WO2025003044A1 - Connecteur electrique enfichable compatible avec un signal de haute frequence - Google Patents

Connecteur electrique enfichable compatible avec un signal de haute frequence Download PDF

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electrical
coefficient
female housing
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Jérôme CHASTANET
Arnaud Pinel
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to an electrical connector for an automotive electrical or/and electronic circuit, said automotive electrical or/and electronic circuit comprising at least one female housing arranged for receiving said electrical connector, which electrical connector comprises, in a longitudinal direction and extending on either side of a handling body comprising support shoulders for its insertion under pressure into said female housing, a head for fixing a member to be connected to said automotive electrical or/and electronic circuit, and a pin, which pin comprises, between its ends formed by on the one hand a constriction adjoining said body and on the other hand a foot pluggable into said female housing, an elastically deformable zone arranged to, in a compressed position when it is inserted into said female housing, hold said electrical connector in said female housing.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising at least one automotive electrical and/or electronic circuit comprising at least one female housing, and comprising at least one such electrical connector.
  • the invention also relates to a method of producing such an electrical connector.
  • plug-in electrical connectors also called “press-fit pins”, comprising a compressible part for its cooperation with a female housing in which such a connector is inserted in its service position.
  • the objective of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a new design of plug-in connector, guaranteeing, on the one hand, its good mechanical resistance to buckling to avoid any damage when it is inserted into a female housing of an electrical or/and electronic circuit, and on the other hand, correct transmission of the signal at certain frequency levels without alteration or loss due mainly to a harmful skin effect.
  • the invention proposes an electrical connector for an automotive electrical or/and electronic circuit, said automotive electrical or/and electronic circuit comprising at least one female housing arranged to receive said electrical connector, which electrical connector comprises, in a longitudinal direction and extending on either side of a handling body comprising support shoulders for its insertion under pressure into said female housing, a head for fixing a member to be connected to said automotive electrical or/and electronic circuit, and a pin, which pin comprises, between its ends formed by on the one hand a constriction adjoining said body and on the other hand a foot pluggable into said female housing, a deformable zone capable of returning to its shape after having ceased to exert a force arranged to, in a compressed position when it is inserted into said female housing, hold said electrical connector in said female housing and ensure contact and electrical continuity.
  • said body comprises at least one recess delimiting with the external contour of said body arms whose minimum section measured in a plane perpendicular to said longitudinal direction is greater than or equal to the section of said constriction to ensure the buckling resistance when pressing on said shoulders when inserting said electrical connector into said female housing, and said minimum section measured in a plane perpendicular to said longitudinal direction is less than or equal to 6 times the product of the local thickness of said body and the skin thickness corresponding to the maximum frequency of the current intended to pass through said electrical connector, to minimize the disturbances caused by the skin effect during high frequency signal transmissions.
  • said body comprises several said recesses separated by material tabs, and the minimum section of each said material tab formed between two neighboring recesses is greater than or equal to the section of said constriction, and the minimum section of each said material tab is less than or equal to 6 times the product of the local thickness of said body and the skin thickness corresponding to the maximum frequency of the current intended to pass through said electrical connector.
  • the body of the connector is thus subdivided so as to reduce the number of areas of large section where a harmful skin effect could exist.
  • the minimum section of said arms is greater than or equal to the product of a first coefficient by the section of said constriction, said first coefficient being greater than or equal to 1.0 and less than or equal to 2.0, and is less than or equal to the product of a second coefficient by the product of the local thickness of said body and the skin thickness corresponding to the maximum frequency of the current intended to pass through said electrical connector, said second coefficient being greater than or equal to 2.0 and less than or equal to 6.0.
  • the minimum section of each said strip of material is greater than or equal to the product of said first coefficient by the section of said constriction, and is less than or equal to the product of said second coefficient by the product of the local thickness of said body and the skin thickness corresponding to the highest frequency of the current intended to pass through said electrical connector.
  • said body is flat and of constant thickness.
  • said electrical connector with the exception of said foot, is flat and of constant thickness.
  • said electrical connector is a single piece.
  • At least said body is coated with indium or tin or silver, to reduce the skin effect.
  • each said recess has a length, measured in said longitudinal direction, which is greater than or equal to its width measured in a transverse direction perpendicular to said longitudinal direction.
  • At least one of said recesses is oval or oblong.
  • each said recess is oval or oblong.
  • said body is symmetrical with respect to a body plane passing through said shoulders and parallel to said longitudinal direction
  • said electrical connector is entirely symmetrical with respect to a plane of symmetry orthogonal to said body plane and parallel to said longitudinal direction.
  • the invention also relates to a motor vehicle, comprising at least one automotive electrical and/or electronic circuit comprising at least at least one female housing, and comprising at least one such electrical connector, wherein at least said female housing is arranged for receiving said electrical connector.
  • the invention also relates to a method for producing such an electrical connector, according to which the material of said electrical connector, its magnetic permeability, its electrical conductivity, the maximum frequency of the current intended to pass through said electrical connector are defined, said corresponding skin thickness is calculated, a range of impedance values of said electrical connector is defined, an admissible disturbance threshold of the signal intended to pass through said electrical connector is defined, a range of thickness values of said body of said electrical connector is defined, simulations of the signals intended to pass through said electrical connector are carried out at frequencies less than or equal to said maximum frequency of the current intended to pass through said electrical connector, the shapes and output values of said signals are processed to determine the shape and number of said recesses and the values of said first coefficient and said second coefficient.
