WO2020229321A1 - Système de connexion électrique triphasée - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a three-phase electrical connection system, employing magnetic means to allow mechanical coupling between two of its parts.
  • a three-phase electrical connection system generally consists of an electrical base and a plug intended to be mechanically and electrically coupled to the base.
  • the plug and the socket each have three phase electrical terminals, an earth terminal and most often a neutral terminal.
  • the three phase terminals are positioned in delta and the earth terminal can be positioned so as to form a square with the other three terminals.
  • the neutral terminal can be positioned in the center of the square thus formed.
  • the user is required to orient the plug relative to the base to allow the mechanical connection between the two elements and therefore the electrical connection.
  • Magnetic effect coupling solutions have already been proposed in the state of the art. These solutions provide a magnetic attraction of the plug towards the base to achieve a mechanical bonding of the plug against the base and thus the electrical connection between the electrical terminals present on the plug and the electrical terminals of the base.
  • a three-phase electrical connection system comprising a base, an electrical plug and a magnetic indexing device in two parts, a first part fixed to the base and a second part integral with the plug, the first part and the second part of the magnetic indexing device each comprising:
  • An annular yoke made of ferromagnetic material and comprising an axis of revolution and at least one support face (200, 300) of revolution produced in a plane transverse to its axis of revolution, said face being cut into three distinct identical annular portions , each with an angular range of 120 °,
  • the three magnets being spaced from each other by a first non-zero regular angular interval
  • the magnets all have the same magnetic orientation, parallel to the axis of revolution, the permanent magnets of the first part being in magnetic attraction with the permanent magnets of the second part.
  • the documents do not propose a solution the objective of which is to allow several distinct angular positions in an electrical connection system. Their objective is often to want to limit the number of positions in order to ensure the electrical connection between the corresponding terminals of the base and of the plug.
  • all the magnets are identical and in the same orientation, allowing the three angular connection positions, offset by 120 °.
  • the first part of the magnetic indexing device comprises:
  • a second set of three other identical permanent magnets each permanent magnet of the second set being attached to a separate annular portion of the cylinder head support face
  • the three permanent magnets of the second set being interposed between two permanent magnets of the first set and spaced with respect to each of them by the same second angular interval
  • Said permanent magnets of the second set having a magnetic orientation opposite to that of the magnets of the first set.
  • the second part of the magnetic indexing device can also include:
  • a second set of three other identical permanent magnets each permanent magnet of the second set being attached to a separate annular portion of the cylinder head support face
  • the three permanent magnets of the second set being interposed between two permanent magnets of the first set and spaced apart from them,
  • Said permanent magnets of the second set having a magnetic orientation opposite to that of the magnets of the first set.
  • each permanent magnet of the device has the shape of a ring portion.
  • each permanent magnet of the first set is formed of a ring portion extending over a chosen angular range greater than or equal to 40 ° and strictly less than 120 °.
  • each permanent magnet of the first set is formed of a ring portion extending over an angular range chosen between 55 ° and 100 °.
  • each magnet of the first set is formed of a ring portion extending over an angular range chosen between 70 ° and 90 °.
  • the plug and the base comprise respective electrical connection members which are arranged respectively on the plug and on the base to connect to each other in three distinct angular positions of the plug relative to the base, the three angular positions being offset from one another by 120 °.
  • the plug has three first electrical phase terminals forming between them an equilateral triangle.
  • the plug comprises an electrical earth terminal positioned at the center of said triangle.
  • the plug comprises an electrical neutral terminal.
  • the base has three electrical phase terminals, forming between them an equilateral triangle identical to that of the plug and positioned to allow connection of the plug to the base in three angular positions, each offset by 120 °.
  • the base comprises an electrical neutral terminal, duplicated three times and each arranged to allow connection of the plug to the base in three angular positions, each offset by 120 °.
  • the plug carries at least one electrical data transfer terminal and the base includes a data transfer terminal duplicated three times and each arranged to allow connection of the plug to the base in three angular positions, each offset. of 120 °.
  • FIG. 1 represents schematically and in side view, the production principle of the electrical connection system according to the invention
  • FIG. 2 shows, in front view, respectively the base and the plug used in the system of the invention
  • FIGS. 3A and 3B show a front view of the magnetic yokes of the two magnetic parts of the system of the invention
  • FIGS. 4A to 4C represent three variants of the first configuration of the magnetic indexing device employed in the system of the invention.
