EP1565963B1 - Connecteur pour traversee electrique a fort amperage - Google Patents

Connecteur pour traversee electrique a fort amperage Download PDF

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EP1565963B1
EP1565963B1 EP03786064A EP03786064A EP1565963B1 EP 1565963 B1 EP1565963 B1 EP 1565963B1 EP 03786064 A EP03786064 A EP 03786064A EP 03786064 A EP03786064 A EP 03786064A EP 1565963 B1 EP1565963 B1 EP 1565963B1
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insulator
cap
connector
socket
crossing
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Mehdi Chaabane
Marc Jarnier
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Riber SA
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Riber SA
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    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
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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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    • 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 crossing.
  • MBE Molecular Beam Epitaxy
  • the most common source of material for this molecular beam epitaxy is evaporation from a Knudsen source. It is then a crucible heated by Joule effect.
  • the crucible which can be made of boron nitride or graphite of high purity, 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 the injection into the resistant element of a high intensity current.
  • 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 implemented to establish a connection between the resistive elements located inside the vacuum chamber and the outside of the enclosure where the generators are placed ( Figure 1).
  • Electrical cables 2 of appropriate cross-section, for example 10 mm 2 for a current 1 between 35 and 50 A provide the connection between these generators and the electrical bushings 1.
  • Electrical connectors 3 with copper lugs are used to carry out the connection between high amperage bushings and power cables 2.
  • the object of the present invention is to provide a connector for high amp electrical crossing, simple in its design and economical, being excellent conductor while allowing easy handling of power cables and high protection for the user .
  • the invention relates to a connector according to claim 1.
  • An object of the present invention is to provide a connector 10 for electrically connecting a power supply cable to an electric bushing 11 at high amperage.
  • These bushings 11 are well known and allow the realization of electrical connections between elements placed in a closed volume and a generator located outside this volume.
  • This crossing electrical 11 comprises at least one pin 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 electric 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 having a recess 20 centered on the second main axis 16 and of diameter d intended to surround the pin 12 of the electrical bushing 11 when the electrical connection is established between said cable 17 and said bushing 11.
  • This bushing 15 is made of a very thin material. good conductor and low contact resistance, preferably high quality copper, silver.
  • Said first set also comprises a first insulation 21 intended to cover at least partially the socket 15.
  • said insulator 21 completely covers the socket 15 with the exception of said recesses 18, 20 for receiving the pin 12 or the power cable 17.
  • the first assembly further comprises a cap 22 having 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.
  • This is called a "hat", a piece of insulating material having a wall 25 integral with a bottom 26.
  • the inner diameter D of this part is at least equal to the outer diameter of the first insulator 21 so that after fixing the cap 22 on the first insulator 21, this it then partially covers said insulator.
  • the cap 22 comprises a second cylindrical recess 27 placed facing 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 outer 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.
  • These fixing means 29 comprise for example bolts.
  • the second insulator 28 surrounds the pin 12 and has at least one recess centered on the first main axis 13 whose internal diameter is such that it surrounds the first insulator 21 to the cap 22 after insertion of the socket 15 into the pin 12.
  • the first and second insulators 21, 28 and the cap 22 are made of a rigid and electrically insulating plastic material such as polyetheretherketone ("PEEK” - polyetheretherketone) or a polyimide such as VESPEL, or other.
  • PEEK polyetheretherketone
  • VESPEL polyimide
  • the outer side faces of the first insulator 21 and inside the cap 22 and the second insulator 28 are at least partially threaded.
  • the cap 22 is screwed on the first insulator 21 thus partially covering said insulator 21.
  • the latter during the connection of the power cable 17 to the electrical bushing 11 is itself screwed on the second insulator 28 advantageously allowing a solid connection.
  • the inside diameter D of the cap 22 is smaller than the outer diameter of the first insulator 21 so that the cap 22 is fixed on said first insulator 21 by stamping.
  • the inner diameter of the second insulator 28 is equal to or greater than the outer diameter of the first insulator 21 so that the first set can be introduced or extracted freely from the second set.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the present invention in which the connector makes an electrical connection to an effusion source 30.
  • the flange 31 also includes a temperature reading 32 via a thermocouple bushing.
  • the fixing means 29 for fixing the second insulator 28 to the electrical feedthrough 11 comprise the screws and the nuts making it possible to fix the flange 14 of the high-amperage electric bushing 11 on the support flange of the effusion source 30.
  • This connector can advantageously be used for any system requiring the injection of a high intensity current and thus the use of high amperage traversing.
  • the polyetheretherketone insulators have a good temperature resistance (250.degree. 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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  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Connecting Device With Holders (AREA)
  • Cable Accessories (AREA)
  • Insulators (AREA)
  • Indicating And Signalling Devices For Elevators (AREA)
  • Processing Of Terminals (AREA)
  • Multi-Conductor Connections (AREA)

Description

  • 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 ultravide, 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 1 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'utilisateur car cette manipulation nécessite le retrait d'éventuelles isolations électriques. Le document DE-U-8 713 117 décrit un connecteur selon le préambule de la revendication 1.
  • 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 selon la revendication 1.
  • Dans différents modes de réalisation, la présente invention concerne également les caractéristiques suivantes :
    • 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 fixation comprennent des boulons.
  • 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 résistant 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 11 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 11 lorsque la connexion électrique est établie entre ledit câble 17 et ladite traversée 11. 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, celui-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.
  • 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 11 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 oeuvre 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 11 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 (5)

  1. Connecteur pour tra ersée électrique (11) d'enceinte sous vide à fort ampérage, la traversée comportant au moins une broche (12) ayant un premier axe principal (13), le connecteur 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), un premier isolant (21) destiné à recouvrir au moins partiellement la douille (15), le connecteur (10) comprenant 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 (12) lorsque le connecteur (10) est connecté avec la traversée (11) et comportant au moins un évidement centré sur le premier axe principal (13) pour recevoir le premier isolant (21), et lorsque le connecteur (10) est connecté avec la traversée (11), la broche (12) est introduite dans la douille (15), le premier ensemble comprend un chapeau (22) comportant un évidement (23) centré sur le deuxième axe principal (16) de la douille (15),
    caractérisé en ce que :
    - ledit chapeau (22) comprend des moyens de blocage (24) comprenant une vis à tête plate permettant la fixation par pression dudit chapeau (22) sur la face externe dudit premier isolant (21), ledit chapeau (22) recouvrant alors partiellement ledit isolant (21),
    - les faces latérales externes 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).
  2. Connecteur 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 selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit matériau est le polyétheréthercétone.
  4. Connecteur 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 selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de fixation (29) comprennent des boulons.
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