BORNE ÉLECTRIQUE FEMELLE ET PROCÉDÉ DE MONTAGE D'UNE BORNE ÉLECTRIQUE FEMELLE

Abstract

 L'invention concerne un ensemble de connexion comprenant une borne femelle (6) et une borne mâle. La borne femelle (6) comporte des languettes (13) électriquement conductrices disposées en couronne et un élément de protection (24) avec un doigt (26), placé au sein de la couronne pour éviter un contact involontaire, par l'intérieur de la couronne, avec les languettes conductrices (13). La borne mâle comporte une broche avec une cavité pour recevoir une portion du doigt lorsque les bornes femelle (6) et mâle sont accouplées.
L'invention concerne également un procédé de montage de l'élément de protection sur une borne femelle (6).

Description

[0001] L'invention concerne le domaine de la connectique, et notamment celui de la connectique automobile. En particulier, l'invention concerne un ensemble de connexion, des bornes femelle et mâle et un procédé de montage d'une borne femelle, pour un usage en connectique de puissance.

[0002] Dans le domaine des véhicules automobiles et notamment des véhicules électriques, hybrides ou hybrides rechargeables, les courants forts peuvent être transmis dans des réseaux de câblage et/ou des circuits électriques de puissance, tels que ceux interconnectant entre eux, des éléments tels qu'une batterie, un moteur, un convertisseur de tension, etc. De même, même si les courants ne sont pas nécessairement de très forte intensité, les tensions enjeux peuvent être relativement élevées et notamment supérieures à 60 Volts.

[0003] Lorsque qu'il est nécessaire d'intégrer des connecteurs dans les réseaux de câblage destinés à transmettre des courants, ces connecteurs doivent être munis de bornes de tailles et de section suffisamment importantes pour transmettre ces courants forts sans échauffement excessif. Ainsi, par exemple, on peut être amené à utiliser des bornes mâles dont la section peut atteindre 113mm² ou davantage. De même les bornes femelles doivent pouvoir recevoir des bornes mâles présentant de telles sections et être protégées, notamment lorsqu'elles sont utilisées sous des tensions supérieures à 60Volts.

[0004] Il a déjà été prévu de protéger, notamment conformément à la norme IP2X, l'extrémité des bornes mâles à l'aide d'un embout électriquement isolant et de protéger l'extrémité libre et au moins certaines surfaces externes des bornes femelles à l'aide d'un boîtier ou d'un capuchon protecteur. On pourra se référer notamment aux documents WO2010029391A1, EP3208892A1 et WO9629761A1 pour avoir des exemples de bornes femelles ainsi protégées par un boîtier protecteur et/ou un autre type d'élément de protection.

[0005] Cependant, il reste possible, notamment pour des contacts ayant des sections supérieures aux dimensions d'un doigt normé (8mm de diamètre), d'atteindre des parties électriquement conductrices situées au niveau de surfaces internes des bornes femelles. Ceci présente un danger potentiel d'électrocution.

[0006] L'invention vise à limiter au moins en partie ce risque d'électrocution.

[0007] A cette fin, il est proposé une borne électrique femelle selon la revendication 1 et un en ensemble de connexion de puissance selon la revendication 8.

[0008] La borne électrique femelle comporte en outre éventuellement, l'une ou l'autre des caractéristiques énoncées dans les revendications 2 à 5, considérée isolément ou en combinaison d'une ou plusieurs autres.

[0009] Ainsi grâce à l'invention, le doigt de l'élément de protection gêne, voire empêche l'insertion d'un doigt ou d'un outil à l'intérieur de la portion de contact de la borne femelle. Ceci limite au moins en partie un risque d'électrocution par contact avec la surface interne de la portion de contact de la borne femelle.

[0010] La borne électrique mâle comporte une broche essentiellement cylindrique, s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement lorsque la borne électrique mâle et la borne électrique femelle sont accouplées, cette broche comportant une extrémité libre, ainsi qu'une surface externe adaptée pour établir un contact électrique avec la surface interne de la borne électrique femelle. La borne électrique mâle comporte éventuellement une broche comportant une couronne électriquement isolante, entourant une entrée de la cavité, au niveau de l'extrémité libre de la broche.

