TITRE : CONTACT ÉLECTRIQUE DE PUISSANCE EN DEUX PIÈCES POUR UN CIRCUIT DE

RECHARGE D'UN VÉHICULE ÉLECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0001] L’invention se rapporte à un contact électrique de puissance pour le passage de courants continus ou alternatifs de forte intensité, notamment un contact électrique de puissance destiné à la recharge d’un véhicule électrique, et en particulier à un contact électrique de puissance destiné à alimenter la batterie du véhicule en courant continu.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[0002] Dans le document EP 3 223 371 A2 est décrit un contact électrique de puissance pour le passage de courants élevés, constitué de deux pièces conductrices distinctes massives fixées l’une à l’autre par des moyens amovibles. La liaison amovible permet le cas échéant un démontage, mais induit une complexité de fabrication et de montage qui se répercutent sur le prix de revient.

[0003] Dans le document EP 0 574 293 Al est décrit un contact électrique de puissance pour le passage de courants continus supérieurs à 10 Ampères, constitué de deux pièces conductrices distinctes massives, à savoir : une pièce de connexion femelle à une source électrique externe, et une borne de raccordement pour raccorder le contact électrique de puissance à une extrémité dénudée d’un conducteur relié directement ou indirectement à une borne de batterie d’un véhicule. La borne de raccordement est pourvue d’un épaulement et d’une portion filetée saillante par rapport à l’épaulement, la pièce de raccordement femelle comportant une paroi présentant une face d’appui en appui contre l’épaulement et une face libre opposée à la face d’appui, la paroi étant traversée par un trou débouchant taraudé présentant une extrémité ouverte sur la face d’appui et une extrémité opposée ouverte sur un lamage constituant un renfoncement de la face libre, la portion étant vissée dans le trou taraudé. La liaison par vissage entre les deux pièces conductrices permet le cas échéant un démontage, mais nécessite des opérations d’usinage et de montage qui renchérissent le contact électrique.

[0004] Dans le document EP 2 854222 Al est décrit un contact électrique générique, destiné par exemple à une plaque de circuit imprimé ou à un connecteur, constitué de deux pièces, l’une formant une douille présentant une paroi intérieure cylindrique, un fond plein et une gorge annulaire radiale intérieure reliant le fond et la portion cylindrique, l’autre formant une broche qui est insérée dans la douille de manière à subir une déformation plastique qui lui fait remplir la gorge annulaire, solidarisant ainsi les deux pièces de façon non démontable. La déformation plastique est obtenue en appliquant après insertion de la broche dans la douille et accostage de la broche au contact du fond de la douille, une force axiale suffisante pour obtenir la déformation de la broche et le remplissage de la gorge annulaire. Un tel mode de fabrication convient bien à des contacts électriques de petite taille pour des applications à courant faibles, mais la puissance mécanique nécessaire à la déformation de la broche devient rapidement limitante lorsque les sections des pièces augmentent. On risque en outre, en appliquant la pression nécessaire à la déformation de l’extrémité de la broche située à l’intérieur de la douille, de déformer la broche, ce qui conduit le cas échéant à devoir surdimensionner la partie de la broche située hors de la douille.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

[0005] L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer un contact électrique en deux pièces conductrices et son procédé de fabrication, qui soient adaptés notamment à des applications nécessitant des sections de passage de courant importantes, notamment des applications pour le passage de courants continus supérieurs à 10 Ampères, voire supérieurs à 50 ou 100 Ampères, bien que des applications à courant alternatif ne soient pas exclues.

