EP1565963A1 - Connecteur pour traversee electrique a fort amperage - Google Patents

Connecteur pour traversee electrique a fort amperage

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EP1565963A1
EP1565963A1 EP03786064A EP03786064A EP1565963A1 EP 1565963 A1 EP1565963 A1 EP 1565963A1 EP 03786064 A EP03786064 A EP 03786064A EP 03786064 A EP03786064 A EP 03786064A EP 1565963 A1 EP1565963 A1 EP 1565963A1
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EP
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insulator
cap
connector
high amperage
electrical
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EP03786064A
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Mehdi Chaabane
Marc Jarnier
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Riber SA
Original Assignee
Riber SA
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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    • H01R13/533—Bases, cases made for use in extreme conditions, e.g. high temperature, radiation, vibration, corrosive environment, pressure
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R13/53—Bases or cases for heavy duty; Bases or cases for high voltage with means for preventing corona or arcing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/62—Means for facilitating engagement or disengagement of coupling parts or for holding them in engagement
    • H01R13/621—Bolt, set screw or screw clamp
    • H01R13/6215—Bolt, set screw or screw clamp using one or more bolts

Definitions

  • the present invention relates to a connector for high amperage electrical bushing.
  • MBE Epitaxy by molecular jet
  • epitaxial layers are obtained by transporting a material, containing the constituent elements of the layer to be formed, to a substrate, metallic or semiconductor, where it is adsorbed. This material transport is carried out in a vacuum chamber and preferably under ultra-vacuum, ie at a pressure of less than 10 "9 mbar in order to obtain films free of any contamination.
  • the most common source of material for this molecular beam epitaxy is evaporation from a Knudsen type source. It is then a crucible heated by the Joule effect.
  • the crucible which can be made of boron nitride or high purity graphite, for example, has a cylindrical or conical shape.
  • the Joule effect is generally obtained by the use of a resistant element, for example a filament.
  • a resistant element for example a filament.
  • temperatures above 1000 ° C are necessary, which involves injecting a strong current into the resistive element.
  • a chain of suitable elements is therefore necessary to deliver the required current to the resistive element.
  • Electrical bushings 1 with high amperage for example at least of the order of 50 A are thus used to establish a connection between the resistive elements situated inside the vacuum enclosure and the outside of the enclosure where the generators are placed ( Figure 1).
  • Electric cables 2 of appropriate section, for example, 10 mm 2 for a current I between 35 and 50 A, ensure the connection between these generators and the electrical bushings 1.
  • Electrical connectors 3 with copper lugs are used to make the connection between the high-amperage electrical bushings and the power cables 2.
  • this type of connection does not allow easy manipulation of the power cables 2.
  • the mounting / dismounting of the power cables 2, for example to change a cell requires the screwing / unscrewing of screws 5 at the level of the thimble 3.
  • the electrical bushing 1 is then subjected to torsions which can result in a loss of tightness of said bushing 1.
  • any action on the electrical connectors 3 with thimble implies a problem of electrical safety for the user because this manipulation requires the removal of any electrical insulation.
  • the objective of the present invention is to provide a connector for electrical crossing with high amperage, simple in design and economical, being excellent conductor while allowing easy handling of the power cables as well as high protection for the user. .
  • the invention relates to a connector for high amperage electrical bushing comprising at least one pin having a first main axis, comprising a first assembly comprising a socket having a second main axis, said socket being intended to be fixed on a cable electric, and a first insulator intended to cover at least partially the socket.
  • the first assembly comprises a cap comprising a recess centered on the second main axis of the sleeve and blocking means for fixing the cap on the first insulator, said cap then partially covering said insulator, and
  • the connector comprises a second assembly comprising a second insulator and fixing means for fixing the second insulator on the electrical bushing, said second insulator surrounding said pin and comprising at least one recess centered on the first main axis to receive the first insulator during inserting the sleeve into the spindle.