[0011] Eventuellement, dans l'ensemble de connexion comporte la caractéristique énoncée à la revendication 9.

[0012] Selon un autre aspect, l'invention est un procédé de montage d'une borne électrique femelle, tel que mentionné à la revendication 6.

[0013] Eventuellement, ce procédé comporte la caractéristique énoncée à la revendication 7.

[0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit ainsi que sur les dessins annexés. Sur ces dessins :

• la figure 1 représente schématiquement en perspective un ensemble de connexion selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, avec une borne femelle désaccouplée d'un connecteur comprenant deux bornes mâles ;
• la figure 2 représente schématiquement en coupe une partie de l'ensemble de connexion de la figure 1, la coupe passant par l'axe d'accouplement d'une borne femelle accouplée avec un borne mâle ;
• la figures 3 représente schématiquement en perspective un élément de protection destiné à être monté dans la borne femelle des figures 1 et 2 ;
• les figures 4 et 5 représentent schématiquement en perspective l'élément de protection de la figure 3, partiellement monté dans la borne femelle des figures 1 et 2 ;
• la figure 6 représente schématiquement en perspective l'élément de protection de la figure 3, monté dans la borne femelle des figures 1 et 2 ;
• la figure 7 représente schématiquement en coupe longitudinale l'élément de protection de la figure 3, monté dans la borne femelle des figures 1 et 2 ;
• la figure 8 représente schématiquement en coupe une partie du connecteur de la figure 1.

[0015] Sur les différentes figures, les éléments similaires ou identiques portent les mêmes références.

[0016] Un exemple d'un ensemble de connexion 1 selon l'invention est représenté sur la figure 1. Il comporte un boîtier de connecteur mâle 2 et un boîtier de connecteur femelle 3 (non-représenté sur la figure 1, voir figure 2). Les boîtiers de connecteur mâle 2 et femelle 3 sont essentiellement constitués d'une matière électriquement isolante. Deux bornes électriques mâles 4 reliées à des câbles 5 électriques sont montées dans le boîtier de connecteur mâle 2. Deux bornes électriques femelles 6 reliées à des câbles électriques (non-représentés) sont montées dans le boîtier de connecteur femelle 3. Les deux bornes électriques femelles 6 destinées à être accouplées, selon un axe d'accouplement A, chacune respectivement à une borne électrique mâle 4 montée dans le boîtier de connecteur mâle 2. Sur la figure 1, seule une borne électrique femelle 6 est représentée.

[0017] La borne électrique femelle 6 comporte une portion de fixation 7 et une portion de contact 8. Les portions de fixation 7 et de contact 8 sont formées dans cet exemple d'une pièce monobloc qui peut être constituée d'un matériau électriquement conducteur. Cette pièce monobloc est formée à partir d'une tôle découpée et courbée.

[0018] La portion de fixation 7 est représentée sur les figures 1, 4 et 5 avec des ailettes de sertissage 9 destinées à attacher mécaniquement la borne électrique femelle 6 à un câble d'un réseau électrique (non-représenté). Sur les figures 1, 4 et 5, les ailettes de sertissage 9 sont représentées en position ouverte, avant sertissage sur un câble.

[0019] Comme représenté sur les figures 4 et 5, la portion de contact 8 a une forme essentiellement tubulaire s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement A, entre une extrémité libre 10 et une extrémité mécaniquement solidaire de la portion de fixation 7. Elle a une surface interne et une surface externe. Elle comporte une bague 12 tubulaire reliée à la portion de fixation 7. Elle comporte également des languettes 13 de contact élastiques s'étendant, essentiellement longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement A, à partir de la bague 12 vers l'extrémité libre 10.

[0020] Chaque languette 13 a une portion essentiellement rectiligne reliée à la bague 12 et une portion courbée 14 vers l'extrémité libre 10. La portion courbée 14 présente une surface de contact convexe dirigée vers un axe central longitudinal de la portion de contact 8 (l'axe central longitudinal est confondu sur les figures 4 et 5 avec l'axe d'accouplement A). Les languettes 13 sont réparties de manière essentiellement uniforme sur un bord de la bague 12. Elles sont espacées régulièrement. Autrement dit, une fente 15 sépare deux languettes 13 voisines.