  • the thickness of said body, and the real part of the impedance of said electrical connector, and the values of said first coefficient and said second coefficient are imposed.
  • FIG.1 schematically illustrates in plan view an electrical connector according to the invention, extending in a longitudinal direction, and comprising, from the top to the bottom of the figure, a head for fixing a member to be connected to a said circuit, a handling body comprising support shoulders for its insertion under pressure in a housing, and a pin which comprises a constriction adjoining the body, an elastically deformable zone, and a plug-in foot;
  • the body comprises two circular recesses arranged transversely and which each define an arm with the external contour of the body, and which define between them a tab of material forming an isthmus;
  • FIG.2 schematically illustrates and in a manner similar to [Fig.1] another electrical connector according to the invention, comprising two circular recesses arranged longitudinally;
  • FIG.3 schematically illustrates and in a manner similar to [Fig.1] another electrical connector according to the invention, comprising two recesses, the upper one being oblong in the longitudinal direction, the lower one being circular, and arranged longitudinally;
  • FIG.4 schematically and in perspective illustrates another electrical connector according to the invention, comprising two oblong recesses in the longitudinal direction, arranged longitudinally; the connector is flat and symmetrical, on the one hand with respect to a body plane, on the other hand with respect to a plane of symmetry perpendicular to the previous one and crossing it in the longitudinal direction;
  • FIG.5 schematically illustrates and cross-sections according to the body plane, another electrical connector according to the invention, in a position plugged into a female housing of an electrical circuit; its fixing head is connected to a cable of a data bus, its elastically deformable zone is compressed in cooperation with a bore of the female housing, its foot cooperates with another element of the female housing or of the electrical circuit;
  • this connector comprises three oblong recesses in the longitudinal direction, two arranged transversely in symmetry, and the third arranged longitudinally in alignment with the axis of the two previous ones;
  • FIG.6 schematically illustrates a motor vehicle, comprising an automotive electrical and/or electronic circuit comprising at least one female housing, and comprising such electrical connectors connected by a bus to a transmitting or receiving unit.
  • the invention relates to a new design of the pressfit pin to ensure its compatibility with the high frequency signal.
  • the invention aims to reduce interference in transmitted signals in order to meet the requirements of data transmission standards, and to ensure the safety of equipment and installations controlled by the electrical and electronic circuits processing these signals.
  • Each of these electrical connectors 1 is provided for connection with an automotive electrical and/or electronic circuit 100, comprising at least one female housing 110 arranged for receiving such an electrical connector 1.
  • This electrical connector 1 comprises, in a longitudinal direction D, and extending on either side of a handling body 2 comprising support shoulders 21 for its insertion under pressure into a female housing 110, a head 3 for fixing a member to be connected 31 to an automotive electrical and/or electronic circuit 100, and a pin 4.
  • This pin 4 comprises, between its ends formed by on the one hand a constriction 5 adjoining the body 2 and on the other hand a foot 7 pluggable into a female housing 110, an elastically deformable zone 6, that is to say capable of returning to its initial shape after having ceased to exert a force.
  • This area capable of returning to its initial shape after having ceased to exert a force 6 is shown in its free position in [Fig.1] to [Fig.4], and it is arranged to, in a compressed position when it is inserted into a female housing 110 as visible in [Fig.5], hold the electrical connector 1 in this female housing 110.
  • the body 2 comprises at least one recess 8, which delimits arms 9 with the external contour 22 of the body 2.
  • the section minimum of these arms 9, measured in a plane perpendicular to the longitudinal direction D is, on the one hand greater than or equal to the section of the necking 5 to ensure resistance to buckling when pressing on the shoulders 21 when inserting the electrical connector 1 into a female housing 110, and on the other hand is less than or equal to 6 times the product of the local thickness of the body 2 and the skin thickness ô corresponding to the highest frequency of the current intended to pass through the electrical connector 1, to minimize the disturbances caused by the skin effect during high frequency signal transmissions.
  • the skin thickness ô depends on the material of the electrical connector 1 , its magnetic permeability p, its electrical conductivity o, and the maximum frequency f of the current intended to pass through this electrical connector 1 , according to the formula
  • the skin thickness ⁇ is 0.21 mm.
  • the body 2 comprises several recesses 8 separated by material tabs 28 forming isthmuses, and the minimum section of each material tab 28 formed between two neighboring recesses 8 is greater than or equal to the section of the constriction 5, and is less than or equal to 6 times the product of the local thickness of the body 2 and the skin thickness ô corresponding to the maximum frequency of the current intended to pass through the electrical connector 1.
  • the minimum section of the arms 9, measured in a plane perpendicular to the longitudinal direction D is greater than or equal to the product of a first coefficient k1 by the section of the constriction 5, this first coefficient k1 being between 1.0 and 2.0 terminals inclusive, and the minimum section of the arms 9, measured in a plane perpendicular to the longitudinal direction D, is less than or equal to the product of a second coefficient k2 by the product of the local thickness of the body 2 and the skin thickness ô corresponding to the highest frequency of the current intended to pass through the electrical connector 1, this second coefficient k2 being between 2.0 and 6.0 terminals inclusive.