[0006] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un contact électrique de puissance pour le passage de courants continus supérieurs à 10 Ampères, constitué de deux pièces conductrices distinctes massives en métal, à savoir une pièce de connexion et une borne de raccordement pour raccorder le contact électrique de puissance à un conducteur. Une première des deux pièces conductrices est pourvue d’un épaulement et d’une portion saillante par rapport à l’épaulement, une deuxième des deux pièces conductrices comportant une paroi présentant une face d’appui en appui contre l’épaulement et une face libre opposée à la face d’appui, la paroi étant traversée par un trou débouchant présentant une extrémité ouverte sur la face d’appui et une extrémité opposée ouverte sur un lamage constituant un renfoncement de la face libre. De façon remarquable, la portion saillante traversant le trou et présente une extrémité libre évasée formant une tête logée dans le lamage, la tête ayant une section transversale supérieure à une section de passage du trou débouchant.

[0007] Un tel contact électrique de puissance peut notamment être intégré à une prise électrique fixe d’un véhicule ou d’une station de recharge en vue du raccordement d’une batterie du véhicule à une source électrique externe, ou pour des connexions électriques de puissance internes au véhicule, par exemple entre la batterie et un convertisseur de courants, ou entre le convertisseur de courants et le moteur électrique. La borne de raccordement peut notamment être pourvue d’une interface pour le soudage ou le sertissage d’un conducteur électrique filaire ou pour une fixation mécanique d’un conducteur électrique qui peut être un conducteur filaire dénudé, une barre électrique ou une platine, par l’intermédiaire d’un élément de fixation tel qu’une vis, un rivet ou un boulon.

[0008] La face libre de la paroi de la deuxième pièce conductrice est accessible, puisque non recouverte, ce qui permet d’accéder à l’extrémité libre de la portion saillante de la première pièce depuis cette face, et de mettre en œuvre un formage mécanique de la tête avec un outil positionné du côté de la face libre. Le formage de la tête ne génère donc pas de contraintes importantes dans la partie de la première pièce située du côté de l’épaulement opposé à la portion saillante.

[0009] La liaison ainsi formée entre les deux pièces conductrices est indémontable, au sens ou tout démontage nécessite la destruction irréversible d’au moins une des pièces.

[0010] Le lamage est une ouverture évasée à l’extrémité du trou débouchant, qui peut avoir différentes formes. De préférence, le lamage est constitué par un ensemble d’une ou plusieurs faces ayant une symétrie de révolution autour d’un axe commun, l’ensemble de faces comportant de préférence une ou plusieurs faces parmi les suivantes : une face tronconique ; une face annulaire plane ; une face cylindrique.

[0011] La symétrie de révolution des parois formant le lamage permet d’envisager un formage progressif de la tête par un outil de sertissage ou de bouterollage ayant un mouvement orbital autour de l’axe de révolution.

[0012] De préférence, l’extrémité libre évasée de la portion saillante ne fait pas saillie par rapport à la paroi. La tête est ainsi protégée lors des opérations ultérieures de raccordement du contact. [0013] De préférence, le trou débouchant est cylindrique. Il peut s’agir d’un alésage usiné ou d’un trou formé dans la pièce brute.

[0014] La portion saillante comporte une portion intermédiaire entre la tête et l’épaulement, la portion intermédiaire étant logée dans le trou débouchant. La portion intermédiaire est de préférence sans contact ou en contact ajusté avec le trou débouchant. Les dimensions de la portion intermédiaire de la portion saillante permettent une insertion sans frettage de la portion saillante dans le trou débouchant. Même s’il existe un contact entre la portion intermédiaire et les parois du trou débouchant, la résistance électrique de contact à ce niveau est plus élevée qu’à l’interface entre la tête et le lamage, de sorte que les lignes de courant électrique traversent de façon privilégiée cette interface, où la pression de contact est la plus importante.