  • the present invention also relates to the following characteristics which must be considered in isolation or in all their technically possible combinations: - the first and second insulators and the cap are made of a rigid plastic material and electrically insulating,
  • said material is polyetheretherketone
  • the cap comprises a cylindrical recess placed opposite the first insulator, the locking means comprise a flat head screw,
  • the fixing means comprise bolts
  • the external lateral faces of the first insulator and the inner of the cap and of the second insulator are at least partially threaded to screw on the one hand said cap on the first insulator and on the other hand the first insulator on the second insulator.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an electrical supply chain comprising an electrical connector with copper lug for high intensity electrical crossing of the prior art
  • FIG. 2 is a schematic representation of a connector for electrical crossing with high amperage, according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a chain of elements for supplying current to a resi stant element of a crucible comprising a connector, according to an embodiment of the invention.
  • An object of the present invention is the production of a connector 10 for electrically connecting a power cable to an electrical bushing 11 with high amperage. These bushings 11 are well known and allow electrical connections to be made between elements placed in a closed volume and a generator located outside this volume.
  • This crossing electric 11 comprises at least one spindle 12 having a first main axis 13 and of diameter d.
  • said pin 12 is welded to a flange 14 to be mounted on a vacuum system.
  • the connector 10 according to the invention is not limited to this single embodiment and is intended for electrical bushings 11 with high amperage in general.
  • the connector 10 comprises a first assembly comprising a socket 15 having a second main axis 16.
  • This socket 15 is intended to be fixed, typically crimped, on an electric cable 17. It further comprises a part 19 comprising a recess 20 centered on the second main axis 16 and of diameter d intended to surround the pin 12 of the electrical bushing 1 1 when the electrical connection is established between said cable 17 and said bushing 1 1.
  • This socket 15 is produced in a very good conductive material with low contact resistance, preferably high quality copper, silver.
  • Said first assembly also comprises a first insulator 21 intended to cover at least partially the sleeve 15. In a preferred embodiment, said insulator 21 completely covers the sleeve 15 with the exception of said recesses 18, 20 serving to receive the pin 12 or the power cable 17.
  • the first assembly further comprises a cap 22 comprising a first recess 23 centered on the second main axis 16 of the sleeve and locking means 24 for fixing the cap 22 on the first insulator 21.
  • a cap is used here to mean a piece of insulating material comprising a wall 25 integral with a bottom 26. The internal diameter D of this piece is at least equal to the external diameter of the first insulator 21 so that after fixing the cap 22 on the first insulator 21, this then partially covers said insulator.
  • the cap 22 comprises a second cylindrical recess 27 placed opposite the first insulator 21 and the locking means 24 then comprise a flat head screw.
  • the cap 22 is thus fixed by pressing the flat head screw on the external face of the first insulator.
  • the connector comprises a second assembly comprising a second insulator 28 and fixing means 29 for fixing the second insulator on the electrical bushing.
  • fixing means 29 include for example bolts.
  • the second insulator 28 surrounds the pin 12 and has at least one recess centered on the first main axis 13, the internal diameter of which is such that it surrounds the first insulator 21 up to the cap 22 after insertion of the sleeve 15 into the pin 12.
  • the first and second insulators 21, 28 and the cap 22 are made of a rigid, electrically insulating plastic material such as polyetheretherketone ("PEEK” - polyetheretherketone) or a polyimide such as VESPEL, or the like.
  • PEEK polyetheretherketone
  • VESPEL polyimide
  • the outer lateral faces of the first insulator 21 and the inner side of the cap 22 and the second insulator 28 are at least partially threaded.
  • the cap 22 is screwed onto the first insulator 21, thus partially covering said insulator 21.
  • the latter during the connection of the power cable 17 on the electrical bushing 1 1 is itself screwed onto the second insulator 28 advantageously allowing an integral connection.
  • the internal diameter D of the cap 22 is less than the external diameter of the first insulator 21 so that the cap 22 is fixed to said first insulator 21 by stamping.
  • the inside diameter of the second insulator 28 is equal to or greater than the outside diameter of the first insulator 21 so that the first set can be freely inserted or removed from the second set.
  • Figure 3 shows an embodiment of the present invention in which the connector establishes an electrical connection to an effusion source 30.
  • the flange 31 also includes a temperature reading 32 via a bushing for thermocouple.
  • the fixing means 29 for fixing the second insulator 28 on the electrical bushing 11 comprise the screws and nuts making it possible to fix the flange 14 of the electrical bushing 11 with high amperage on the support flange of the effusion source 30.
  • This connector can advantageously be used for any system requiring the injection of a high current and therefore the use of high amperage bushing.