  • the minimum section of each material tab 28 is greater than or equal to the product of the first coefficient k1 by the section of the constriction 5, and the minimum section of each material tab 28 is less than or equal to the product of the second coefficient k2 by the product of the local thickness of the body 2 and the skin thickness ô corresponding to the maximum frequency of the current intended to pass through the electrical connector 1.
  • body 2 is flat and of constant thickness.
  • the electrical connector 1, with the exception of the foot 7, is flat and of constant thickness. More particularly still, the connector 1 is entirely flat.
  • the electrical connector 1 is a single-piece.
  • the body 2 is coated with indium, or tin, or silver, or any suitable metal or alloy, to reduce the skin effect.
  • the connector 1 is entirely coated with indium, or tin, or silver, or any such suitable metal or alloy.
  • each recess 8 has a length, measured in the longitudinal direction D, which is greater than or equal to its width measured in a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction D.
  • At least one of the recesses 8 is oval or oblong.
  • each recess 8 is oval or oblong.
  • the body 2 is symmetrical with respect to a body plane PT passing through the shoulders 21 and parallel to the longitudinal direction D; and the electrical connector 1 is entirely symmetrical with respect to a plane of symmetry PS orthogonal to the body plane PT and parallel to the longitudinal direction D.
  • the invention also relates to a motor vehicle 200, comprising at least one automotive electrical and/or electronic circuit 100 comprising at least one female housing 110, and comprising at least one such electrical connector 1, and where at least one female housing 110 is arranged for receiving an electrical connector 1.
  • the electrical connectors 1 are connected by cables 31 of a bus 310 to a transmitter or receiver member 300, which the vehicle 200 comprises.
  • the invention also relates to a method for producing such an electrical connector 1, according to which the material of the electrical connector 1 is defined, its magnetic permeability p, its electrical conductivity o, the maximum frequency f of the current intended to pass through the electrical connector 1, the corresponding skin thickness ô is calculated, in that a range of impedance values of the electrical connector 1 is defined, an admissible disturbance threshold of the signal intended to pass through the electrical connector 1 is defined, a range of thickness values of the body 2 of the electrical connector 1 is defined, and simulations of the signals intended to pass through the electrical connector 1 are carried out at frequencies less than or equal to the maximum frequency of the current intended to pass through the electrical connector 1, the output shapes and values of the signals are processed to determine the shape and number of the recesses 8 and the values of the first coefficient k1 and the second coefficient k2.
  • the invention makes it possible to have a pluggable electrical connector compatible with a high frequency signal, and the invention provides significant advantages.
  • the specific design of the connector according to the invention aims to define a suitable geometry, in the vicinity of the shoulders used to push the connector into a female housing of an electrical and/or electronic circuit, to avoid any change in impedance along the connector.
  • the invention proposes to produce one or more recesses in the connector, each recess being designed and adjusted using signal integrity simulations according to the targeted frequency.
  • the use of high frequency signal is novel in automotive applications.
  • the invention allows the use of pressfit connectors for high frequency signal instead of a soldered connector.
  • the invention relates to all electronic devices with high frequency signals on the connector.

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

L'invention concerne un connecteur électrique (1) pour coopérer avec un logement (110) d'un circuit, comportant un corps (2) de manipulation avec des épaulements (21) pour son insertion sous pression dans un logement (110), une broche (4) avec un pied (7) et une zone déformable élastiquement (6) enfichables dans un logement (110), le corps (2) comportant au moins un évidement (8) délimitant avec le contour extérieur (22) du corps (2) des bras (9) de section minimale supérieure ou égale à celle d'un rétreint (5) situé entre le corps (2) et la broche (4), pour assurer la résistance au flambage, et inférieure à 6 fois le produit de l'épaisseur du corps (2) et de l'épaisseur de peau correspondant à la plus grande fréquence du courant destiné à traverser le connecteur électrique (1), pour minimiser les perturbations lors de transmissions de signaux à fréquence élevée.

Description

CONNECTEUR ELECTRIQUE ENFICHABLE COMPATIBLE AVEC UN SIGNAL DE HAUTE FREQUENCE
DESCRIPTION
[001] L’invention porte sur un connecteur électrique de circuit électrique ou/et électronique automobile, ledit circuit électrique ou/et électronique automobile comportant au moins un logement femelle agencé pour la réception dudit connecteur électrique, lequel connecteur électrique comporte, selon une direction longitudinale et s’étendant de part et d’autre d’un corps de manipulation comportant des épaulements d’appui pour son insertion sous pression dans ledit logement femelle, une tête de fixation d’un organe à raccorder audit circuit électrique ou/et électronique automobile, et une broche, laquelle broche comporte, entre ses extrémités formées par d’une part un rétreint jouxtant ledit corps et d’autre part un pied enfichable dans ledit logement femelle, une zone déformable élastiquement agencée pour, dans une position comprimée quand elle est insérée dans un dit logement femelle, maintenir ledit connecteur électrique dans ledit logement femelle.
[002] L’invention concerne encore un véhicule automobile comportant au moins un circuit électrique ou/et électronique automobile comportant au moins un logement femelle, et comportant au moins un tel connecteur électrique.
