FR3130083A1 - Dispositif de jonction électrique entre deux tronçons de câble électrique, procédé de raccordement de deux tronçons de câble électrique au moyen d’un tel dispositif et câble de puissance équipé d’un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
Dispositif de jonction électrique entre deux tronçons de câble électrique, procédé de raccordement de deux tronçons de câble électrique au moyen d’un tel dispositif et câble de puissance équipé d’un tel dispositif Un aspect de l’invention concerne un dispositif de jonction électrique pour connecter un premier tronçon (410) et un second tronçon (420) d’un câble électrique, comprenant - une première tête de câblage (200) comportant un premier élément conducteur (210) de forme en L, monté à l’extrémité du premier tronçon de câble (410), et un premier élément isolant (220) entourant le premier élément conducteur (210) ; - une seconde tête de câblage (300) comportant un second élément conducteur (310) de forme en L, monté à l’extrémité du second tronçon de câble (420), et un second élément isolant (320) recouvrant le second élément conducteur (310), un bras (311) du second élément conducteur recouvert du second élément isolant (320) étant logé entre le premier élément conducteur (210) et le premier élément isolant (220) de sorte à autoriser une rotation entre la première tête de câblage (200) et la seconde tête de câblage (300). Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de raccordement au moyen de ce dispositif de jonction. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de jonction électrique permettant de raccorder deux tronçons de câble électrique avec un changement de direction au niveau du raccord compris entre 0 et 360°. L’invention concerne également un procédé de raccordement de deux tronçons de câble électrique au moyen de ce dispositif de jonction électrique. L’invention concerne, de plus, un câble de puissance doté de deux tronçons raccordés par ce dispositif de jonction électrique.
L’invention trouve des applications dans tous les domaines du transport de puissance électrique, comme les domaines du transport ferroviaire, maritime, terrestre, spatial, etc. Elle trouve, en particulier, des applications dans le domaine aéronautique pour le transport de la puissance électrique au sein des aéronefs et notamment de la puissance nécessaire à la propulsion des aéronefs hybrides et électriques.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Les constructeurs aéronautiques cherchent à développer des aéronefs à propulsion électrique ou hybride. Ces types de propulsion, électrique ou hybride, nécessitent la production et le transport de fortes puissances électriques permettant de générer une poussée suffisante pour le décollage de l’aéronef, son maintien en vol et son atterrissage, quel que soit le type d’aéronef : aéronefs à décollage/atterrissage vertical (appelés VTOL), aéronefs à décollage/atterrissage sur distance courte (appelés STOL), aéronefs à décollage/atterrissage conventionnel (appelés CTOL), avions commerciaux ou militaires, hélicoptères ou drones.
D’une façon générale, une forte puissance électrique est obtenue par l’association de tensions élevées, par exemple des tensions pouvant atteindre 3000V, et de forts courants, par exemple des courants pouvant atteindre 1000A. Le système d’interconnexion électrique à bord de ces aéronefs à propulsion électrique ou hybride, appelé système EWIS (electrical wiring interconnection system), doit être capable de transporter les forts courants et les fortes tensions afin de les distribuer entre les nombreux équipements électriques répartis dans l’aéronef comme, par exemple, les générateurs, les batteries, l’électronique de puissance, les moteurs électriques, etc.
Or, le transport des courants forts requiert l’utilisation de conducteurs électriques, généralement en cuivre ou en aluminium, de grosses sections, comme par exemple de jauge AWG8 à AWG4/0 ou plus, et les tensions élevées nécessitent des isolants électriques de grandes épaisseurs dont le rôle est non seulement d’assurer la tenue diélectrique mais également d’éviter les décharges partielles en basse pression, dues à l’altitude élevée.
Actuellement, les câbles utilisés en aéronautique sont des câbles dont la section de l’élément conducteur (appelé aussi simplement conducteur) ne permet pas de transporter les courants nécessaires pour couvrir la totalité des cas d’application de propulsion électrique ou hybride. En effet, la section maximale des câbles connus en aéronautique à ce jour est de 107mm², ce qui correspond à une jauge AWG4/0 (AWG pour « American Wire Gauge » en termes anglo-saxons). , Compte tenu de leur encombrement important, de leur masse élevée, de leur grand rayon de courbure et de leur forte raideur, qui rendent leur installation difficile, les câbles de cette jauge AWG4/0 ne sont quasiment jamais utilisés dans les aéronefs à propulsion classique. En effet, dans un aéronef, les câbles doivent parfois comporter des changements de direction, par exemple pour connecter un moteur avec un câble traversant la voilure ou pour faire transiter le câble de la voilure vers le fuselage de l’aéronef.