  • FIGS. 5A to 5C represent three variants of the second configuration of the magnetic indexing device employed in the system of the invention
  • FIGS. 6A to 6C represent three variants of the third configuration of the magnetic indexing device employed in the system of the invention
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the dimensional characteristics of the system of the invention.
  • the three-phase electrical connection system of the invention consists of an electrical plug F intended to be connected to an electrical appliance APP and an electrical socket S intended to be connected to an electrical power supply ALIM source, on which comes electrically connect the F plug.
  • the S base is fixed and the F plug is advanced towards the base to allow connection.
  • the base S and the plug F advantageously have a casing of cylindrical shape.
  • the system of the invention also comprises a magnetic indexing device 1 with two magnetic parts 2, 3, called the first part 2 and second part 3.
  • the first part 2 is fixed to the base S and the second part 3 is integral with the sheet F.
  • the magnetic architecture of the magnetic indexing device is of the six-pole type.
  • Each of the two parts is housed in the respective housing of the socket S and the plug F.
  • the two magnetic parts are used to ensure at least one mechanical coupling of the plug F against the base S.
  • the electrical connection of the terminals of the plug F with the terminals of the base S can be made simultaneously with the mechanical coupling or in a later phase.
  • the solution of the invention at least allows the plug to take a stable mechanical position with respect to the base so that the latter can be electrically connected to the base, while respecting the electrical connection conventions of a system. three-phase electric.
  • the magnetic indexing device of the invention is intended to make it possible to position the plug F relative to the base S according to three distinct angular positions, each offset by 120 °.
  • the electrical connection solution is for its part suitable for ensuring an electrical connection between the electrical terminals of plug F and those of the base, whatever one of the three angular positions (one of the three angular positions) taken by the plug F in relation to base S. As shown in Figure 2, to allow the plug F to be able to position itself in three distinct positions offset by 120 °, certain electrical terminals present on the base S are duplicated three times.
  • a single electrical earth terminal PE positioned at the center of said triangle; A single electrical terminal of neutral N;
  • Three electrical neutral terminals N1 ', N2', N3 ' forming between them a second equilateral triangle and each positioned to allow the connection of the neutral terminal of the plug, in each of the three angular orientations of the plug F with respect to the base S;
  • Two data transfer terminals duplicated three times (CP1 ', CP2', CP3 'and PP1', PP2 ', PP3') and positioned in a suitable manner to allow the connection of the two data transfer terminals of plug F, in each of the three angular orientations of the plug F with respect to the base S;
  • the neutral terminal could be placed in the center and the earth terminal duplicated on the base side.
  • the neutral terminals are advantageously offset in a suitable manner with respect to the phase terminals in order to achieve natural coding.
  • the electrical terminals used in the plug and the socket can be pinch terminals or flat contacts.
  • the two magnetic parts 2, 3 of the indexing device are intended to attract each other by magnetic attraction effect, for example through plastic cases.
  • the two parts 2, 3 each comprise a yoke 20, 30, preferably made of a ferromagnetic material (hereinafter magnetic yoke).
  • the two cylinder heads 20, 30 are advantageously identical in shape and in composition (same material).
  • Each magnetic yoke 20, 30 is produced in the form of a ring, advantageously of rectangular section.
  • the ring is therefore advantageously flat and thus has two opposite transverse annular faces around its axis of revolution (X). This axis of revolution is parallel to the direction in which the plug F is approached to the base S to make the connection. At least one of the two faces is flat and is intended to support permanent magnets. It is designated the support face 200, 300 for each of the yokes 20, 30.
  • this support face 200, 300 is cut between three annular portions (200_1, 200_2, 200_3 and 300_1, 300_2, 300_3) identical adjacent each extending over an angular range of 120 °, to occupy the entire circumference of the cylinder head.
  • the three annular portions are referenced as the first annular portion, second annular portion and third annular portion for each cylinder head.
  • the cylinder head 20, 30 may have a thickness of between 2mm and 8mm.
  • the cylinder head 20, 30 may have an internal diameter D1 of between 40mm and 120mm and an external diameter D2 of between 50mm and 140mm.