[003] L’invention concerne encore un procédé de réalisation d’un tel connecteur électrique.
[004] Il est connu de l’art antérieur des connecteurs électriques embrochables, aussi dénommés « broches press-fit », comportant une partie comprimable pour sa coopération avec un logement femelle dans lequel est inséré un tel connecteur dans sa position de service.
[005] On constate des altérations du signal, en particulier lors de transmission à fréquence élevée, et les déperditions constatées peuvent être dangereuses pour les organes commandés par des circuits électriques dans lesquels sont enfichés de tels connecteurs standard. Quand un tel circuit électrique ou/et électronique pilote des organes d’un véhicule ou d’une machine, le signal doit être transmis sans déformation ni altération, pour garantir la sécurité de l’installation concernée.
[006] Actuellement la solution consiste, en pareil cas de transmission à haute fréquence, à utiliser des connecteurs soudés, et non des connecteurs enfichables. Cela complique la mise au point, nécessite des opérations supplémentaires de contrôle, notamment au niveau des soudures.
[007] L’objectif de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une nouvelle conception de connecteur embrochable, garantissant, d’une part sa bonne tenue mécanique au flambage pour éviter tout endommagement lors de son insertion dans un logement femelle de circuit électrique ou/et électronique, et d’autre part une transmission correcte du signal à certains niveaux de fréquence sans altération ni déperdition due principalement à un effet de peau néfaste.
[008] Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un connecteur électrique de circuit électrique ou/et électronique automobile, ledit circuit électrique ou/et électronique automobile comportant au moins un logement femelle agencé pour la réception dudit connecteur électrique, lequel connecteur électrique comporte, selon une direction longitudinale et s’étendant de part et d’autre d’un corps de manipulation comportant des épaulements d’appui pour son insertion sous pression dans ledit logement femelle, une tête de fixation d’un organe à raccorder audit circuit électrique ou/et électronique automobile, et une broche, laquelle broche comporte, entre ses extrémités formées par d’une part un rétreint jouxtant ledit corps et d’autre part un pied enfichable dans ledit logement femelle, une zone déformable apte à reprendre sa forme après avoir cessé d’exercer un effort agencée pour, dans une position comprimée quand elle est insérée dans un dit logement femelle, maintenir ledit connecteur électrique dans ledit logement femelle et assurer le contact et la continuité électrique.
[009] Selon l’invention, ledit corps comporte au moins un évidement délimitant avec le contour extérieur dudit corps des bras dont la section minimale mesurée dans un plan perpendiculaire à ladite direction longitudinale est supérieure ou égale à la section dudit rétreint pour assurer la résistance au flambage lors d’un appui exercé sur lesdits épaulements lors de l’insertion dudit connecteur électrique dans ledit logement femelle, et ladite section minimale mesurée dans un plan perpendiculaire à ladite direction longitudinale est inférieure ou égale à 6 fois le produit de l’épaisseur locale dudit corps et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique, pour minimiser les perturbations occasionnées par l’effet de peau lors de transmissions de signaux à fréquence élevée.
[010] Grâce à l’invention, on assure la bonne tenue mécanique au flambage de ce connecteur, et on assure une transmission correcte du signal à certains niveaux de fréquence pour lesquels les évidements ont été calculés.
[011] Avantageusement, ledit corps comporte plusieurs dits évidements séparés par des languettes de matière, et la section minimale de chaque dite languette de matière formée entre deux évidements voisins est supérieure ou égale à la section dudit rétreint, et la section minimale de chaque dite languette de matière est inférieure ou égale à 6 fois le produit de l’épaisseur locale dudit corps et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique.
[012] Ainsi on subdivise le corps du connecteur de façon à réduire le nombre de zones de forte section où pourrait exister un effet de peau nuisible.
[013] Avantageusement, la section minimale desdits bras, mesurée dans un plan perpendiculaire à ladite direction longitudinale est supérieure ou égale au produit d’un premier coefficient par la section dudit rétreint, ledit premier coefficient étant supérieur ou égal à 1 ,0 et inférieur ou égal à 2,0, et est inférieure ou égale au produit d’un deuxième coefficient par le produit de l’épaisseur locale dudit corps et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique, ledit deuxième coefficient étant supérieur ou égal à 2,0 et inférieur ou égal à 6,0.
[014] Il est ainsi possible d’affiner la réduction des sections en bordure du corps du connecteur.
[015] Avantageusement, la section minimale de chaque dite languette de matière est supérieure ou égale au produit dudit premier coefficient par la section dudit rétreint, et est inférieure ou égale au produit dudit deuxième coefficient par le produit de l’épaisseur locale dudit corps et de l’épaisseur de peau correspondant à la plus grande fréquence du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique.
[016] Il est ainsi possible d’affiner la réduction des sections au sein du corps du connecteur.
[017] Avantageusement, ledit corps est plan et d’épaisseur constante.
[018] Ainsi la réalisation du corps est facile par estampage ou similaire.
[019] Avantageusement, ledit connecteur électrique, à l’exception dudit pied, est plan et d’épaisseur constante.
[020] Ainsi sa réalisation est facile par estampage ou similaire.
[021] Avantageusement, ledit connecteur électrique est monobloc.
[022] Tout problème de liaison interne est ainsi écarté.