[0015] Suivant un mode de réalisation, la borne de raccordement est constituée par la première pièce conductrice. Alternativement, la borne de raccordement est constituée par la deuxième pièce conductrice. [0016] La borne de raccordement peut présenter des formes variées, pour s’adapter à différents modes de raccordement d’un conducteur ou différentes orientations. On peut notamment envisager que la borne de raccordement soit tubulaire ou coudée. Le conducteur auquel la borne de raccordement est destinée à se raccorder peut notamment être un conducteur filaire, une barre électrique ou une platine. La borne de raccordement peut présenter des surfaces de soudage ou de sertissage, ou une interface de fixation, par exemple un trou de fixation, pour permettre le raccordement d’un conducteur par l’intermédiaire d’un élément de fixation, par exemple une vis, un rivet ou un boulon. [0017] La pièce de connexion est destinée à une connexion amovible avec une pièce de connexion de forme complémentaire d’une prise électrique. La pièce de connexion peut former une broche ou une douille, dont les caractéristiques peuvent être normées.

[0018] De préférence, la pièce de connexion présente un traitement de surface, de préférence une argenture ou une nickelure, pour diminuer sa résistance de contact et/ou réaliser une protection contre la corrosion.

[0019] L’interface de contact entre la tête et le lamage est de préférence sans soudure ni brasure.

[0020] Suivant un mode de réalisation, la pièce de connexion est apte à être connectée à une source électrique externe, et la borne de raccordement est apte à être raccordé à une extrémité dénudée d’un conducteur relié directement ou indirectement à une borne de batterie d’un véhicule, pour le chargement de la batterie du véhicule par la source électrique externe. [0021] Suivant un mode de réalisation, la pièce de connexion forme une broche apte à être insérée dans une douille ou une douille dans laquelle peut être insérée une broche, et définit un axe d’insertion, la portion saillante, le trou débouchant et le lamage étant centrés sur l’axe d’insertion.

[0022] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un lot de plusieurs contacts électriques de puissance de dimensions différentes, comportant un premier contact électrique de puissance et un deuxième contact électrique de puissance tels que décrits précédemment, la portion saillante de la première des deux pièces conductrices du premier contact électrique et ayant des dimensions identiques à la portion saillante de la première des deux pièces conductrices du deuxième contact électrique, le trou débouchant et le lamage de la deuxième des deux pièces conductrices du premier contact électrique ayant des dimensions identiques au trou débouchant et au lamage de la deuxième des deux pièces conductrices du deuxième contact électrique. Les dimensions identiques permettent de standardiser l’assemblage des pièces, et de proposer des contacts électriques modulaires, ayant par exemple la même première pièce et des deuxièmes pièces différentes, ou la même deuxième pièce et des premières pièces différentes. Les pièces de connexion peuvent notamment différer les unes des autres par le fait que certaines sont des broches et d’autres des douilles, ou par le fait que certaines ont des diamètres plus importants que d’autres. Les bornes de raccordement peuvent différer les unes des autres par le fait que certaines ont une interface de soudage plate, plane ou coudée, pour le soudage d’une extrémité dénudée d’un conducteur filaire, et que d’autre ont une interface cylindrique pour le soudage d’une extrémité dénudée d’un conducteur filaire. [0023] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un procédé de fabrication d’un contact électrique de puissance tel que décrit précédemment, qui comporte un formage de la tête par déformation à froid, constituant entre la tête et le lamage une interface de contact sans soudure ou brasure.

[0024] De préférence, le lamage ne subit pas de déformation plastique durant la déformation à froid de la tête.

[0025] De préférence, la déformation à froid est effectuée sans matage. De préférence, la déformation à froid est effectuée par bouterollage, à l’aide d’une bouterolle ayant de préférence un mouvement orbital autour d’un axe de symétrie de la tête. [0026] Avant déformation à froid, la portion en saillie est insérée dans le trou débouchant sans frettage. Alternativement, elle peut être frettée dans le trou débouchant. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0027] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :

[Fig. 1] la figure 1, une vue en coupe axiale d’un contact électrique selon un premier mode de réalisation de l’invention

[Fig. 2] la figure 2, une vue isométrique en coupe axiale du contact électrique de la figure 1 ;

[Fig. 3] la figure 3, une vue en coupe axiale d’une borne de raccordement du contact électrique de la figure 1 ; [Fig. 4] la figure 4, une vue en coupe axiale d’une étape d’assemblage de la borne de raccordement de la figure 3 avec une pièce de connexion pour former le contact électrique de la figure 1 ;