  • the first configuration is a minimum configuration and the following configurations are successive improvements.
  • First configuration - figures 4A to 4C are successive improvements.
  • each yoke 20, 30 carries a first set of three identical permanent magnets 201_1, 201_2, 201_3, 301_1, 301_2, 301_3.
  • the magnets associated with the first part and those associated with the second part are advantageously identical in form and in composition.
  • 301 _1 is fixed on the first annular portion 200_1, 300_1 of the support face
  • a second permanent magnet 201_2, 301_2 is fixed on the second annular portion 200 2
  • a third permanent magnet 201_3, 301_3 is fixed on the third annular portion 200_3, 300_3 of the support face.
  • each magnet On each cylinder head, the permanent magnets are fixed on their support face to present a magnetic orientation (by convention in the South-North direction) parallel to the axis of revolution (X) of the cylinder head.
  • the permanent magnets of the first part and those of the second part are oriented in magnetic attraction. They thus have a polar face in contact with the support face.
  • each magnet is fixed by applying one of its two pole faces (according to its magnetic orientation) to the support face of the magnetic yoke to which it is integral.
  • the magnetic orientation of a permanent magnet is represented by an arrow oriented in the South-North direction.
  • Each permanent magnet can be made in the form of a ring portion having a radius of curvature identical to that of the cylinder head to match the shape of the latter and a constant radial dimension over their entire angular range and identical to that of the cylinder head.
  • the permanent magnets are spaced apart by a non-zero regular interval 11, I2 (the magnets are not in contact).
  • the angular interval is defined by an angular range around the axis of revolution (X) and is identical for the two magnetic parts.
  • each magnet can extend over a determined angular range over the annular portion.
  • the magnets are not in contact with each other, they can be made over an angular range strictly less than 120 °, to maintain a non-zero angular interval with each of the adjacent magnets, and greater than 40 ° . It may be necessary that they are sufficiently elongated to ensure precise magnetic positioning between the two parts 2, 3.
  • the magnets can each extend over the same angular range AP of 100 ° on their annular portion (FIG. 4A);
  • the magnets can each extend over the same angular range AP of 80 ° on their annular portion (figure 4B) - On the two yokes, the magnets can each extend over the same angular range AP of 55 ° on their annular portion (figure 4C)
  • this second configuration adds to the first part 2 only of the magnetic indexing device a second set of three identical permanent magnets 202 1, 202 2, 202 3.
  • the second part 3 remains identical to that described for the first configuration above.
  • These three magnets 202 1, 202 2, 202 3 are each fixed to an annular portion 200_1, 200_2, 200_3 separate from the yoke, on the same face as the three magnets of the first set.
  • Each of these three new magnets is inserted between two magnets of the first set, leaving a non-zero regular angular interval with these two magnets of the first set.
  • Each permanent magnet of this second set can be made in the form of a ring portion having a radius of curvature identical to that of the cylinder head to match the shape of the latter and a constant radial dimension over their entire angular range and identical to that of the cylinder head.
  • They advantageously have a thickness (defined in the axial direction) identical to that of the magnets of the first set of the first part.
  • the permanent magnets 201_1, 201_2, 201_3 of the first set can each extend over an angular range AP1 of 100 ° on their annular portion and the permanent magnets 202 1, 202 2, 202 3 of the second set on an angular range AP2 of 10 ° (FIG. 5A). Interval regular angular 11 is therefore close to 5 ° between two adjacent magnets.
  • the second part 3 shows only the first set of three permanent magnets 301_1, 301_2, 301_3, which are identical to the permanent magnets of the first set of the first part 2.
  • the permanent magnets 201_1, 201_2, 201_3 of the first set can each extend over an angular range AP1 of 80 ° on their annular portion and the permanent magnets 202 1, 202 2, 202 3 of the second set over an angular range AP2 of 30 ° (figure 5B).
  • the regular angular interval 11 is therefore close to 5 ° between two adjacent magnets.
  • the second part 3 presents only the first set of three permanent magnets
  • the permanent magnets 201_1, 201_2, 201_3 of the first set can each extend over an angular range AP1 of 55 ° on their annular portion and the permanent magnets 202 1, 202 2, 202 3 of the second set over an angular range AP2 of 55 ° ( Figure 5C).