[023] Avantageusement, au moins ledit corps est revêtu d’indium ou d’étain ou d’argent, pour réduire l’effet de peau.
[024] Ainsi on minimise l’effet de peau, responsable des perturbations.
[025] Avantageusement, chaque dit évidement a une longueur, mesurée selon ladite direction longitudinale, qui est supérieure ou égale à sa largeur mesurée selon une direction transversale perpendiculaire à ladite direction longitudinale.
[026] Cette disposition est meilleure pour le comportement au flambage.
[027] Avantageusement, au moins un desdits évidements est ovale ou oblong.
[028] Cet agencement peut permettre de réduire le nombre d’évidements.
[029] Avantageusement, chaque dit évidement est ovale ou oblong.
[030] Il est ainsi possible de créer des bras ou des languettes de matière de section assez régulière.
[031] Avantageusement, ledit corps est symétrique par rapport à un plan de corps passant par lesdits épaulements et parallèle à ladite direction longitudinale, et ledit connecteur électrique est entièrement symétrique par rapport à un plan de symétrie orthogonal audit plan de corps et parallèle à ladite direction longitudinale.
[032] Ainsi la division de la trajectoire du signal est entièrement symétrique, sans perturbation associée à des trajets différents.
[033] L’invention concerne encore un véhicule automobile, comportant au moins un circuit électrique ou/et électronique automobile comportant au moins un logement femelle, et comportant au moins un tel connecteur électrique, où au moins ledit logement femelle est agencé pour la réception dudit connecteur électrique.
[034] Ainsi on assure la sécurité de transmission de signaux, même à fréquence élevée, et donc la sécurité de fonctionnement de ce véhicule automobile.
[035] L’invention concerne encore un procédé de réalisation d’un tel connecteur électrique, selon lequel on définit le matériau dudit connecteur électrique, sa perméabilité magnétique, sa conductivité électrique, la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique, on calcule ladite épaisseur de peau correspondante, on définit une fourchette de valeurs d’impédance dudit connecteur électrique, on définit un seuil de perturbation admissible du signal destiné à traverser ledit connecteur électrique, on définit une fourchette de valeurs d’épaisseurs dudit corps dudit connecteur électrique, on effectue des simulations des signaux destinés à traverser ledit connecteur électrique à des fréquences inférieures ou égales à ladite fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique, on traite les formes et valeurs de sortie desdits signaux pour déterminer la forme et le nombre desdits évidements et les valeurs dudit premier coefficient et dudit deuxième coefficient.
[036] Ainsi on peut simuler l’application de différentes gammes de fréquence pour différents types de connecteurs, pour assurer la bonne tenue à la fois au flambage et en transmission de signal.
[037] Avantageusement, on impose l’épaisseur dudit corps, et la partie réelle de l’impédance dudit connecteur électrique, et les valeurs dudit premier coefficient et dudit deuxième coefficient.
[038] Ainsi on simplifie les simulations.
[039] L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- [Fig.1] illustre schématiquement et en vue en plan un connecteur électrique selon l’invention, s’étendant selon une direction longitudinale, et comportant, du haut vers le bas de la figure, une tête de fixation d’un organe à raccorder à un dit circuit, un corps de manipulation comportant des épaulements d’appui pour son insertion sous pression dans un logement, et une broche qui comporte un rétreint jouxtant le corps, une zone déformable élastiquement, et un pied enfichable; le corps comporte deux évidements circulaires disposés transversalement et qui définissent chacun un bras avec le contour extérieur du corps, et qui définissent entre eux une languette de matière formant un isthme;
[Fig.2] illustre schématiquement et de façon similaire à [Fig.1 ] un autre connecteur électrique selon l’invention, comportant deux évidements circulaires disposés longitudinalement ;
[Fig.3] illustre schématiquement et de façon similaire à [Fig.1 ] un autre connecteur électrique selon l’invention, comportant deux évidements, le supérieur étant oblong selon la direction longitudinale, l’inférieur étant circulaire, et disposés longitudinalement ;
[Fig.4] illustre schématiquement et en perspective un autre connecteur électrique selon l’invention, comportant deux évidements oblongs selon la direction longitudinale, disposés longitudinalement ; le connecteur est plan et symétrique, d’une part par rapport à un plan de corps, d’autre part par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire au précédent et le croisant selon la direction longitudinale ;
[Fig.5] illustre schématiquement et coupe selon le plan de corps, un autre connecteur électrique selon l’invention, dans une position enfichée dans un logement femelle d’un circuit électrique; sa tête de fixation est raccordée à un câble d’un bus de données, sa zone déformable élastiquement est comprimée en coopération avec un alésage du logement femelle, son pied coopère avec un autre élément du logement femelle ou du circuit électrique; ce connecteur comporte trois évidements oblongs selon la direction longitudinale, deux disposés transversalement en symétrie, et le troisième disposé longitudinalement en alignement avec l’axe des deux précédents;
[Fig.6] illustre schématiquement un véhicule automobile, comportant un circuit électrique ou/et électronique automobile comportant au moins un logement femelle, et comportant de tels connecteurs électriques raccordés par un bus à un organe émetteur ou récepteur. [040] L’invention a pour objet une conception nouvelle de la broche pressfit pour assurer sa compatibilité avec le signal haute fréquence.