[Fig. 5] la figure 5, une vue en coupe axiale d’une étape de déformation à froid d’une extrémité libre de la pièce de connexion par bouterollage, après l’étape d’assemblage de la figure 4 ;

[Fig. 6] la figure 6, une vue en coupe axiale d’une étape d’assemblage d’un contact électrique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 7] la figure 7, une vue en coupe axiale du contact de la figure 6 après assemblage ; [Fig. 8] la figure 8, une vue isométrique en coupe axiale, de l’étape d’assemblage de la figure 6 ;

[Fig. 9] la figure 9, une vue en coupe axiale d’une étape d’assemblage d’un contact électrique selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 10] la figure 10, une vue en coupe axiale du contact de la figure 9 après assemblage ; [Fig. 11] la figure 11, une vue isométrique en coupe axiale, du contact électrique de la figure 10 ;

[Fig. 12] la figure 12, une vue en coupe axiale d’une étape d’assemblage d’un contact électrique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; [Fig. 13] la figure 13, une vue en coupe axiale du contact de la figure 12 après assemblage ;

[Fig. 14] la figure 14, une vue isométrique en coupe axiale du contact électrique de la figure 13 ;

[Fig. 15] la figure 15, une vue en coupe axiale d’une étape d’assemblage d’un contact électrique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 16] la figure 16, une vue en coupe axiale du contact de la figure 15 après assemblage ;

[Fig. 17] la figure 17, une vue isométrique en coupe axiale du contact électrique de la figure 15. [0028] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION

[0029] Sur les figures 1 et 2 est illustré un contact électrique 10 destiné à équiper une prise électrique fixée à la carrosserie d’un véhicule en vue du raccordement d’une batterie du véhicule à une source électrique externe en courant continu. Ce contact électrique est destiné à être monté dans un corps isolant de prise, fixé à la carrosserie. En pratique, une telle prise fixe, ou socle, comporte des contacts de puissance pour l’acheminement de courants continus d’intensité élevée, pouvant dépasser 50, voire 100 Ampères, ainsi que des contacts de contrôle servant à transmettre de l’information entre le véhicule et le dispositif extérieur de charge. Le contact électrique 10 de la figure 1 peut naturellement être utilisé pour les deux types d’usage, mais est plus particulièrement destiné, par ses dimensions et ses caractéristiques de résistance électrique, à la transmission des forts courants. [0030] Le contact électrique 10 est constitué de deux pièces conductrices distinctes massives en métal, à savoir une pièce de connexion 12 à la source électrique externe, et une borne de raccordement 14 pour raccorder le contact électrique de puissance 10 à une extrémité dénudée d’un conducteur filaire relié directement ou indirectement à une borne de la batterie du véhicule. Dans ce mode de réalisation, la pièce de connexion 12 est une broche pleine ayant une symétrie de révolution autour d’un axe de référence 100 du contact électrique 10 et présentant une surface fonctionnelle ayant un profil normé pour pénétrer dans une douille ou une tulipe d’une autre prise. La borne de raccordement 14 est tubulaire pour loger l’extrémité dénudée d’un câble de liaison à une batterie du véhicule en vue du soudage ou du sertissage de cette extrémité dénudée, et présente également une symétrie de révolution autour de l’axe de référence 100.

[0031] L’invention a plus particulièrement trait à la fixation entre ces deux pièces 12, 14, qui doit être indémontable et présenter des caractéristiques mécaniques de tenue aux efforts et aux vibrations et des caractéristiques électriques de résistance minimale, afin d’éviter les pertes et l’échauffement du contact.

[0032] Sur les figures 1 et 2 qui illustrent le contact électrique 10 après assemblage des deux pièces 12, 14, on constate qu’une première des deux pièces conductrices, ici la pièce de connexion 12, est pourvue d’un épaulement 16 et d’une portion saillante 18, en saillie par rapport à l’épaulement 16.