  • the regular angular interval 11 is therefore close to 5 ° between two adjacent magnets.
  • the second part 3 presents only the first set of three permanent magnets 301_1, 301_2, 301_3 which are identical to the permanent magnets of the first set of the first part 2.
  • the permanent magnets of the second part are chosen with the same angular range as that of the permanent magnets of the first part.
  • this third configuration adds to the second part 3 of the magnetic indexing device a second set of three identical permanent magnets 302 1, 302 2, 302 3.
  • the first part remains identical to that described above for the second configuration.
  • these three additional magnets are each fixed on a separate annular portion of the yoke 30 of the second part 3, on the same face as the three magnets of the first set.
  • Each of these three new magnets is inserted between two magnets of the first set, leaving a non-zero regular angular interval I2 with these two magnets of the first set.
  • Each permanent magnet 302 1, 302 2, 302 3 of this second set can be made in the form of a ring portion having a radius of curvature identical to that of the yoke to match the shape of the latter and a dimension constant radial over their entire angular range and identical to that of the cylinder head.
  • They advantageously have a thickness (defined in the axial direction) identical to that of the magnets of the first set of the second part 3.
  • the permanent magnets 301_1, 301_2, 301_3 of the first set can each extend over an angular range AP1 of 100 ° on their annular portion and the permanent magnets 302 1, 302 2, 302 3 of the second set over an angular range AP2 of 10 ° ( Figure 6A).
  • the regular angular interval I2 is therefore close to 5 ° between two adjacent magnets.
  • the first part 2 has the same configuration with magnets oriented in attraction with respect to those of the second part 3.
  • the permanent magnets 301_1, 301_2, 301_3 of the first set can each extend over an angular range AP1 of 80 ° on their annular portion and the permanent magnets 302 1, 302 2, 302 3 of the second set over an angular range AP2 of 30 ° ( Figure 6B).
  • Angular interval regular is therefore close to 5 ° between two adjacent magnets.
  • the first part 2 has the same configuration with magnets oriented in attraction with respect to those of the second part 3.
  • the permanent magnets 301_1, 301_2, 301_3 of the first set can each extend over an angular range AP1 of 55 ° on their annular portion and the permanent magnets 302 1, 302 2, 302 3 of the second set over an angular range AP2 of 55 ° ( Figure 6C).
  • the regular angular interval is therefore close to 5 ° between two adjacent magnets.
  • the first part 2 has the same configuration with magnets oriented in attraction with respect to those of the second part 3.
  • the magnets 201_1, 201_2, 201_3 of the first set of the first part 2 and the magnets 301_1, 301_2, 301_3 of the first set of the second part 3 are always chosen with the same angular range and the permanent magnets 202 1, 202 2, 202 3 of the second set of the first part 2 (if they are present) and the permanent magnets 302 1, 302 2, 302 3 of the second set of the second part 3 (if they are present) are always chosen with the same angular range.
  • the angular interval 11, I2 between two adjacent magnets is non-zero, regular and chosen to be identical. By way of example, it is chosen between 2 ° and 10 ° and is of course suited to the size of the magnets chosen.
  • all the magnets can have a thickness of between 2mm and 10mm.
  • FIG. 7 represents a diagram illustrating the angular stiffness exerted by the first magnetic part 2 on the second magnetic part 3, for different sizes of magnets (angular range AP) of the first set when the system is in the first configuration described above , that is to say with a single set of three magnets per yoke 20, 30.
  • the dimensional configuration was as follows:
  • the system of the invention is in particular perfectly suited to be used in an electrical installation for recharging an electric vehicle, such as that described in patent application WO2017 / 216458A1.
  • This installation has the particularity of allowing a plug to be connected to an electric socket without the intervention of the user, by guiding the plug towards the socket by magnetic effect.

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  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de connexion électrique triphasée comportant un socle (S), une fiche (F) électrique et un dispositif (1) d'indexation magnétique en deux parties, une première partie (2) fixée au socle (S) et une deuxième partie (3) solidaire de la fiche (F), la première partie (2) et la deuxième partie (3) du dispositif d'indexation magnétique comportent chacune : - Une culasse (20, 30), - Trois aimants permanents (201_1, 201_2, 201_3, 301_1, 301_2, 301_3) identiques d'un premier jeu, fixés chacun sur une portion annulaire distincte de la culasse, - Les trois aimants étant espacés les uns des autres d'un premier intervalle angulaire (I1) régulier non nul, - Les aimants présentant tous une même orientation magnétique, parallèle à l'axe de révolution, les aimants permanents de la première partie étant en attraction magnétique avec les aimants permanents de la deuxième partie.