[041] Elle s’applique notamment à tout dispositif électronique avec signaux haute fréquence et connecteurs.
[042] Les connexions de type pressfit sont actuellement largement utilisées pour les connecteurs pour les signaux standard (<100 Mbit/s).
[043] Or la conception des broches pressfit perturbe l’intégrité des signaux haute fréquence (c’est-à-dire Ethernet 100 Mbit/s).
[044] L’invention vise à réduire les perturbations sur les signaux transmis afin de répondre aux exigences des normes de transmission de données, et d’assurer la sécurité des équipements et installations pilotés par les circuits électriques et électroniques traitant ces signaux.
[045] Différentes variantes de connecteurs selon l’invention sont illustrées schématiquement en [Fig.1], [Fig.2], [Fig.3], [Fig.4], [Fig.5].
[046] Chacun de ces connecteurs électriques 1 est prévu pour la connexion avec un circuit électrique ou/et électronique automobile 100, comportant au moins un logement femelle 110 agencé pour la réception d’un tel connecteur électrique 1 .
[047] Ce connecteur électrique 1 comporte, selon une direction longitudinale D, et s’étendant de part et d’autre d’un corps 2 de manipulation comportant des épaulements d’appui 21 pour son insertion sous pression dans un logement femelle 110, une tête 3 de fixation d’un organe à raccorder 31 à un circuit électrique ou/et électronique automobile 100, et une broche 4. Cette broche 4 comporte, entre ses extrémités formées par d’une part un rétreint 5 jouxtant le corps 2 et d’autre part un pied 7 enfichable dans un logement femelle 110, une zone déformable élastiquement 6, c’est-à-dire apte à reprendre sa forme initiale après avoir cessé d’exercer un effort. Cette zone apte à reprendre sa forme initiale après avoir cessé d’exercer un effort 6 est représentée dans sa position libre en [Fig.1] à [Fig.4], et elle est agencée pour, dans une position comprimée quand elle est insérée dans un logement femelle 110 tel que visible en [Fig.5], maintenir le connecteur électrique 1 dans ce logement femelle 110.
[048] Selon l’invention, le corps 2 comporte au moins un évidement 8, lequel délimite des bras 9 avec le contour extérieur 22 du corps 2. La section minimale de ces bras 9, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale D est, d’une part supérieure ou égale à la section du rétreint 5 pour assurer la résistance au flambage lors d’un appui exercé sur les épaulements 21 lors de l’insertion du connecteur électrique 1 dans un logement femelle 110, et d’autre part est inférieure ou égale à 6 fois le produit de l’épaisseur locale du corps 2 et de l’épaisseur de peau ô correspondant à la plus grande fréquence du courant destiné à traverser le connecteur électrique 1 , pour minimiser les perturbations occasionnées par l’effet de peau lors de transmissions de signaux à fréquence élevée.
[049] L’épaisseur de peau ô dépend du matériau du connecteur électrique 1 , de sa perméabilité magnétique p, de sa conductivité électrique o, et de la fréquence maximale f du courant destiné à traverser ce connecteur électrique 1 , selon la formule
Figure imgf000010_0001
[050] Par exemple, pour un conducteur en cuivre transmettant un signal à 100 kHz, l’épaisseur de peau ô est de 0,21 mm.
[051] Plus particulièrement, le corps 2 comporte plusieurs évidements 8 séparés par des languettes de matière 28 formant des isthmes, et la section minimale de chaque languette de matière 28 formé entre deux évidements 8 voisins est supérieure ou égale à la section du rétreint 5, et est inférieure ou égale à 6 fois le produit de l’épaisseur locale du corps 2 et de l’épaisseur de peau ô correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser le connecteur électrique 1 .
[052] Plus particulièrement, la section minimale des bras 9, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale D est supérieure ou égale au produit d’un premier coefficient k1 par la section du rétreint 5, ce premier coefficient k1 étant compris entre 1 ,0 et 2,0 bornes comprises, et la section minimale des bras 9, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale D est inférieure ou égale au produit d’un deuxième coefficient k2 par le produit de l’épaisseur locale du corps 2 et de l’épaisseur de peau ô correspondant à la plus grande fréquence du courant destiné à traverser le connecteur électrique 1 , ce deuxième coefficient k2 étant compris entre 2,0 et 6,0 bornes comprises.
[053] Plus particulièrement, la section minimale de chaque languette de matière 28 est supérieure ou égale au produit du premier coefficient k1 par la section du rétreint 5, et la section minimale de chaque languette de matière 28 est inférieure ou égale au produit du deuxième coefficient k2 par le produit de l’épaisseur locale du corps 2 et de l’épaisseur de peau ô correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser le connecteur électrique 1 .
[054] Plus particulièrement, le corps 2 est plan et d’épaisseur constante.
[055] Plus particulièrement, le connecteur électrique 1 , à l’exception du pied 7, est plan et d’épaisseur constante. Plus particulièrement encore, le connecteur 1 est entièrement plan.
[056] Plus particulièrement, le connecteur électrique 1 est monobloc.
[057] Plus particulièrement, au moins le corps 2 est revêtu d’indium, ou d’étain, ou d’argent, ou de tout métal ou alliage convenable, pour réduire l’effet de peau. Plus particulièrement encore, le connecteur 1 est entièrement revêtu d’indium, ou d’étain, ou d’argent, ou de tout tel métal ou alliage convenable.