  • the polyetheretherketone insulators have good temperature resistance (250 ° C. over more than 20,000 hours) and the connectors according to the invention can be used on systems subjected to high temperatures.

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Description

Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage
La présente invention concerne un connecteur pour traversée électrique à fort ampérage.
Une des techniques courantes pour préparer des couches sous ultravide est l'Epitaxie par jet moléculaire ("MBE"-Molecular Beam Epitaxy). Avec cette technique, des couches épitaxiales sont obtenues par le transport d'un matériau, contenant les éléments constitutifs de la couche à former, jusqu'à un substrat, métallique ou semi-conducteur, où il s'adsorbe. Ce transport de matériau est réalisé dans une chambre sous vide et de préférence sous ultra- vide, i.e. à une pression inférieure à 10"9 mbar afin d'obtenir des films vierges de toute contamination.
La source de matériau la plus courante pour réaliser cet Epitaxie par jet moléculaire est l'évaporation à partir d'une source du type Knudsen. Il s'agit alors d'un creuset chauffé par effet Joule. Le creuset qui peut être réalisé en nitrure de Bore ou en graphite de haute pureté, par exemple, présente une forme cylindrique ou conique.
L'effet Joule est généralement obtenu par l'utilisation d'un élément résistant, par exemple un filament. Pour évaporer certains matériaux, des températures supérieures à 1000°C sont nécessaires, ce qui implique l'injection dans l'élément résistant d'un courant de forte intensité. Une chaîne d'éléments appropriés est donc nécessaire pour délivrer le courant requis jusqu'à l'élément résistant. Des traversées électriques 1 à fort ampérage par exemple au moins de l'ordre de 50 A sont ainsi mis en oeuvre pour établir une liaison entre les éléments résistants situés à l'intérieur de l'enceinte sous vide et l'extérieur de l'enceinte où sont placés les générateurs (Figure 1 ). Des câbles 2 électriques de section appropriée, par exemple, 10 mm2 pour un courant I compris entre 35 et 50 A, assurent la liaison entre ces générateurs et les traversées électriques 1 . Des raccords électriques 3 à cosse en cuivre sont utilisés pour réaliser la connexion entre les traversées électriques à fort ampérage et les câbles d'alimentation 2. Cependant, ce type de connexion ne permet pas une manipulation aisée des câbles d'alimentation 2. Ainsi le montage/démontage des câbles d'alimentation 2, par exemple pour changer une cellule, nécessite le vissage/dévissage de vis 5 au niveau de la cosse 3. La traversée électrique 1 est alors l'objet de torsions pouvant résulter en une perte d'étanchéité de ladite traversée 1. De plus, toute action sur les raccords électriques 3 à cosse implique un problème de sécurité électrique pour l'uti lisateur car cette manipulation nécessite le retrait d'éventuelles isolations électriques.
L'objectif de la présente invention est de proposer un connecteur pour traversée électrique à fort ampérage, simple dans sa conception et économique, étant excellent conducteur tout en permettant une manipulation aisée des câbles d'alimentation ainsi qu'une protection élevée pour l'utilisateur.
A cet effet, l'invention concerne un connecteur pour traversée électrique à fort ampérage comportant au moins une broche ayant un premier axe principal, comprenant un premier ensemble comportant une douille ayant un deuxième axe principal, ladite douille étant destinée à être fixée sur un câble électrique, et un premier isolant destiné à recouvrir au moins partiellement la douille. Selon l'invention,
- le premier ensemble comprend un chapeau comportant un évidement centré sur le deuxième axe principal de la douille et des moyens de blocage pour fixer le chapeau sur le premier isolant, ledit chapeau recouvrant alors partiellement ledit isolant, et
- le connecteur comprend un deuxième ensemble comportant un deuxième isolant et des moyens de fixation pour fixer le deuxième isolant sur la traversée électrique, ledit deuxième isolant entourant ladite broche et comportant au moins un évidement centré sur le premier axe principal pour recevoir le premier isolant lors de l'introduction de la douille dans la broche. Dans différents modes de réalisation, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles : - les premier et deuxième isolants et le chapeau sont réalisés en un matériau plastique rigide et électriquement isolant,
- ledit matériau est le polyétheréthercétone,
- le chapeau comprend un évidement cylindrique placé en regard du premier isolant, - les moyens de blocage comprennent une vis à tête plate,
- les moyens de fixation comprennent des boulons,
- les faces latérales externe du premier isolant et intérieures du chapeau et du deuxième isolant sont au moins partiellement filetées pour visser d'une part ledit chapeau sur le premier isolant et d'autre part le premier isolant sur le deuxième isolant.