[0021] La borne électrique femelle 6 comporte aussi un boîtier protecteur 16, constitué d'un matériau électriquement isolant. Ce boîtier 16 protecteur peut être également utilisé pour la rétention de la borne électrique femelle 6 dans le boîtier de connecteur femelle 3. Comme représenté sur les figures 1, 2 et 7 ce boîtier protecteur 16 se présente par exemple sous la forme d'un capuchon essentiellement cylindrique s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement A. Il comporte deux ouvertures 17 diamétralement opposées destinées à recevoir des crochets 18 portés par des pattes élastiques 19 venues de matière avec le boîtier de connecteur femelle 3. Ainsi, la borne électrique femelle 6 peut être montée et clipsée dans le boîtier de connecteur femelle 3. Le boîtier protecteur 16 recouvre, par sa paroi cylindrique 20, essentiellement la portion de contact 8, et par des corniches 21 s'étendant radialement vers l'intérieur de la paroi cylindrique 20, l'extrémité libre 10 de la portion de contact 8, et notamment l'extrémité libre d'au moins certaines des languettes de contact élastiques 13. Les corniches 21 laissent un passage central pour insérer une broche 22 d'une borne électrique mâle 4. Ce passage peut correspondre par exemple à un diamètre de 12,3 mm, c'est-à-dire supérieur à celui qui permettrait de répondre à la norme IP2X (qui limite les dimensions de ce type de passage afin d'éviter qu'un utilisateur ne s'électrocute en y introduisant l'extrémité d'un doigt 23).

[0022] La borne électrique femelle 6 comporte également un élément de protection 24 en matériau électriquement isolant (voir figures 1 à 7). Comme représenté sur la figure 3 notamment, l'élément de protection 24 comporte une base 25 et un doigt 26, tous deux essentiellement cylindrique, s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement A. La base 25 présente un rayon supérieur à celui du doigt 26. Le doigt 26 présente, au niveau de son extrémité libre 27, une surface apicale essentiellement perpendiculaire à l'axe de d'accouplement A. L'élément de protection 24 comporte des moyens d'accrochage. Par exemple, ces moyens d'accrochage se présentent sous la forme trois pattes de fixation élastiques : deux pattes de fixation internes 28 et une patte de fixation externe 29 (voir aussi figure 6). Les pattes de fixation internes 28 et externe 29 s'étendent longitudinalement essentiellement parallèlement à l'axe d'accouplement A. L'une des extrémités longitudinales des pattes de fixation internes 28 et externe 29 est reliée à un rebord 30 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la base 25. L'autre extrémité longitudinale est libre et munie d'un crochet 31. Chaque crochet 31 forme un ergot adapté pour s'insérer dans une fente 15 entre deux languettes 13, au niveau de la base de celles-ci, en butée sur la bague 12. L'ergot de chaque patte de fixation interne 28 fait donc saillie sur une face externe de chaque patte de fixation interne 28. Réciproquement, l'ergot de la patte de fixation externe 29 fait saillie sur une face interne de la patte de fixation externe 29.

[0023] Deux encoches 32 diamétralement opposées sont ménagées dans la base 25 pour permettre respectivement à chacune des pattes fixation internes 28 de fléchir en direction de l'axe central longitudinal de la portion de contact 8.

[0024] Pour le montage de l'élément de protection 24 dans la borne électrique femelle 6, on insère le doigt 26 dans la bague 12, par l'extrémité de la bague 12 située vers la portion de fixation 7. Puis, on pousse l'élément de protection 24 vers l'extrémité libre 10 de la portion de contact 8, jusqu'à ce que les crochets 31 se bloquent à la base des fentes 15, derrière la bague 12, et coopèrent ainsi avec la borne électrique femelle 6 pour maintenir l'élément de protection 24 accroché sur celle-ci. La base 25 est maintenue avec un faible jeu au niveau de la bague 12. L'insertion ainsi ajustée entre l'élément de protection 24 et la borne électrique femelle 6 permet un positionnement précis du doigt 26 de manière centrée dans la portion de contact 8. La force de rétention de l'élément de protection 24 dans la borne électrique femelle 6 est par exemple supérieure à 30N. Ainsi, même en appuyant sur l'extrémité libre 27 du doigt 26, il demeure pratiquement impossible de déplacer l'élément de protection 24 et de toucher une languette de contact 13. On notera qu'il est préférable, car plus aisé, de monter l'élément de protection 24 avant l'opération de sertissage d'un câble au niveau de la portion de fixation 7, c'est-à-dire lorsque les ailettes de sertissage 9 sont ouvertes. On notera également que la base 25 est moins longue (parallèlement à l'axe d'accouplement A) dans un secteur inférieur que dans un secteur supérieur (le secteur inférieur étant situé à l'opposé, par rapport aux pattes de fixation internes, du secteur supérieur qui comporte lui la patte de fixation externe). Ainsi, l'insertion de l'élément de protection 24 dans la portion de contact 8 est rendue plus aisée.