[058] Plus particulièrement, chaque évidement 8 a une longueur, mesurée selon la direction longitudinale D, qui est supérieure ou égale à sa largeur mesurée selon une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale D.
[059] Plus particulièrement, au moins un des évidements 8 est ovale ou oblong.
[060] Plus particulièrement, chaque évidement 8 est ovale ou oblong.
[061] Plus particulièrement, le corps 2 est symétrique par rapport à un plan de corps PT passant par les épaulements 21 et parallèle à la direction longitudinale D ; et le connecteur électrique 1 est entièrement symétrique par rapport à un plan de symétrie PS orthogonal au plan de corps PT et parallèle à la direction longitudinale D.
[062] L’invention concerne encore un véhicule automobile 200, comportant au moins un circuit électrique ou/et électronique automobile 100 comportant au moins un logement femelle 110, et comportant au moins un tel connecteur électrique 1 , et où au moins un logement femelle 110 est agencé pour la réception d’un connecteur électrique 1. Tel que visible en [Fig.6], les connecteurs électriques 1 sont raccordés par des câbles 31 d’un bus 310 à un organe émetteur ou récepteur 300, que comporte le véhicule 200. [063] L’invention concerne encore un procédé de réalisation d’un tel connecteur électrique 1 , selon lequel on définit le matériau du connecteur électrique 1, sa perméabilité magnétique p, sa conductivité électrique o, la fréquence maximale f du courant destiné à traverser le connecteur électrique 1, on calcule l’épaisseur de peau ô correspondante, en ce qu’on définit une fourchette de valeurs d’impédance du connecteur électrique 1, on définit un seuil de perturbation admissible du signal destiné à traverser le connecteur électrique 1, on définit une fourchette de valeurs d’épaisseurs du corps 2 du connecteur électrique 1, et on effectue des simulations des signaux destinés à traverser le connecteur électrique 1 à des fréquences inférieures ou égales à la fréquence maximale du courant destiné à traverser le connecteur électrique 1, on traite les formes et valeurs de sortie des signaux pour déterminer la forme et le nombre des évidements 8 et les valeurs du premier coefficient k1 et du deuxième coefficient k2.
[064] Plus particulièrement, on impose l’épaisseur du corps 2, et la partie réelle de l’impédance du connecteur électrique 1 , et les valeurs du premier coefficient k1 et du deuxième coefficient k2.
[065] En somme, l’invention permet de disposer d’un connecteur électrique enfichable compatible avec un signal de haute fréquence, et l’invention apporte des avantages importants.
[066] La conception spécifique du connecteur selon l’invention a pour objet de définir une géométrie adaptée, au voisinage des épaulements utilisés pour enfoncer le connecteur dans un logement femelle d’un circuit électrique ou/et électronique, pour éviter tout changement d’impédance le long du connecteur.
[067] Pour assurer la stabilité de transmission du signal, et en particulier éviter les effets de peau néfastes qui conduisent à l’altération du signal, l’invention propose de réaliser un ou plusieurs évidements dans le connecteur, chaque évidement étant conçu et réglé grâce à des simulations d’intégrité du signal selon la fréquence ciblée.
[068] L’utilisation du signal haute fréquence est nouvelle dans les applications automobiles. L’invention permet l’utilisation de connecteurs pressfit pour signal haute fréquence au lieu d’un connecteur soudé. [069] L’invention concerne tous les appareils électroniques avec des signaux haute fréquence sur le connecteur.
[070] La conception spécifique est facile à mettre en oeuvre dans une opération d’emboutissage pour la fabrication de connecteurs pressfit, puisqu’il suffit de rajouter, aux emplacements adéquats, des outils de forme classiques en estampage, pour estamper des évidements circulaires, oblongs, ovales, ou autres.
[071] Des simulations pour comparer l’intégrité du signal avec la conception permettent de calculer le nombre et la position des évidements pour chaque configuration de signaux à transmettre par le connecteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Connecteur électrique (1 ) de circuit électrique ou/et électronique automobile (100), ledit circuit électrique ou/et électronique automobile (100) comportant au moins un logement femelle (110) agencé pour la réception dudit connecteur électrique (1 ), lequel connecteur électrique (1 ) comporte, selon une direction longitudinale (D) et s’étendant de part et d’autre d’un corps (2) de manipulation comportant des épaulements d’appui (21 ) pour son insertion sous pression dans ledit logement femelle (110), une tête (3) de fixation d’un organe à raccorder audit circuit électrique ou/et électronique automobile (100), et une broche (4), laquelle broche (4) comporte, entre ses extrémités formées par d’une part un rétreint (5) jouxtant ledit corps (2) et d’autre part un pied (7) enfichable dans ledit logement femelle (110), une zone déformable apte à reprendre sa forme initiale après avoir cessé d’exercer un effort (6) agencée pour, dans une position comprimée quand elle est insérée dans un dit logement femelle (110), maintenir ledit connecteur électrique (1 ) dans ledit logement femelle (110) et assurer le contact et la continuité électrique, caractérisé en ce que ledit corps (2) comporte au moins un évidement (8) délimitant avec le contour extérieur (22) dudit corps (2) des bras (9) dont la section minimale mesurée dans un plan perpendiculaire à ladite direction longitudinale (D) est supérieure ou égale à la section dudit rétreint (5) pour assurer une résistance au flambage lors d’un appui exercé sur lesdits épaulements (21 ) lors de l’insertion dudit connecteur électrique (1 ) dans ledit logement femelle (110), et ladite section minimale mesurée dans un plan perpendiculaire à ladite direction longitudinale (D) est inférieure ou égale à 6 fois le produit de l’épaisseur locale dudit corps (2) et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ), pour minimiser les perturbations occasionnées par l’effet de peau lors de transmissions de signaux à fréquence élevée.