[0033] La deuxième pièce conductrice, ici la borne de raccordement 14, comporte une paroi 20 présentant une face d’appui 22 en appui contre l’épaulement 16 et une face libre 24 opposée à la face d’appui 22. La paroi 20 est traversée par un trou cylindrique 26 débouchant présentant une extrémité ouverte sur la face d’appui 22 et une extrémité opposée ouverte sur un lamage 28 formé en renfoncement par rapport à la face libre 24.

[0034] La portion saillante 18 traverse le trou débouchant 26 et présente une extrémité libre 30 évasée formant une tête logée dans le lamage 28, la tête 30 ayant une section transversale supérieure à une section de passage du trou débouchant 26. La portion saillante 18 comporte une portion intermédiaire 32 entre la tête 30 et l’épaulement 16, cette portion intermédiaire 32 étant logée dans le trou débouchant 26, en contact ajusté avec les parois du trou débouchant 26.

[0035] Sur la figure 3, qui illustre la deuxième pièce conductrice 14 avant assemblage, on constate que le lamage 28 est constitué par une succession de faces ayant une symétrie de révolution autour d’un axe commun 100 qui est l’axe du trou cylindrique 26, et plus précisément, d’une face tronconique évasée 281 débouchant sur une face plane annulaire 282 entourée par une face cylindrique 283.

[0036] L’assemblage du contact électrique comporte une première étape de mise en place des deux pièces, illustrée sur la figure 4, suivie d’une étape de solidarisation irréversible des deux pièces, illustrée sur la figure 5. Sur la figure 4, on constate que la portion saillante 18 de la première pièce 12, dans cette étape, est cylindrique et que son extrémité libre ne comporte pas encore la tête de section élargie. La portion saillante 18 a traversé le trou débouchant 26 et son extrémité libre est en saillie par rapport au lamage 28, alors que la paroi d’appui 22 est en appui contre l’épaulement 16. En l’espèce, on a fait pénétrer la portion saillante 18 de la première pièce 12 dans le trou 26 sans effort particulier, car les dimensions des deux pièces sont ajustées, au sens où elles ne présentent par d’interférence dimensionnelle qui imposerait un frettage.

[0037] Pour former la tête élargie 30, on introduit dans la pièce de raccordement 14 une bouterolle 200. La bouterolle combine un mouvement de révolution autour de son axe 300 et un mouvement de précession de son axe de révolution autour de l’axe de référence 100 du trou débouchant 26, qui lui permettent de rouler sur l’extrémité libre 30 de la portion saillante 18, et de venir progressivement, par passes successives, repousser la matière de l’extrémité libre de la portion saillante 18 radialement dans le volume disponible délimité par le lamage 28.

[0038] Cette déformation est effectuée à froid et les pressions exercées sont faibles, de sorte que le lamage ne subit pas de déformation plastique. L’assemblage obtenu est indémontable. Les deux pièces 12, 14 sont de préférence dans un matériau métallique identique, notamment en cuivre ou en laiton, de sorte que la liaison ne subit pas de déformation thermique différentielle. L’interface entre les deux pièces 12, 14 est réalisé sans soudure ou brasure et ne nécessite pas de traitement ultérieur.

[0039] En service, le courant passe entre les deux pièces 12, 14 de façon privilégiée dans la zone de contact entre tête 30 et chanfrein 28, et dans une moindre mesure à l’interface plan entre face d’appui 22 et épaulement 16.

[0040] Sur les figures 6 à 8 est illustré un contact électrique suivant un deuxième mode de réalisation, qui diffère du précédent par la forme de la borne de raccordement 14, en forme d’équerre, permettant un soudage à plat d’une extrémité dénudée d’un câble de liaison à la batterie du véhicule. [0041] Sur les figures 9 à 11 est illustré un contact électrique suivant un troisième mode de réalisation, qui diffère du premier mode de réalisation par la forme de la pièce de connexion 12 qui est une douille formant une tulipe destinée à recevoir une broche en se déformant élastiquement.