[0025] L'élément de protection 24 est optionnel. On choisira de le monter, ou non, en fonction de l'application qui sera faite de la borne électrique femelle 6 et du risque l'électrocution encouru lié à l'usage fait de la borne électrique femelle 6.

[0026] Lorsque l'élément de protection 24 est monté sur la borne électrique femelle 6, comme représenté sur la figure 7, la distance entre les corniches 21 et l'extrémité du doigt 26 est suffisamment réduite pour répondre à la norme IP2X.

[0027] La borne électrique mâle 4 a une structure générale d'un type déjà connu (voir notamment les figures 2 et 8). Ne seront donc décrits ici que les aspects particuliers de l'invention. Ainsi, la borne électrique mâle 4 comporte une broche 22 essentiellement cylindrique s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement A, en direction d'une extrémité libre 33 destinée à s'engager dans la borne électrique femelle 6 et établir un contact électrique à l'intérieur de la portion de contact 8 de celle-ci. Cette broche 22 est formée dans un barreau de matériau électriquement conducteur. Une couronne 34 électriquement isolante est montée sur l'extrémité libre 33. Une portion terminale de la broche 22 est percée, par exemple par alésage, d'une cavité 35 cylindrique centrale s'étendant parallèlement à l'axe d'accouplement A. Cette cavité 35 se prolonge à travers la couronne 34 par un passage.

[0028] Lors de l'accouplement du boitier de connecteur femelle 3 avec le boitier de connecteur mâle 2, ces boîtiers s'interpénètrent de manière à ce que chaque borne électrique mâle 4 s'engage respectivement dans la portion de contact 8 d'une borne électrique femelle 6 (voir figure 2). Le doigt 26 pénètre alors par le passage ménagé dans la couronne 34, puis dans la cavité 35. Le contact électrique entre la surface externe de la broche 22 de la borne électrique mâle 4 et la surface interne de la portion de contact 8 de la borne électrique femelle 6 est établi sur au moins un point de contact 36 situé, en projection sur l'axe d'accouplement A et en partant de l'extrémité libre 33 de la broche 22, essentiellement au niveau ou au-delà du fond de la cavité 35. Ainsi, les lignes de courant peuvent passer par un chemin correspondant essentiellement à une section pleine de la broche 22 (une section par exemple de 113mm²). Ce type de configuration est évidemment plus favorable au passage de courants forts par rapport à un contact électrique qui se ferait au niveau de la cavité 35 et qui correspondrait donc à un disque présentant une surface, par exemple de 84,7mm², donc à une section nettement moindre que la section maximale de la broche.

Revendications

1. Borne électrique femelle comportant

- une portion de fixation (7) pour attacher mécaniquement la borne femelle (6) à un réseau électrique,

- une portion de contact (8), constituée d'un matériau électriquement conducteur, cette portion de contact (8) ayant une forme essentiellement tubulaire, ayant une surface interne et une surface externe et s'étendant longitudinalement parallèlement à un axe d'accouplement (A) entre une extrémité libre (10) et une extrémité mécaniquement solidaire de la portion de fixation (7), la portion de contact (8) comportant des languettes (13) de contact élastiques s'étendant à partir d'une bague (12), avec une fente séparant deux languettes (13) voisines, et

- un boîtier protecteur (16), constitué d'un matériau électriquement isolant, recouvrant essentiellement au moins une portion supérieure de la surface externe et de l'extrémité libre (10) de la portion de contact (8), et

- un élément de protection (24) avec un doigt (26) essentiellement cylindrique, s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement (A), à l'intérieur de la portion de contact (8), entre une extrémité libre (27) et une base (25) maintenue dans la borne électrique femelle (25), l'extrémité libre (27) du doigt (26) présentant une surface apicale électriquement isolée,

caractérisée par le fait que l'élément de protection (24) est monté dans la portion de contact (8), à l'aide de moyens d'accrochage comprenant au moins une patte de fixation élastique (28 ou 29) munie d'un crochet (31), s'insérant entre deux languettes (13) de contact et bloqué à la base d'une fente (15), derrière la bague (12).