Or, le transport de courants forts pour des aéronefs à propulsion électrique ou hybride peut nécessiter des câbles d’une section encore plus élevée que celle de la jauge AWG4/0. Si les câbles AWG4/0 sont déjà peu utilisés à cause de leur difficulté d’installation, il semble évident que l’installation de câbles encore plus gros que ceux à jauge AWG4/0 soit problématique du fait notamment de leur forte raideur qui nécessite un rayon de courbure bien grand pour une installation dans un aéronef. Cette problématique d’installation se rencontre aussi pour les câbles de jauge inférieure à AWG4/0 du fait de l’espace de cheminement souvent restreint dans les voilures et autres zones de passage.
Le transport des courants forts est donc un frein au développement des aéronefs à propulsion hybride ou électrique.
Pour faciliter l’installation de câbles dont le rayon de courbure et la raideur sont importants, il a été envisagé de sectionner les câbles en plusieurs tronçons, en fonction du cheminement désiré pour le câble, et de raccorder ensuite ces tronçons les uns aux autres au moyen d’un dispositif de raccordement.
Il existe différents dispositifs de raccordement permettant de relier électriquement deux tronçons de câbles. Il existe, par exemple, un dispositif de jonction intégré au câblage et généralement formé d’un élément conducteur monobloc et d’un élément isolant rapporté. L’élément conducteur comporte généralement, à chacune de ses extrémités, une zone de sertissage sur laquelle un des tronçons de câble est raccordé par sertissage. Les deux tronçons de câble sont alors raccordés l’un à l’autre par cet élément conducteur monobloc. Ce dispositif de jonction, communément appelé « splice », forme une liaison rigide montée à demeure sur le câble, sans démontage possible. Si ce dispositif de jonction permet une connexion sécurisée, sans coupure, il présente cependant l’inconvénient d’être rectiligne et plus rigide encore que le câble lui-même. Il ne permet donc aucun changement de direction entre deux tronçons d’un câble.
Parmi les autres dispositifs de raccordement, il existe par exemple les connecteurs et les systèmes de borniers et cosses, dont le but est essentiellement de relier entre eux deux câblages d’une même liaison lors de l’installation sur un aéronef. Les borniers de raccordement sont généralement connectés aux câbles par l’intermédiaire de cosses électriques. Cependant, ces cosses électriques sont rectilignes et montées sur le bornier suivant un même axe. Les systèmes de borniers et cosses ne permettent donc pas de changement de direction entre deux tronçons d’un câble.
Les connecteurs comportent généralement deux parties distinctes, une embase et une fiche, montées chacune sur un des tronçons du câble à raccorder. La fiche et l’embase d’un connecteur peuvent être assemblées avec des raccords adaptés de façon à former un coude à 45° ou 90°. Les deux tronçons de câble, connectés l’un à la fiche l’autre à l’embase, peuvent ainsi être raccordés de façon coudée, suivant deux directions différentes. Si les connecteurs peuvent permettre un changement de direction au sein du câble, ils présentent toutefois l’inconvénient d’ajouter une coupure à la liaison électrique. En effet, la fiche et l’embase sont par définition déconnectables, ce qui engendre des coupures électriques avec toutes les problématiques associées. Pour un câble de puissance, transportant un fort courant, les inconvénients et risques liés à une coupure électrique sont particulièrement élevés : risque de déconnexion en service, risque pour la protection des personnes (par exemple contre les chocs électriques de type électrisation/ électrocution), multiplication des références de câblage, difficultés potentielles d’accessibilité pour connecter et déconnecter le connecteur, nécessité de tests et contrôles sur aéronef, masse, coût, disponibilité des produits, etc.
Il existe donc un réel besoin d’un dispositif de jonction électrique permettant un changement de direction relatif entre les deux tronçons d’un câble, sans pliage dudit câble.
Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de changement de direction des câbles de puissance dans les aéronefs, le demandeur propose un dispositif de jonction électrique comportant deux têtes de câblage orientables l’une par rapport à l’autre.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de jonction électrique pour connecter un premier tronçon et un second tronçon d’un câble électrique, comprenant :
- une première tête de câblage comportant :
- un premier élément conducteur de forme en L, monté à l’extrémité du premier tronçon de câble et comportant un bras de forme cylindrique; et
- un premier élément isolant entourant le premier élément conducteur ;
- une seconde tête de câblage comportant :
- un second élément conducteur de forme en L, monté à l’extrémité du second tronçon de câble et comportant un bras de forme cylindrique, creux ; et
- un second élément isolant recouvrant le second élément conducteur ,
La rotation autorisée entre les deux têtes de câblage permet aux deux tronçons de câble de pouvoir être orientés différemment l’un de l’autre. Le dispositif de jonction électrique est donc orientable et permet un changement de direction aisé du câble, dans n’importe quelle direction, même lorsque le câble est d’une grosse section (c'est-à-dire avec une jauge AWG4/0 ou même supérieure ou même inférieure).
On appelle câble de puissance, ou simplement câble, un câble électrique permettant le transport d’une forte puissance électrique (avec un fort courant et une tension élevée). L’expression « câble de puissance » ou « câble électrique » ou « câble » désigne tout type de fils conducteur, simple brin ou multibrins, plat ou rond, entouré d’un matériau diélectrique. Les expressions « câble de puissance », « câble électrique » ou « câble » désignent donc aussi les bus, barre-bus, bornier ou tout autre équipement de puissance.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif de jonction électrique selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le dispositif de jonction comprend un clip de rétention monté entre le premier élément conducteur et le second élément conducteur pour interdire tout déplacement en translation de la première tête de câblage par rapport à la seconde tête de câblage.
- une surface extérieure du bras du premier élément conducteur comporte une première gorge et une surface intérieure du bras du second élément conducteur comporte une seconde gorge, le clip de rétention étant monté en partie dans la première gorge et en partie dans la seconde gorge.
- le premier élément conducteur et le second élément conducteur comprennent chacun un avant-bras creux adapté pour recevoir, respectivement, le premier tronçon de câble et le second tronçon de câble.
- le premier tronçon du câble électrique et le second tronçon du câble électrique sont montés par sertissage, respectivement, dans le premier élément conducteur et dans le second élément conducteur.
- le dispositif de jonction comprend un joint torique d’étanchéité logé entre le premier élément isolant et le second élément isolant.
- le dispositif de jonction comprend une bague de contact électrique logée entre le bras du premier élément conducteur et le bras du second élément conducteur.
- les premier et second éléments isolants comprennent chacun, sur leur surface extérieure, une zone de métallisation de blindage électromagnétique.
- le dispositif de jonction comprend une bague de continuité de blindage, logée entre le premier élément isolant et le second élément isolant.
- le premier élément isolant et le second élément isolant comprennent chacun, sur leur avant-bras, une zone de moletage adaptée pour recevoir une tresse de blindage électromagnétique.
- le dispositif de jonction comprend une vis de verrouillage traversant le premier élément isolant et logée partiellement dans le second élément isolant pour assurer un verrouillage des première et seconde têtes de câblage une fois les premier et second tronçons de câble en position.
- le second élément isolant et/ou le premier élément isolant est surmoulé, respectivement, sur le second élément conducteur et/ou le premier élément conducteur.
- le bras de la première tête de câblage et le bras de la seconde tête de câblage sont positionnés suivant un premier axe de rotation, la première tête de câblage étant orientable jusqu’à 360° selon cet axe de rotation par rapport à la seconde tête de câblage.
- il comporte une tête de câblage intermédiaire, ladite tête de câblage intermédiaire étant montée avec la première tête de câblage suivant un premier axe de rotation et montée avec la seconde tête de câblage suivant un second axe de rotation de sorte que la première tête de câblage est orientable selon une double orientation par rapport à la seconde tête de câblage.
- le premier élément conducteur et/ou le second élément conducteur comporte, à une extrémité opposée au bras, une zone de raccordement plane pour l’interfaçage avec un équipement plat tel qu’une barre-bus ou un bornier.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un câble de puissance comportant au moins deux tronçons de câbles raccordés par au moins un dispositif de jonction tel que défini ci-dessus.
Un troisième aspect de l’invention concerne un procédé de raccordement d’un premier tronçon de câble électrique avec un second tronçon de câble électrique au moyen du dispositif de jonction électrique tel que défini ci-dessus qui comporte les opérations suivantes :
- choix d’un dispositif de jonction préalablement fabriqué ;
- connexion du premier tronçon de câble avec le premier élément conducteur en forme de L de la première tête de câblage ; et
- connexion du second tronçon de câble avec le second élément conducteur en forme de L de la seconde tête de câblage.