[0042] Sur les figures 12 à 14 est illustré un contact électrique qui combine la pièce de connexion 12 du troisième mode de réalisation et la borne de raccordement en équerre du deuxième mode de réalisation.

[0043] Dans chacun des deuxième, troisième et quatrième modes de réalisation, l’assemblage des deux pièces 12, 14 est effectué d’une manière similaire au premier mode de réalisation, en insérant dans un premier temps la portion saillante 18 de la première pièce 12 dans le trou débouchant 26 de la deuxième pièce, puis en déformant l’extrémité libre de la portion saillante 18 à l’aide d’un outil de bouterollage positionné du côté de la face libre 24 de la paroi 20.

[0044] Il est à noter que ce mode de fabrication du contact électrique 10 en deux pièces permet d’envisager une fabrication modulaire de différents types de contacts électriques 10 ayant un même type de pièce de connexion 12 et différant par leurs types bornes de raccordement 14, comme illustré par les premier et troisième modes de réalisation, ou par le deuxième et quatrième modes de réalisation. De même, il est possible de fabriquer différents types de contacts électriques 10 ayant un même type de borne de raccordement 14 et différant par leur type de pièce de connexion 12, comme illustré par les premier et deuxième modes de réalisation, ou par les troisième et quatrième modes de réalisation.

[0045] Suivant un cinquième mode de réalisation illustré sur les figures 15 à 18, on peut envisager de former le trou débouchant 26 et la lamage 28 sur la pièce de connexion 12, alors que l’épaulement 16 et la portion saillante 18 sont formés sur la borne de raccordement 14. Cette variante est toutefois limitée à des pièces de connexion 12 présentant une paroi 20 avec une face libre opposée à une face d’appui. Elle nécessite en outre une attention particulière lors de l’opération de bouterollage, pour ne pas altérer les surfaces fonctionnelles de la pièce de connexion 12.

[0046] Dans l’ensemble des modes de réalisation, les deux pièces 12, 14 sont de préférence dans un matériau métallique identique, notamment en cuivre ou en laiton, de sorte que la liaison ne subit pas de déformation thermique différentielle après assemblage. La pièce de connexion 12 a subi de préférence au moins localement un traitement de surface, de préférence une argenture ou nickelure au niveau de sa surface fonctionnelle destinée à coopérer avec une autre pièce de connexion. Le trou débouchant 26, le lamage 28 et la portion saillante 18 ne nécessitent pas de traitement de surface particulier.

[0047] Le contact électrique 10 selon l’invention a été décrit ici comme un élément d’une prise fixe, ou socle, solidarisée à la carrosserie d’un véhicule automobile. Mais un tel contact électrique peut également être un élément d’une fiche électrique, c’est-à-dire d’une prise électrique mobile à l’extrémité d’un câble souple externe au véhicule, destiné à être branché sur le véhicule pour recharger sa batterie.

[0048] Dans l’ensemble des modes de réalisation, la pièce de connexion 12, qu’elle forme une broche apte à être insérée dans une douille ou une douille dans laquelle peut être insérée une broche, définit un axe d’insertion 100 qui est de préférence confondu avec l’axe du trou débouchant 26 et constitue de préférence un axe de symétrie pour le lamage 28. Le cas échéant, l’axe d’insertion constitue pour la pièce de connexion 12 un axe de symétrie de révolution d’ordre 1 (notamment si la pièce de connexion 12 est une broche) ou d’ordre supérieur à 1 (notamment si la pièce de connexion 12 est une douille). [0049] Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci- dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres. [0050] La borne de raccordement peut être pourvue d’une interface pour une fixation mécanique d’un conducteur électrique qui peut être un conducteur filaire dénudé, une barre électrique ou une platine, par l’intermédiaire d’un élément de fixation tel qu’une vis, un rivet ou un boulon.