, une portion de guidage 22, et une portion de contact 23. La portion de liaison 19 est destinée à être mécaniquement et électroniquement connectée, par exemple par sertissage et/ou soudure, à un câble (non représenté). La portion d’étanchéité 21 s’étend parallèlement à l’axe central A’, entre deux surfaces annulaires centrées sur l’axe central A’ et s’étendant radialement dans un plan perpendiculaire à l’axe central A’. Une gorge périphérique est ménagée entre ces deux surfaces annulaires, dans laquelle est logé un joint torique 24. La surface annulaire la plus proche de l’extrémité libre 20 correspond également à une surface de butée 25 destinée à coopérer avec le boîtier 7dans lequel est logé le contact 100. Cette surface de butée 25 présente une normale ayant une composante orientée dans la direction d’insertion I. Dans le cas illustré, c’est la normale elle-même qui est parallèle à la direction d’insertion I. La portion de guidage 22 s’étend, parallèlement à la direction d’insertion I, depuis la portion d’étanchéité 21 vers l’extrémité libre 20, essentiellement sur une longueur correspondant à la longueur L de la paroi de guidage 9 décrite ci-dessus. La portion de guidage 22 a un diamètre constant sauf au niveau d’une gorge 26 circulaire autour de l’axe central A’. La gorge 26 a une section polygonale (en coupe longitudinale, voir figure 5). Par exemple, elle comporte trois surfaces : une surface de positionnement 27, une surface de fond 28 et une surface arrière 19 (voir figure 5). La distance entre les surfaces de positionnement 27, de fond 28 et arrière 29 ainsi que la profondeur de la gorge 26 sont adaptées pour qu’une protubérance 16 puisse pénétrer dans la gorge 26. Plus particulièrement, la surface de positionnement 27 est localisée le long de la direction d’insertion I, et par rapport à la surface de butée 25, de manière à ce qu’une protubérance 16 repose sur la surface de positionnement 27, en un point de contact PC. Au niveau de ce point de contact PC, la normale à la surface de positionnement 27 présente une composante dirigée vers la surface de butée 25. Autrement dit, une protubérance 16 repose sur au moins une portion de la surface de positionnement 27 qui est dirigée vers l’arrière, soit encore vers la portion de liaison 19. Avantageusement, les surfaces d’une protubérance 16 et de la gorge 26 susceptibles d’entrer en contact l’une avec l’autre, présentent des pentes et/ou des tangentes au niveau du point de contact, formant des angles différents par rapport à la direction d’insertion I. L’utilisation d’une forme courbée (vue en coupe longitudinale passant par l’axe central A’) sur une surface plane (vue en coupe longitudinale passant par l’axe central A’) permet de réaliser des points de contacts PC à différents endroits sur la surface de positionnement 27, en fonction des variations dimensionnelles du boîtier 7 et/ou de la gorge 26 et/ou de la surface de butée 25. Ainsi, même si dans l’intervalle des différentes tolérances, les positions respectives de la surface de butée 25, de la surface de positionnement 27 et de la protubérance 16, varient, l’interaction de la protubérance 16 avec la surface de positionnement 27 permet de maintenir le contact 100 dans son alvéole 8 sans jeu parallèlement à la direction d’insertion I. Comme illustré respectivement l’un au-dessus de l’autre, sur la figure 5, même si deux ensembles comprenant un boîtier 7 et un contact 100 ont des dimensions différentes dans un intervalle de tolérance, le contact 100 est maintenu sans jeu parallèlement à la direction d’insertion I.
La portion de contact 23 s’étend entre la portion de guidage 22 et l’extrémité libre 20. Le diamètre externe de la portion de contact 23 est égal à celui de la portion de guidage 22 (sauf sur la zone dans laquelle se situe la gorge 26). Par exemple, ce diamètre externe est de 8 millimètres. Ce diamètre externe est supérieur à celui du cercle inscrit, à l’intérieur de la paroi de guidage 9, entre les extrémités des protubérances 16 les plus proches de l’axe central A. Autrement dit, le diamètre du contact 100 au bord de la gorge 26, du côté de l’extrémité libre 20, est supérieur à la distance libre à l’intérieur de la paroi de guidage 9 perpendiculairement à la direction d’insertion I, mais il est inférieur au diamètre interne de l’alvéole 8. Les protubérances 16, situées chacune respectivement sur des murs flexibles 13 opposés, doivent donc être radialement écartées l’une de l’autre lors de l’insertion de la portion de contact 23 et de la portion de guidage 22 à l’intérieur de la paroi de guidage 9. Par exemple, l’extrémité libre 20 du contact 100 est arrondie et/ou biseautée afin de faciliter son insertion dans à l’intérieur de la paroi de guidage 9.