Description

Système de connexion électrique triphasée
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un système de connexion électrique triphasée, employant des moyens magnétiques pour permettre un couplage mécanique entre deux de ses parties.
Etat de la technique
De manière connue, un système de connexion électrique triphasée se compose en règle générale d'un socle électrique et d'une fiche destinée à être couplée mécaniquement et électriquement au socle.
Dans une version triphasée, la fiche et le socle comportent chacun trois bornes électriques de phase, une borne de terre et le plus souvent une borne de neutre.
Les trois bornes de phases sont positionnées en triangle et la borne de terre peut être positionnée de manière à former un carré avec les trois autres bornes. La borne de neutre peut être positionnée au centre du carré ainsi formé. Dans une solution classique, l'utilisateur est amené à orienter la fiche par rapport au socle pour permettre la connexion mécanique entre les deux éléments et donc la connexion électrique.
Des solutions de couplage par effet magnétique ont déjà été proposées dans l'état de la technique. Ces solutions assurent une attraction magnétique de la fiche vers le socle pour réaliser un collage mécanique de la fiche contre le socle et ainsi la connexion électrique entre les bornes électriques présentes sur la fiche et les bornes électriques du socle.
Ces solutions magnétiques connues sont adaptées pour des systèmes monophasés et permettent souvent une connexion de la fiche sur le socle, quelle que soit l'orientation de la fiche par rapport à la prise (couplage à 360°). De telles solutions ont notamment été décrites dans les demandes de brevets W02012/032230A1 , EP2667459A1 , FR3012263A1 et WO2017/001755A1 . Notamment pour des questions d'encombrement, elles ne sont pas adaptables à un système triphasé.
D'autres solutions de connexion électrique utilisant l'effet magnétique sont également décrites dans les demandes de brevets FR3072216A1 , US201 1/171837A1 et US2019/009680A1. Ces solutions ont pour objectif de ne proposer qu'une seule position angulaire de connexion, et intègrent pour cela, des moyens mécaniques de détrompage. Le but de l'invention est de proposer un système de connexion électrique triphasée qui comporte des moyens magnétiques adaptés pour assurer un couplage mécanique dans plusieurs positions angulaires distinctes de la fiche par rapport au socle, afin de permettre une connexion électrique fiable entre une fiche électrique et un socle, même sans l'intervention d'un utilisateur. La solution de l'invention fonctionnera avantageusement uniquement grâce à des moyens magnétiques, c'est-à-dire en limitant l'emploi d'organe mécanique de détrompage particulier, comme prévu dans l'état de la technique.
Exposé de l'invention
Ce but est atteint par un système de connexion électrique triphasée comportant un socle, une fiche électrique et un dispositif d'indexation magnétique en deux parties, une première partie fixée au socle et une deuxième partie solidaire de la fiche, la première partie et la deuxième partie du dispositif d'indexation magnétique comportant chacune :
Une culasse de forme annulaire réalisée en matériau ferromagnétique et comportant un axe de révolution et au moins une face de support (200, 300) de révolution réalisée dans un plan transversal à son axe de révolution, ladite face étant découpée en trois portions annulaires distinctes identiques, chacune d'une plage angulaire de 120°,
- T rois aimants permanents identiques d'un premier jeu, fixés chacun sur une portion annulaire distincte de la culasse,
Les trois aimants étant espacés les uns des autres d'un premier intervalle angulaire régulier non nul,
Les aimants présentant tous une même orientation magnétique, parallèle à l'axe de révolution, les aimants permanents de la première partie étant en attraction magnétique avec les aimants permanents de la deuxième partie.