2. Borne femelle selon la revendication 1, dans laquelle l'élément de protection (24) comporte au moins une patte de fixation externe (29) en contact avec la surface extérieure de la portion de contact (8) et au moins une patte de fixation interne (28) en contact avec la surface intérieure de la portion de contact (8).

3. Borne femelle selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les pattes de fixation interne (28) et externe (29) s'étendent longitudinalement essentiellement parallèlement à l'axe d'accouplement (A), avec l'une des extrémités longitudinales des pattes de fixation interne (28) et externe (29) reliée à un rebord (30) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la base (25) de l'élément de protection (24) et l'autre extrémité longitudinale est libre et munie d'un crochet (31) formant un ergot adapté pour s'insérer dans une fente (15) entre deux languettes (13), au niveau de la base de celles-ci, en butée sur la bague (12).

4. Borne femelle selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'élément de protection (24) est monté de manière ajustée au niveau de la bague (12).

5. Borne femelle selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle deux encoches (32) diamétralement opposées sont ménagées dans la base (25) pour permettre respectivement à des pattes fixation internes (28) de fléchir en direction de l'axe central longitudinal de la portion de contact (8).

6. Procédé de montage d'une borne électrique femelle, dans lequel on fournit une borne électrique femelle (6) comportant

- une portion de fixation (7) pour attacher mécaniquement la borne électrique femelle (6) à un réseau électrique,

- une portion de contact (8), constituée d'un matériau électriquement conducteur, cette portion de contact (8) ayant au moins une portion de forme essentiellement tubulaire, ayant une surface interne et une surface externe et s'étendant longitudinalement parallèlement à un axe d'accouplement (A) entre une extrémité libre (10) et une extrémité mécaniquement solidaire de la portion de fixation (7), et

caractérisé par le fait qu'on fournit un élément de protection (24) comportant un doigt (26) essentiellement cylindrique et des moyens d'accrochage (28, 29), on insère le doigt (26) dans une portion essentiellement tubulaire (12) de la portion de contact (8), par une ouverture de la portion de contact (8) située vers l'extrémité mécaniquement solidaire de la portion de fixation (7), et on pousse l'élément de protection (24) vers l'extrémité libre (10) de la portion de contact (8), jusqu'à ce que les moyens d'accrochage (28, 29) coopèrent avec la borne électrique femelle (6) pour maintenir l'élément de protection (24) accroché sur celle-ci.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les moyens d'accrochage (28, 29) comprennent au moins une patte de fixation élastique (28 ou 29) et la portion de contact (8) comporte des languettes (13) de contact élastiques, et dans lequel on monte l'élément de protection (24) sur la borne électrique femelle, en insérant au moins la patte de fixation élastique (28 ou 29) entre deux languettes (13) de contact.

8. Ensemble de connexion de puissance comprenant au moins une borne électrique femelle (6) selon l'une des revendications 1 à 5, et une borne électrique mâle (4), comportant une cavité (35) s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe d'accouplement (A), à partir de l'extrémité libre (33) de la broche (22), cette cavité (35) étant adaptée pour recevoir au moins l'extrémité libre (27) du doigt (26) de l'élément de protection (24) de la borne électrique femelle (6).

9. Ensemble de connexion selon la revendication précédente, dans lequel lorsque les bornes électriques mâle (4) et femelle (6) sont accouplées, la portion de contact (8) de la borne femelle (6) établit au moins un point de contact (36) avec la broche (22) de la borne mâle (4) situé, en projection sur l'axe d'accouplement (A) et en partant de l'extrémité libre (33) de la broche (22), essentiellement au niveau ou au-delà du fond de la cavité (35).

Dessins