2. Connecteur électrique (1 ) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit corps (2) comporte plusieurs dits évidements (8) séparés par des languettes de matière (28), et en ce que la section minimale de chaque dite languette de matière (28) formée entre deux évidements (8) voisins est supérieure ou égale à la section dudit rétreint (5), et la section minimale de chaque dite languette de matière (28) est inférieure ou égale à 6 fois le produit de l’épaisseur locale dudit corps (2) et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ).
3. Connecteur électrique (1 ) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la section minimale desdits bras (9), mesurée dans un plan perpendiculaire à ladite direction longitudinale (D) est supérieure ou égale au produit d’un premier coefficient k1 par la section dudit rétreint (5), ledit premier coefficient k1 supérieur ou égal à 1 ,0 et inférieur ou égal à 2,0, et est inférieure ou égale au produit d’un deuxième coefficient k2 par le produit de l’épaisseur locale dudit corps (2) et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ), ledit deuxième coefficient k2 étant supérieur ou égal à 2,0 et inférieur ou égal à 6,0.
4. Connecteur électrique (1 ) selon la revendication 3 caractérisé en ce que la section minimale de chaque dite languette de matière (28) est supérieure ou égale au produit dudit premier coefficient k1 par la section dudit rétreint (5), et est inférieure ou égale au produit dudit deuxième coefficient k2 par le produit de l’épaisseur locale dudit corps (2) et de l’épaisseur de peau correspondant à la fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ).
5. Connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit corps (2) est plan et d’épaisseur constante.
6. Connecteur électrique (1 ) selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit connecteur électrique (1 ), à l’exception dudit pied (7), est plan et d’épaisseur constante.
7. Connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à
6 caractérisé en ce que ledit connecteur électrique (1 ) est monobloc.
8. Connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à
7 caractérisé en ce que au moins ledit corps (2) est revêtu d’indium ou d’étain ou d’argent pour réduire l’effet de peau.
9. Connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à
8 caractérisé en ce que chaque dit évidement (8) a une longueur, mesurée selon ladite direction longitudinale (D), qui est supérieure ou égale à sa largeur mesurée selon une direction transversale perpendiculaire à ladite direction longitudinale (D).
10. Connecteur électrique (1 ) selon la revendication 9 caractérisé en ce que au moins un desdits évidements (8) est ovale ou oblong.
11. Connecteur électrique (1 ) selon la revendication 10 caractérisé en ce que chaque dit évidement (8) est ovale ou oblong.
12. Connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que ledit corps (2) est symétrique par rapport à un plan de corps (PT) passant par lesdits épaulements (21 ) et parallèle à ladite direction longitudinale (D), et en ce que ledit connecteur électrique (1 ) est entièrement symétrique par rapport à un plan de symétrie (PS) orthogonal audit plan de corps (PT) et parallèle à ladite direction longitudinale (D).
13. Véhicule automobile (200), comportant au moins un circuit électrique ou/et électronique automobile (100) comportant au moins un logement femelle (110), et comportant au moins un connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que au moins ledit logement femelle (110) est agencé pour la réception dudit connecteur électrique (1 ).
14. Procédé de réalisation d’un connecteur électrique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 3 à 12 caractérisé en ce qu’on définit le matériau dudit connecteur électrique (1 ), sa perméabilité magnétique p, sa conductivité électrique o, la fréquence maximale f du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ), en ce qu’on calcule ladite épaisseur de peau ô correspondante, en ce qu’on définit une fourchette de valeurs d’impédance dudit connecteur électrique (1 ), en ce qu’on définit un seuil de perturbation admissible du signal destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ), en ce qu’on définit une fourchette de valeurs d’épaisseurs dudit corps (2) dudit connecteur électrique (1 ), en ce qu’on effectue des simulations des signaux destinés à traverser ledit connecteur électrique (1 ) à des fréquences inférieures ou égales à ladite fréquence maximale du courant destiné à traverser ledit connecteur électrique (1 ), en ce qu’on traite les formes et valeurs de sortie desdits signaux pour déterminer la forme et le nombre desdits évidements (8) et les valeurs dudit premier coefficient k1 et dudit deuxième coefficient k2.
15. Procédé de réalisation d’un connecteur électrique (1 ) selon la revendication 14 caractérisé en ce qu’on impose l’épaisseur dudit corps (2), et la partie réelle de l’impédance dudit connecteur électrique (1 ), et les valeurs dudit premier coefficient k1 et dudit deuxième coefficient k2.
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DE102021204899A1 (de) * 2021-05-14 2022-11-17 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Adapter für ein Elektrofahrrad

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