Dans l'état de la technique, les documents ne proposent pas une solution dont l'objectif est de permettre plusieurs positions angulaires distinctes dans un système de connexion électrique. Leur objectif est souvent de vouloir limiter le nombre de positions afin d'assurer la connexion électrique entre les bornes correspondantes du socle et de la fiche. Dans l'invention, tous les aimants sont identiques et dans la même orientation, autorisant les trois positions angulaires de connexion, décalées de 120°. Selon une particularité, la première partie du dispositif d'indexation magnétique comporte :
Un deuxième jeu de trois autres aimants permanents identiques, chaque aimant permanent du deuxième jeu étant fixé sur une portion annulaire distincte de la face de support de la culasse,
- Sur la culasse, les trois aimants permanents du deuxième jeu étant intercalés entre deux aimants permanents du premier jeu et espacés par rapport à chacun d'eux d'un même deuxième intervalle angulaire,
Lesdits aimants permanents du deuxième jeu ayant une orientation magnétique opposée à celle des aimants du premier jeu.
Selon une autre particularité, la deuxième partie du dispositif d'indexation magnétique peut également comporter :
Un deuxième jeu de trois autres aimants permanents identiques, chaque aimant permanent du deuxième jeu étant fixé sur une portion annulaire distincte de la face de support de la culasse,
- Sur la culasse, les trois aimants permanents du deuxième jeu étant intercalés entre deux aimants permanents du premier jeu et espacés par rapport à eux,
Lesdits aimants permanents du deuxième jeu ayant une orientation magnétique opposée à celle des aimants du premier jeu.
Selon une particularité, chaque aimant permanent du dispositif a une forme de portion d'anneau.
Selon une réalisation particulière, chaque aimant permanent du premier jeu est formé d'une portion d'anneau s'étendant sur une plage angulaire choisie supérieure ou égale à 40° et strictement inférieure à 120°.
Selon une autre réalisation particulière, caractérisé en ce que chaque aimant permanent du premier jeu est formé d'une portion d'anneau s'étendant sur une plage angulaire choisie comprise entre 55° et 100°.
Selon une autre réalisation particulière, chaque aimant du premier jeu est formé d'une portion d'anneau s'étendant sur une plage angulaire choisie comprise entre 70° et 90°.
Selon une particularité de l'invention, la fiche et le socle comportent des organes de connexion électrique respectifs qui sont agencés respectivement sur la fiche et sur le socle pour se connecter entre eux dans trois positions angulaires distinctes de la fiche par rapport au socle, les trois positions angulaires étant décalées l'une de l'autre de 120°. Selon une particularité, la fiche comporte trois premières bornes électriques de phase formant entre elles un triangle équilatéral.
Selon une autre particularité, la fiche comporte une borne électrique de terre positionnée au centre dudit triangle.
Selon une autre particularité, la fiche comporte une borne électrique de neutre.
Selon une autre particularité, le socle comporte trois bornes électriques de phase, formant entre elles un triangle équilatéral identique à celui de la fiche et positionnées pour permettre une connexion de la fiche sur le socle suivant trois positions angulaires, décalées chacune de 120°.
Selon une autre particularité, le socle comporte une borne électrique de neutre, dupliquée trois fois et agencée chacune pour permettre une connexion de la fiche sur le socle suivant trois positions angulaires, décalées chacune de 120°.
Selon une autre particularité, la fiche porte au moins une borne électrique de transfert de données et le socle comporte une borne de transfert de données dupliquée trois fois et agencée chacune pour permettre une connexion de la fiche sur le socle suivant trois positions angulaires, décalées chacune de 120°.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit, en liaison avec les figures listées ci-dessous :
La figure 1 représente de manière schématique et en vue de côté, le principe de réalisation du système de connexion électrique conforme à l'invention ;
- La figure 2 représente, en vue de face, respectivement le socle et la fiche employés dans le système de l'invention ;
Les figures 3A et 3B montrent en vue de face les culasses magnétiques des deux parties magnétiques du système de l'invention ;
Les figures 4A à 4C représentent trois variantes de la première configuration du dispositif d'indexation magnétique employé dans le système de l'invention ;
Les figures 5A à 5C représentent trois variantes de la deuxième configuration du dispositif d'indexation magnétique employé dans le système de l'invention ; Les figures 6A à 6C représentent trois variantes de la troisième configuration du dispositif d'indexation magnétique employé dans le système de l'invention ;
La figure 7 représente un diagramme illustrant les caractéristiques dimensionnelles du système de l'invention ;
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
Le système de connexion électrique triphasée de l'invention se compose d'une fiche F électrique destinée à être reliée à un appareil électrique APP et d'un socle S électrique destiné à être relié à une source ALIM d'alimentation électrique, sur lequel vient se connecter électriquement la fiche F. En règle générale, le socle S est fixe et la fiche F est avancée vers le socle pour permettre un branchement.