Avantageusement, le procédé comporte :
- une opération d’installation des premier et second tronçons de câble connectés ;
- positionnement angulaire relatif de la première tête de câblage par rapport à la seconde tête de câblage ; et
- montage d’une vis de verrouillage au moins partiellement dans le premier et le second éléments isolants afin de verrouiller le positionnement angulaire relatif des première et seconde têtes de câblage.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comporte des opérations préalables de fabrication du dispositif de jonction :
- surmoulage du premier élément conducteur par un premier élément isolant de sorte à former la première tête de câblage ;
- surmoulage du second élément conducteur par un second élément isolant de sorte à former la seconde tête de câblage ;
- installation d’un clip de rétention entre un bras d’un premier élément conducteur et un bras d’un second élément conducteur;
- installation d’un joint torique d’étanchéité entre le premier élément isolant et le second élément isolant ;
- installation d’une bague de contact électrique entre le bras du premier élément conducteur et le bras du second élément conducteur ;
- emboîtement de la première tête de câblage dans la seconde tête de câblage.
Avantageusement, le procédé selon un aspect de l’invention peut comporter au moins une des opérations suivantes :
- réalisation d’une zone de métallisation sur une surface extérieure des premier et second éléments isolants ; et
- installation d’une bague de continuité de blindage entre le premier élément isolant et le second élément isolant.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles :
La représente une vue éclatée schématique, en perspective, d’un exemple de dispositif de jonction électrique selon l’invention ;
La représente des vues de face et de profil d’exemples de bague de contact électrique montée dans le dispositif de jonction de la ;
La représente une vue schématique d’un exemple de fabrication de la première tête de câblage du dispositif de jonction électrique selon l’invention ;
La représente une vue schématique d’un exemple de fabrication de la seconde tête de câblage du dispositif de jonction électrique selon l’invention ;
La représente une vue schématique en perspective d’un exemple de raccordement de la première tête de câblage avec la seconde tête de câblage du dispositif de la ;
La représente plusieurs vues schématiques en perspective du dispositif de jonction électrique selon l’invention suivant plusieurs orientations ;
La représente, sous la forme d’un diagramme fonctionnel, un exemple de procédé de raccordement de deux tronçons de câble avec le dispositif de jonction électrique selon l’invention ;
La représente des variantes du dispositif selon l’invention dans lesquelles une des extrémités dudit dispositif comporte une zone de raccordement plane.
Claims (20)
- Dispositif de jonction électrique pour connecter un premier tronçon (410) et un second tronçon (420) d’un câble électrique, comprenant :
- une première tête de câblage (200) comportant :
- un premier élément conducteur (210) de forme en L, monté à l’extrémité du premier tronçon de câble (410) et comportant un bras (211) de forme cylindrique; et
- un premier élément isolant (220) entourant le premier élément conducteur (210) ;
- une seconde tête de câblage (300) comportant :
- un second élément conducteur (310) de forme en L, monté à l’extrémité du second tronçon de câble (420) et comportant un bras (311) de forme cylindrique, creux ; et
- un second élément isolant (320) recouvrant le second élément conducteur (310),
- une première tête de câblage (200) comportant :
- Dispositif de jonction électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un clip de rétention (110) monté entre le premier élément conducteur (210) et le second élément conducteur (310) pour interdire tout déplacement en translation de la première tête de câblage (200) par rapport à la seconde tête de câblage (300).
- Dispositif de jonction électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’une surface extérieure (215) du bras du premier élément conducteur comporte une première gorge et une surface intérieure du bras du second élément conducteur comporte une seconde gorge, le clip de rétention (110) étant monté en partie dans la première gorge et en partie dans la seconde gorge.
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier élément conducteur (210) et le second élément conducteur (310) comprennent chacun un avant-bras (212, 312) creux, adapté pour recevoir, respectivement, le premier tronçon de câble (410) et le second tronçon de câble (420).
- Dispositif de jonction électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier tronçon du câble électrique (410) et le second tronçon du câble électrique (420) sont montés par sertissage, respectivement, dans le premier élément conducteur (210) et dans le second élément conducteur (310).
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend un joint torique d’étanchéité (120) logé entre le premier élément isolant (220) et le second élément isolant (320).
