Dispositif pour prévenir l'établissement d'un arc électrique entre deux éléments conducteurs

La présente invention concerne un dispositif pour prévenir rétablissement d'un arc électrique entre deux éléments conducteurs en regard.

L'invention trouve une application particulière dans les composants électriques ou électroniques, tels que des connecteurs, mis en œuvre dans un environnement spatial ou dans des conditions reproduisant un tel environnement. Il devra toutefois être compris que l'invention s'applique de manière générale aux composants électriques ou électroniques destinés à être mis en œuvre dans tout environnement où un arc électrique est susceptible de se former entre deux éléments conducteurs en regard.

Les composants électriques ou électroniques utilisés dans un environnement spatial sont souvent détériorés à cause de la formation d'arcs électriques entre les éléments conducteurs qu'ils comportent. Ces éléments conducteurs peuvent être, par exemple, des fiches de connexion d'un connecteur mâle enfichables dans un connecteur femelle ou des pistes de circuits imprimés

De tels connecteurs peuvent, par exemple, être du type de ceux décrits dans les demandes de brevets FR-2 068 660, US2006/0046568 et US-2003/0008542, et dans le brevet US-3 746 817.

Comme le montrent ces documents, les connecteurs mâles peuvent comporter des éléments conducteurs enfichables disposés en regard, notamment parallèlement entre eux, qui sont séparés par des espaces. Ces éléments enfichables ont en commun de présenter une partie conductrice dénudée qui fait saillie par rapport à une surface du corps du connecteur mâle.

Lors de la connexion du connecteur mâle avec le connecteur femelle, les éléments conducteurs enfichables, tels que des fils ou broches du connecteur mâle, sont engagés dans des logements d'accueil ménagés dans un corps de connecteur femelle.

Une fois la connexion réalisée, il peut arriver qu'une partie dénudée des éléments conducteurs reste en saillie par rapport à la surface du corps

du connecteur mâle et/ou femelle. Même dans le cas d'un branchement soigneux, il existe bien souvent une petite partie dénudée de l'élément conducteur qui ne pénètre pas totalement dans le logement. Cette petite partie dénudée reste en vis-à-vis direct des autres parties dénudées des autres fils ou du connecteur lui-même, ce qui représente un risque de court- circuit si le milieu ambiant devient subitement conducteur (Ionisation de l'air, forte humidité, champ très intense, création d'un plasma dans le vide ...).

Dans un environnement terrien où l'air constitue un isolant dans des conditions normales de température et de pression, le problème d'éviter la formation d'arcs électriques entre les parties dénudées d'éléments conducteurs de connecteurs ne se pose généralement pas, l'air étant isolant, sauf dans le cas d'un champ électrique intense ou de conditions particulières d'humidité, par exemple.

Dans un environnement spatial dépourvu d'atmosphère, un phénomène précurseur (filament, poussière, ESD ou décharge électrostatique, haute tension, etc.) est susceptible de générer entre les parties dénudées de deux éléments conducteurs un plasma local. Celui-ci, en se détendant, va rendre le milieu conducteur et établir un court-circuit entre les deux éléments conducteurs. Dans l'air, un champ électrique intense peut être la cause de la génération d'un tel plasma.

L'invention a donc pour objet d'empêcher la formation de ces arcs entre deux éléments électriquement conducteurs.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif pour prévenir l'établissement d'un arc électrique entre des parties adjacentes dépourvues ou susceptibles d'être dépourvues d'isolant électrique d'au moins deux éléments électriquement conducteurs, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend au moins une cloison séparatrice en matériau diélectrique interposée entre lesdites parties adjacentes desdits éléments conducteurs, les dimensions de ladite cloison séparatrice étant adaptées pour que le plus court chemin entre lesdites parties adjacentes, par contournement de ladite cloison séparatrice, corresponde à un seuil d'instabilité d'un arc électrique susceptible de s'établir entre lesdites parties adjacentes.

Ainsi, le dispositif selon l'invention évite la formation d'arcs électriques entre les éléments conducteurs en regard. En effet, les dimensions de la cloison séparatrice en matériau diélectrique imposent à un arc électrique qui serait susceptible de se former de suivre un chemin tel que l'arc est instable et ne peut s'établir entre les deux éléments conducteurs.

L'invention permet également de protéger les éléments conducteurs de tout contact lors de manipulation et peut ainsi prévenir des décharges électrostatiques d'origine humaine.

Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention, prises séparément ou en combinaison :

- la ladite cloison séparatrice présente, perpendiculairement à la plus courte distance qui sépare ladite cloison de chacune desdites parties adjacentes desdits éléments conducteurs, une hauteur telle que son débordement au-delà desdites parties adjacentes est au moins égal à environ la moitié de ladite distance, ce qui revient à imposer à un arc susceptible de se former une pente d'au moins environ 30° par rapport à un trajet direct entre les parties adjacentes dépourvues d'isolant électrique des éléments conducteurs ;

- ladite cloison séparatrice est réalisée en matériau céramique ; - dans le cas où lesdits éléments conducteurs sont disposés en saillie par rapport à une surface d'un composant électrique, ladite cloison séparatrice est constituée d'au moins une plaque s'étendant à partir de ladite surface ;

- dans le cas où ledit composant comporte plusieurs éléments conducteurs répartis suivant un quadrillage sur ladite surface, ladite cloison séparatrice est constituée d'un ensemble de plaques formant une grille ;

- dans le cas où ledit composant est un connecteur mâle adaptable sur un connecteur femelle pourvu de plots d'enfichage desdits éléments conducteurs, ladite grille est constituée d'un ensemble de cellules adaptées pour recevoir respectivement lesdits plots ;

- ladite cloison séparatrice est fixée sur ladite surface ;

- ladite cloison séparatrice est venue de matière avec un boîtier dudit composant ;

- dans le cas où ledit composant est un contacteur tournant, ladite plaque a sensiblement la forme d'un disque.

L'invention a également pour objet un composant électrique remarquable en ce qu'il comporte au moins un dispositif tel que défini ci- dessus pour prévenir l'établissement d'un arc électrique.

L'invention sera davantage comprise à la lumière de modes de réalisation qui vont maintenant être présentés en faisant référence aux figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 montre, de manière schématique et en coupe, deux éléments conducteurs d'un connecteur, la figure 2 montre, de manière schématique et de coupe, une application d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention aux deux éléments conducteurs du connecteur illustré à la figure 1 , - la figure 3 est une vue partielle en perspective d'un connecteur équipé de contacts mâles, la figure 4 est une vue partielle en perspective du connecteur de la figure 3 équipé du dispositif selon l'invention, la figure 5 illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention appliqué à un connecteur mâle différent de celui illustré aux figures 1 ou 3, ledit dispositif et ledit connecteur étant représentés en perspective, la figure 6 est une vue en perspective d'un connecteur femelle adapté pour être connecté au connecteur mâle illustré à la figure 5, la figure 7 est une vue schématique en coupe partielle d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention appliqué à un système tournant à électrodes multiples, et les figures 8 et 9 sont des vues schématiques en perspective d'un système séparateur selon un autre mode de réalisation de l'invention.

Les figures 1 et 2 montrent un corps 1 de connecteur 3 présentant des logements 5 ménagés à partir de sa surface 11. Le corps 1 de connecteur 3 qui est illustré en figure 1 n'est pas équipé du dispositif selon l'invention. Les logements 5 sont adaptés pour accueillir des éléments conducteurs 7 tels que des broches ou fils conducteurs. Les éléments conducteurs 7 sont constitués d'une âme conductrice 8 qui est entourée d'une gaine électriquement isolante 10, sauf à l'une de leurs extrémités qui se termine par une partie dénudée 9 destinée à être reçue dans un logement 5.

Deux logements 5 seulement sont représentés sur les figures 1 et 2. Il devra toutefois être compris que le corps 1 de connecteur 3 peut comporter plus de deux logements.

Les parties dénudées 9 des éléments conducteurs 7 sont fixées dans les logements 5 par tout moyen connu de l'homme de l'art, par exemple par soudure.

Comme illustrées aux figures 1 et 2, les parties dénudées 9 de l'âme 8 des éléments conducteurs 7 ne pénètrent pas totalement dans les logements 5 et présentent chacun une partie conductrice en saillie par rapport à une surface 11 du corps 1 du connecteur 3.

La figure 2 montre le corps 1 de connecteur équipé d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention.

Une cloison séparatrice 13 en forme de plaque ou lame rectangulaire, réalisée dans un matériau diélectrique, fait saillie à la surface 11 du corps 1 à mi-distance entre les deux éléments conducteurs 7. La cloison séparatrice

13 est fixée par sa tranche sur la surface 11 du corps 1 , ou bien venue de matière avec celui-ci.

Comme indiqué sur la figure 2, la cloison séparatrice diélectrique 13 présente une hauteur h par rapport à la surface 11 du corps 1. De préférence, la hauteur h est au moins égale à la longueur de la partie dénudée additionnée d'une longueur de débord qui est au moins égale à la moitié de la distance entre les deux éléments conducteurs 7. Ainsi, le plan P1 s'étendant entre l'extrémité de la gaine 10 où commence la

partie dénudée conductrice 9 de l'un des deux éléments 7 et le bord supérieur E de la cloison séparatrice 13 qui est opposé à la surface 11 du corps 1 forme avec cette surface 11 un angle α d'au moins 30°.