Le contact 100 est inséré en introduisant dans une alvéole 8, d’abord l’extrémité libre 20, depuis une face arrière du boîtier 7. Le contact 100 est poussé dans l’alvéole 8 jusqu’à ce que la surface de butée 25 soit bloquée par la paroi de butée 10 correspondante. Lors de cette insertion, les protubérances 16 reposent sur la surface externe de l’extrémité libre 20, puis de la portion de contact 23 et enfin de la portion de guidage 22 avant de pénétrer dans la gorge 26. Du fait de la souplesse des murs flexibles 13 (notamment grâce aux zones amincies 18), ceux-ci s’écartent lorsque les protubérances 16 sont en appui sur la surface externe de l’extrémité libre 20, de la portion de contact et de la portion de guidage 22. Puis, grâce à la résilience des murs flexibles 13, ceux-ci tendent à revenir vers l’axe central A (on notera que lorsque le contact 100 est logé dans son alvéole 8, les axes centraux A, A’ respectif de la paroi de guidage 9 et du contact 100, sont essentiellement confondus). De ce fait, lorsque les protubérances 16 sont engagées dans la gorge 26, celles-ci appuient sur la surface de positionnement 27. En chaque point de contact PC entre chaque protubérance 16 et la gorge 16, la tangente à la surface de la protubérance 16 forme un angle avec la direction d’insertion I supérieur ou égal à l’angle que la tangente à la surface de la gorge 26 forme avec la direction d’insertion I. En chaque point de contact PC entre une protubérance 16 et la surface de positionnement 27, celle-ci est inclinée de vers l’arrière du contact 100. Ainsi, la force appliquée au point de contact PC entre chaque protubérance 16 et la surface de positionnement 27, tend à déplacer le contact 100 vers l’avant, en éloignement de la paroi de butée 10. Les géométries respectives de la surface de la gorge 26 et des protubérances 16 sont adaptées pour que chaque protubérance 16 glisse et presse sur la surface de la gorge 26 pour déplacer le contact 100 vers l’avant alors qu’il est retenu vers l’arrière par la coopération de la surface butée 25 avec la paroi de butée 10. Il n’y a donc plus d’espace de tolérance.

Claims

Contact électrique mâle (100) ayant une forme de broche essentiellement cylindrique, s’étendant longitudinalement selon un axe central (A’) parallèle à une direction d’insertion (I) dirigée d’une portion de liaison (19) vers une extrémité libre (20), et possédant une surface de butée (25) adaptée pour coopérer avec un boîtier (7) dans lequel est logé le contact (100) et dont la normale comporte une composante orientée dans la direction d’insertion (I),
caractérisé par le fait qu’il comporte une gorge (26) circulaire autour de l’axe central (A’), localisée entre la surface de butée (25) et l’extrémité libre (20) et présentant une surface de positionnement (27) adaptée pour qu’en un point de contact (PC) entre le boitier (7) et le contact (100), cette surface de positionnement (27) ait sa normale dirigée vers la surface de butée (25) avec un angle inférieur à 90° par rapport à la direction d’insertion (I).
Contact électrique mâle (100) selon la revendication précédente, dans lequel la gorge (26) a une section polygonale, le point de contact (PC) entre le boitier (7) et le contact (100) se faisant sur au moins l’une des surfaces (27, 28, 29) définies par la section polygonale, de manière à pousser la surface de butée (25) contre le boitier (7).
Contact électrique mâle (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface de butée (25) est portée par un flasque définissant une portion d’étanchéité (21) adaptée pour recevoir un joint torique (24).
Boitier de connecteur comprenant au moins une alvéole (8) avec une paroi de guidage (9) définissant un cylindre s’étendant longitudinalement selon un axe central (A) parallèle à une direction d’insertion (I), dans ce cylindre, d’un contact (100) mâle selon l’une des revendications 1 à 3, et une paroi de butée (10) présentant une surface perpendiculaire à la direction d’insertion (I),
caractérisé en ce qu’il comporte au moins un mur flexible (13) déformable en écartement de l’axe central (A) de la paroi de guidage (9) et s’étendant entre deux extrémités solidaires de la paroi de guidage (9) et comportant au moins une protubérance (16) adaptée pour coopérer avec le contact (100) mâle et bloquer celui-ci en butée contre la paroi de butée (10).
Boitier selon la revendication précédente, dans lequel chaque protubérance (16) forme un dôme arrondi qui s’étend depuis la surface interne de chaque mur flexible (13) vers l’axe central (A).
Boitier selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel au moins une cavité (15) en forme d’arc-de-cercle, centrée sur l’axe central (A) de la paroi de guidage (9), a ses extrémités correspondant aux extrémités du mur flexible (13) et est localisée radialement derrière celui-ci.
Boitier selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel plusieurs protubérances (16) sont réparties régulièrement sur la paroi de guidage (9) dans un plan perpendiculaire à la direction d’insertion (I).
Connecteur comprenant au moins un contact (100) mâle selon l’une des revendications 1 à 3 et un boitier selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel le diamètre du contact (100) au bord de la gorge (26), du côté de l’extrémité libre (20), est supérieur à la distance libre à l’intérieur de la paroi de guidage (9), perpendiculairement à la direction d’insertion (I), et inférieur au diamètre interne de l’alvéole (8).
Connecteur selon la revendication 8, dans lequel, en chaque point de contact (PC) entre chaque protubérance (16) et la gorge (26), la tangente à la surface de la protubérance (16) forme un angle avec la direction d’insertion (I) supérieur ou égal à l’angle que la tangente à la surface de la gorge (26) forme avec la direction d’insertion (I).