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend une bague de contact électrique (130) logée entre le bras (211) du premier élément conducteur et le bras (311) du second élément conducteur.
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premier et second éléments isolants (220, 320) comprennent chacun, sur leur surface extérieure, une zone de métallisation de blindage électromagnétique.
- Dispositif de jonction électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend une bague de continuité de blindage (140), logée entre le premier élément isolant (220) et le second élément isolant (320).
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le premier élément isolant et le second élément isolant comprennent chacun, sur leur avant-bras, une zone de moletage adaptée pour recevoir une tresse de blindage électromagnétique.
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend une vis de verrouillage (150) traversant le premier élément isolant (220) et logée partiellement dans le second élément isolant (320) pour assurer un verrouillage des première et seconde têtes de câblage une fois les premier et second tronçons de câble (410, 420) en position.
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le second élément isolant (320) et/ou le premier élément isolant (220) est surmoulé, respectivement, sur le second élément conducteur (310) et/ou le premier élément conducteur (210).
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le bras (211) de la première tête de câblage (200) et le bras (311) de la seconde tête de câblage (300) sont positionnés suivant un premier axe de rotation (X), la première tête de câblage (200) étant orientable jusqu’à 360° selon cet axe de rotation par rapport à la seconde tête de câblage (300).
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu’il comporte une tête de câblage intermédiaire, ladite tête de câblage intermédiaire étant montée avec la première tête de câblage (200) suivant un premier axe de rotation (X) et montée avec la seconde tête de câblage (300) suivant un second axe de rotation (Y) de sorte que la première tête de câblage est orientable selon une double orientation (X, Y) par rapport à la seconde tête de câblage.
- Dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le premier élément conducteur (210) et/ou le second élément conducteur (310) comporte, à une extrémité opposée au bras (211, 311), une zone de raccordement plane pour l’interfaçage avec un équipement plat tel qu’une barre-bus ou un bornier.
- Câble de puissance (400) comportant au moins un premier tronçon (410) de câble et un second tronçon (420) de câble, caractérisé en ce que le premier tronçon de câble et le second tronçon de câble sont raccordés au moyen d’un dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 15.
- Procédé de raccordement (500) d’un premier tronçon (410) de câble électrique avec un second tronçon (420) de câble électrique au moyen du dispositif de jonction électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comportant les opérations suivantes :
- choix (520) d’un dispositif de jonction préalablement fabriqué ;
- connexion (530) du premier tronçon de câble (410) avec le premier élément conducteur (210) en forme de L de la première tête de câblage (200) ; et
- connexion (540) du second tronçon de câble (420) avec le second élément conducteur (310) en forme de L de la seconde tête de câblage (300).
- Procédé de raccordement selon la revendication 17, caractérisé en ce qu’il comporte :
- une opération (550) d’installation des premier et second tronçons de câble (410, 420) connectés ;
- positionnement angulaire relatif (516) de la première tête de câblage (200) par rapport à la seconde tête de câblage (300) ; et
- montage (517) d’une vis de verrouillage (150) au moins partiellement dans le premier et le second éléments isolants (220, 320) afin de verrouiller le positionnement angulaire relatif des première et seconde têtes de câblage.
- Procédé de raccordement selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce qu’il comporte des opérations préalables de fabrication (510) du dispositif de jonction :
- surmoulage (511) du premier élément conducteur (210) par un premier élément isolant (220) de sorte à former la première tête de câblage (200);
- surmoulage (511) du second élément conducteur (310) par un second élément isolant (320) de sorte à former la seconde tête de câblage (300) ;
- installation (512) d’un clip de rétention (110) entre un bras (211) d’un premier élément conducteur et un bras (311) d’un second élément conducteur;
- installation (513) d’un joint torique d’étanchéité (120) entre le premier élément isolant (220) et le second élément isolant (320) ;
- installation (514) d’une bague de contact électrique (130) entre le bras (211) du premier élément conducteur et le bras (311) du second élément conducteur ;
- emboîtement (515) de la première tête de câblage (200) dans la seconde tête de câblage (300) ;
- Procédé de raccordement selon l’une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que ce qu’il comprend au moins une des opérations suivantes :
- réalisation d’une zone de métallisation sur une surface extérieure des premier et second éléments isolants (220, 320) ; et
- installation d’une bague de continuité de blindage (140) entre le premier élément isolant (220) et le second élément isolant (320).
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