Dans différents modes de réalisation possibles, l'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une chaîne d'alimentation électrique comportant un raccord électrique à cosse en cuivre pour traversée électrique à forte intensité de l'art antérieur;
- la figure 2 est une représentation schématique d'un connecteur pour traversée électrique à fort ampérage, selon l'invention;
- la figure 3 est une représentation schématique d'une chaîne d'éléments pour alimenter en courant un élément rési stant d'un creuset comportant un connecteur, selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Un objet de la présente invention est la réalisation d'un connecteur 10 pour relier électriquement un câble d'alimentation à une traversée électrique 11 à fort ampérage. Ces traversées 11 sont bien connues et permettent la réalisation de connexions électriques entre des éléments placés dans un volume fermé et un générateur situé à l'extérieur de ce volume. Cette traversée électrique 11 comporte au moins une broche 12 ayant un premier axe principal 13 et de diamètre d. Dans un mode de réalisation, ladite broche 12 est soudée sur une bride 14 pour être montée sur un système sous vide. Cependant, le connecteur 10 selon l'invention n'est pas limité à cette seule réalisation et s'adresse à des traversées électriques 1 1 à fort ampérage en général.
En référence à la Figure 2, le connecteur 10 comprend un premier ensemble comportant une douille 15 ayant un deuxième axe principal 16. Cette douille 15 est destinée à être fixée, typiquement sertie, sur un câble électrique 17. Elle comprend de plus une partie 19 comportant un évidement 20 centré sur le deuxième axe principal 16 et de diamètre d destiné à entourer la broche 12 de la traversée électrique 1 1 lorsque la connexion électrique est établie entre ledit câble 17 et ladite traversée 1 1. Cette douille 15 est réalisée en un matériau très bon conducteur et à faible résistance de contact, de préférence en cuivre haute qualité, argent. Ledit premier ensemble comprend également un premier 21 isolant destiné à recouvrir au moins partiellement la douille 15. Dans un mode de réalisation préféré, ledit isolant 21 recouvre totalement la douille 15 à l'exception desdits évidements 18, 20 servant à recevoir la broche 12 ou le câble d'alimentation 17.
Le premier ensemble comprend de plus un chapeau 22 comportant un premier évidement 23 centré sur le deuxième axe principal 16 de la douille et des moyens de blocage 24 pour fixer le chapeau 22 sur le premier isolant 21 . On appelle ici « un chapeau », une pièce en matériau isolant comportant une paroi 25 solidaire d'un fond 26. Le diamètre intérieur D de cette pièce est au moins égal au diamètre externe du premier isolant 21 de sorte qu'après fixation du chapeau 22 sur le premier isolant 21 , cel ui-ci recouvre alors partiellement ledit isolant.
Avantageusement, le chapeau 22 comprend un deuxième évidement cylindrique 27 placé en regard du premier isolant 21 et les moyens de blocage 24 comprennent alors une vis à tête plate. Le chapeau 22 est ainsi fixé par pression de la vis à tête plate sur la face externe du premier isolant.
On décrira maintenant un procédé d'assemblage du premier ensemble. Avant de sertir la douille 15 sur le câble d'alimentation 17, ledit câble est passé à travers le premier évidemment 23 du chapeau 22. Une fois la douille 15 sertie, le chapeau 22 est fixé sur le premier isolant 21 recouvrant la douille 15 et est bloqué par vissage des moyens de blocage 24.
Le connecteur comprend un deuxième ensemble comportant un deuxième isolant 28 et des moyens de fixation 29 pour fixer le deuxième isolant sur la traversée électrique. Ces moyens de fixation 29 comprennent par exemple des boulons.
Le deuxième isolant 28 entoure la broche 12 et comporte au moins un évidement centré sur le premier axe principal 13 dont le diamètre intérieur d' est tel qu'il entoure le premier isolant 21 jusqu'au chapeau 22 après introduction de la douille 15 dans la broche 12.