La cloison séparatrice 13 empêche l'établissement d'un arc électrique entre les deux parties dénudées 9 des âmes des éléments électriques 7, car elle impose à l'arc électrique qui serait susceptible de se former entre ces parties dénudées de suivre un trajet dont le rayon de courbure rend cet arc instable.

De préférence, la cloison séparatrice 13 est réalisée en céramique pour lui garantir une durée de vie conforme aux exigences des normes en vigueur, notamment dans le domaine de la fabrication de connecteurs à usage spatial.

L'invention ne se limite pas à la forme de réalisation de la cloison séparatrice 13 qui vient d'être décrite. La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'une cloison séparatrice selon l'invention, qui est disposée entre deux éléments conducteurs d'un composant 15 illustré à la figure 3, tel qu'un microprocesseur, une barrette mémoire ou autre.

Le composant 15 diffère du connecteur illustré aux figures 1 et 2 en ce qu'il comporte un corps 17 présentant une face 19 sur laquelle font saillie des éléments conducteurs de connexion enfichables 21 , tels que des broches, répartis uniformément de façon parallèle entre eux. Ces éléments conducteurs 21 sont destinés à être reçus et fixés par soudure ou par emboîtement dans des logements d'un dispositif de support (non représenté) tel qu'un circuit imprimé ou autre.

Conformément à l'invention, une cloison séparatrice 23, réalisée dans un matériau diélectrique, est disposée entre deux éléments conducteurs 21 contigus.

Les cloisons séparatrices 23 sont toutes identiques entre elles. Elles présentent de préférence des dimensions telles qu'en tout point de leur périphérie elles font saillie, par rapport à une ligne joignant un point quelconque de la partie dénudée d'un élément conducteur 21 et le point le

plus proche de la partie dénudée d'un élément conducteur adjacent, d'une hauteur h au moins égale à la moitié de la distance entre ces deux points.

Dans le cadre du mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, les pièces de séparation 23 sont rapportées sur la surface du corps 17 du connecteur 15. Les pièces de séparation 23 pourraient également être venues de matière avec le corps 17 du connecteur 15 sans sortir du cadre de l'invention.

Les figures 5 et 6 illustrent un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 5 montre un connecteur mâle 25 et la figure 6 montre le connecteur femelle 27 qui lui est associé.

Le connecteur mâle 25 présente des éléments conducteurs de connexion enfichables 29 tels que des broches qui font saillie de la surface

31 d'un corps 33 de connecteur et sont répartis sur la surface 31 en formant un quadrillage. Les éléments de connexion enfichables 29 sont des broches conductrices connectées chacune électriquement à l'intérieur du corps 33

(par des moyens non représentés) à un fil électrique gainé 36. Pour simplifier la lecture de la figure 5, volontairement tous les fils d'alimentation

36 n'ont pas été représentés. Les éléments conducteurs de connexion 29 sont adaptés pour être reçus dans des logements 35 ménagés dans le connecteur femelle 27 illustré à la figure 6.

Conformément à l'invention, le connecteur 25 comporte une cloison séparatrice 37 réalisée dans un matériau diélectrique. La cloison séparatrice 37 se présente sous la forme d'une grille constituée d'une première série de plaques ou lames diélectriques de séparation 39 alignées deux à deux transversalement, de part et d'autre d'une deuxième série de plaques ou lames diélectriques de séparation 41 alignées longitudinalement et perpendiculaires aux plaques de séparation 39. Chaque plaque diélectrique de séparation 39, 41 est disposée entre deux éléments conducteurs 29 du connecteur 25, de sorte qu'aucun des éléments conducteurs 29 ne se trouve directement en regard d'un élément conducteur 29 adjacent.

Parallèlement, afin de recevoir les éléments conducteurs 29 du connecteur mâle 25, le connecteur femelle 27 présente des bornes 47 (ou plots) sensiblement de forme parallélépipédique, qui font saillies par rapport à une surface 45 Les dimensions et la disposition spatiale des bornes 47 sont complémentaires des dimensions et de la disposition des espaces définis entre les plaques de séparation 39 et 41 de la cloison séparatrice diélectrique 37 en forme de grille. Ainsi, les bornes 47 peuvent être aisément introduites dans lesdits espaces. Les bornes 47 forment ainsi des rangées en lignes et en colonnes, et peuvent venir chacune en regard d'un élément conducteur 29 lors de l'assemblage des connecteurs mâle 25 et femelle 27.