Dans un mode réalisation préféré, les premier et deuxième isolants 21 , 28 et le chapeau 22 sont réalisés en un matériau plastique rigide et électriquement isolant tel que le polyétheréthercétone ("PEEK"- polyetheretherketone) ou un polyimide tel que le VESPEL, ou autre.
Dans un mode de réalisation, les faces latérales externe du premier isolant 21 et intérieure du chapeau 22 et du deuxième isolant 28 sont au moins partiellement filetées. Lors de l'assemblage du connecteur, le chapeau 22 est vissé sur le premier isolant 21 recouvrant ainsi partiellement ledit isolant 21 . Et ce dernier lors de la connexion du câble d'alimentation 17 sur la traversée électrique 1 1 est lui-même vissé sur le deuxième isolant 28 permettant avantageusement une connexion solidaire.
Dans un autre mode de réalisation, le diamètre intérieur D du chapeau 22 est inférieur au diamètre externe du premier isolant 21 de sorte que le chapeau 22 est fixé sur ledit premier isolant 21 par emboutissage. Le diamètre intérieur d' du deuxième isolant 28 est égal ou supérieur au diamètre externe du premier isolant 21 de sorte que le premier ensemble puisse être introduit ou extrait librement du second ensemble. La figure 3 montre un mode de mise en œuvre de la présente invention dans lequel le connecteur établit une connexion électrique sur une source à effusion 30. La bride 31 comporte également une lecture de température 32 via une traversée pour thermocouple. Les moyens de fixation 29 pour fixer le deuxième isolant 28 sur la traversée électrique 11 comprennent les vis et les écrous permettant de fixer la bride 14 de la traversée électrique 1 1 à fort ampérage sur la bride support de la source à effusion 30.
Ce connecteur peut avantageusement être utilisé pour tout système nécessitant l'injection d'un courant de forte intensité et donc l'utilisation de traversée à fort ampérage. Avantageusement, les isolants en polyétheréthercétone présentent une bonne tenue en température (250°C sur plus de 20 000 heures) et les connecteurs selon l'invention peuvent être employés sur des systèmes soumis à des températures élevées.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Connecteur pour traversée électrique (1 1 ) à fort ampérage comportant au moins une broche (12) ayant un premier axe principal (13), comprenant un premier ensemble comportant une douille (15) ayant un deuxième axe principal (16), ladite douille (15) étant destinée à être fixée sur un câble électrique (17), et un premier isolant (21 ) destiné à recouvrir au moins partiellement la douille (15), caractérisé en ce que - le premier ensemble comprend un chapeau (22) comportant un évidement (23) centré sur le deuxième axe principal (16) de la douille (15) et des moyens de blocage (24) pour fixer le chapeau (22) sur le premier isolant (21 ), ledit chapeau (22) recouvrant alors partiellement ledit isolant (21 ), - le connecteur (10) comprend un deuxième ensemble comportant un deuxième isolant (28) et des moyens de fixation (29) pour fixer le deuxième isolant (28) sur la traversée électrique (11 ), ledit deuxième isolant (28) entourant ladite broche (15) et comportant au moins un évidement centré sur le premier axe principal (13) pour recevoir le premier isolant (21 ) lors de l'introduction de la douille (15) dans la broche (12).
2. Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage selon la revendication 1 caractérisé en ce que les premier et deuxième isolants (21 , 28) et le chapeau (22) sont réalisés en un matériau plastique rigide et électriquement isolant.
3. Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit matériau est le polyétheréthercétone.
4. Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chapeau (22) comprend un évidement cylindrique (27) placé en regard du premier isolant (21 ).
5. Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de blocage (24) comprennent une vis à tête plate.
6. Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation (29) comprennent des boulons.
7. Connecteur pour traversée électrique à fort ampérage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les faces latérales externe du premier isolant (21) et intérieures du chapeau (22) et du deuxième isolant (28) sont au moins partiellement filetées pour visser d'une part ledit chapeau (22) sur le premier isolant (21 ) et d'autre part le premier isolant (21 ) sur le deuxième isolant (28).
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CN (1) CN1714479A (fr)
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AU (1) AU2003295066A1 (fr)
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DK (1) DK1565963T3 (fr)
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