Les logements 35 dans lesquels les éléments conducteurs 29 sont insérés sont réalisés dans chacune des bornes 47, au voisinage de leur centre, et connectés électriquement dans le corps 45 (par des moyens non représentés) à des fils conducteurs 49 illustrés à la figure 6. Volontairement, tous les fils 49 n'ont pas été représentés sur la figure 6 afin d'en faciliter la lecture.

La hauteur de la grille diélectrique 37 par rapport à la surface 31 est sensiblement égale à la hauteur des bornes 47.

Quand les éléments conducteurs 29 sont enfichés dans les logements 35 des bornes 47, ils présentent toujours une faible partie dénudée.qui n'est pas engagée dans le logement 35 correspondant. Ceci est en partie dû aux imprécisions de fabrication des connecteurs. Les dimensions de la grille diélectrique 37 sont telles qu'en tout point elle fait saillie, par rapport à une ligne joignant un point quelconque de la partie dénudée d'un élément conducteur 29 et le point le plus proche de la partie dénudée d'un élément conducteur adjacent, d'une hauteur h au moins égale à la moitié de la distance entre ces deux points. La figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention appliqué à un système tournant à électrodes multiples.

La figure 7 montre partiellement un contacteur tournant 51 d'une machine 53 telle qu'un moteur électrique ou un mécanisme d'entraînement de générateur solaire.

Des éléments conducteurs 55 sont en contact à l'une de leurs extrémités 57 avec le contacteur 51.

Les éléments conducteurs 55 sont pourvus de gaines isolantes 59 qui laissent dénudée une partie 61 des éléments conducteurs adjacente à leur extrémité 57.

Conformément à l'invention, des cloisons séparatrices 63 réalisées dans un matériau diélectrique sont interposées entre deux parties dénudées conductrices 61 des éléments conducteurs en regard.

Les cloisons séparatrices 63 peuvent être des disques ou des lames faisant partie intégrante du contacteur 61 ou rapportés sur celui-ci, et tournant avec lui. De cette manière, les cloisons séparatrices diélectriques 63 isolent complètement les unes des autres les parties dénudées des éléments conducteurs adjacents 55.

De préférence, chaque cloison séparatrice 63 fait saillie ou déborde au-delà des parties dénudées des éléments conducteurs 55 sur une hauteur qui est au moins égale à la moitié de la plus courte distance qui sépare la cloison séparatrice 63 de chacune des parties dénudées 61 de deux éléments conducteurs adjacents 55.

Ainsi, dans le cas d'un moteur électrique à collecteur ou à contact tournant, les parties en saillie des cloisons séparatrices diélectriques 63 empêchent la formation d'un arc électrique entre les parties dénudées des éléments conducteurs 55.

Dans le cas où le corps 51 présente une forme de cylindre plein, les cloisons séparatrices 63 font saillie radialement de la paroi latérale du corps 51 , ce qui permet d'empêcher la formation d'un arc quelle que soit la position des éléments conducteurs 55 sur la paroi latérale du corps 51.

Les figures 8 et 9 illustrent un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention appliqué à des conducteurs électriques qui ne présentent pas de partie dénudée en début de vie, mais qui sont utilisés dans des

conditions où les contraintes sont susceptibles de faire apparaître un risque d'endommagement de leur isolant, par exemple des craquelures dues au vieillissement ou une usure contre un bord à cause de vibrations, susceptible d'entrainer la formation d'un arc électrique entre deux conducteurs adjacents.

Les conducteurs électriques 67 comportent une âme conductrice 69 entourée d'une gaine isolante 71.

Conformément à l'invention, un système 73 séparateur de conducteurs est constitué par un fond 75 sur lequel se dressent des cloisons séparatrices 77, tous deux en matériau diélectrique, et qui définissent un ensemble de goulottes parallèles à section en U adaptées pour recevoir chacune un conducteur électrique. Les cloisons séparatrices 77 font chacune saillie ou débordent au-delà des âmes conductrices 69, qui sont susceptibles d'être plus ou moins dénudées localement par vieillissement, par usure ou accidentellement pour les raisons expliquées ci- dessus, sur une hauteur qui est de préférence au moins égale à environ la moitié de la plus courte distance qui sépare une cloison séparatrice 75 de chacune des âmes conductrices 69 de deux conducteurs adjacents 67.

Une fois encore, une telle hauteur des cloisons 75 est adaptée pour imposer à un arc qui serait susceptible de se former une pente d'au moins environ 30° par rapport à un trajet direct entre de s âmes conductrices 69 qui seraient localement dénudées pour les raisons indiquées ci-dessus.