Le socle S et la fiche F présentent avantageusement un boîtier de forme cylindrique.
Le système de l'invention comporte également un dispositif 1 d'indexation magnétique à deux parties magnétiques 2, 3, dites première partie 2 et deuxième partie 3. La première partie 2 est fixée au socle S et la deuxième partie 3 est solidaire de la fiche F. On verra ci-dessous que l'architecture magnétique du dispositif d'indexation magnétique est de type hexapolaire. Chacune des deux parties est logée dans le boîtier respectif du socle S et de la fiche F.
Dans la solution de l'invention, les deux parties magnétiques sont employées pour assurer au moins un couplage mécanique de la fiche F contre le socle S. La connexion électrique des bornes de la fiche F avec les bornes du socle S peut être réalisée simultanément au couplage mécanique ou dans une phase ultérieure. Autrement dit, la solution de l'invention permet au moins à la fiche de prendre une position mécanique stable par rapport au socle pour que celle-ci puisse venir se brancher électriquement sur le socle, en respectant les conventions de connexion électrique d'un système électrique triphasé.
Le dispositif d'indexation magnétique de l'invention est destiné à permettre de positionner la fiche F par rapport au socle S selon trois positions angulaires distinctes, décalées chacune de 120°.
La solution de connexion électrique est pour sa part adaptée pour assurer une connexion électrique entre les bornes électriques de la fiche F et celles du socle, quelle que soit l'une des trois positions angulaire (l'une des trois positions angulaires) prise par la fiche F par rapport au socle S. Comme représenté sur la figure 2, pour permettre à la fiche F de pouvoir se positionner selon trois positions distinctes décalées de 120°, certaines bornes électriques présentes sur le socle S sont dupliquées trois fois.
A titre d'exemple, de manière non limitative, côté fiche F, on a ainsi :
- Trois bornes électriques de phase L1 , L2, L3, positionnées aux trois sommets d'un triangle équilatéral ;
Une seule borne électrique de terre PE positionnée au centre dudit triangle ; Une seule borne électrique de neutre N ;
Eventuellement deux bornes de transfert de données PP, CP ;
Et côté socle S, on a ainsi :
- Trois bornes électriques de phase L1 ', L2', L3' positionnées aux trois sommets d'un triangle équilatéral identique à celui de la fiche F pour permettre la connexion de la fiche F selon trois positions angulaires décalées de 120° ;
Une seule borne électrique de terre PE' positionnée au centre du triangle formé par les trois bornes de phase ;
Trois bornes électriques de neutre N1 ', N2', N3' formant entre elles un deuxième triangle équilatéral et positionnées chacune pour permettre la connexion de la borne de neutre de la fiche, dans chacune des trois orientations angulaires de la fiche F par rapport au socle S ;
Deux bornes de transfert de données, dupliquées trois fois (CP1 ', CP2', CP3' et PP1 ', PP2', PP3') et positionnées de manière adaptée pour permettre la connexion des deux bornes de transfert de données de la fiche F, dans chacune des trois orientations angulaires de la fiche F par rapport au socle S ;
Bien entendu, d'autres configurations pourraient être envisagées. La borne de neutre pourrait être placée au centre et la borne de terre dupliquée côté socle.
Il faut noter que pour éviter de connecter le neutre sur une phase, les bornes de neutre sont avantageusement décalées de manière adaptée par rapport aux bornes de phase pour réaliser un détrompage naturel.
A titre d'exemple, les bornes électriques employées dans la fiche et le socle peuvent être des bornes à pincement ou des contacts plats. Les deux parties magnétiques 2, 3 du dispositif d'indexation sont destinées à s'attirer l'une vers l'autre par effet magnétique d'attraction, par exemple à travers des boîtiers plastiques.
Les deux parties 2, 3 comportent chacune une culasse 20, 30, préférentiellement réalisée dans un matériau ferromagnétique (ci-après culasse magnétique). Les deux culasses 20, 30 sont avantageusement identiques en forme et en composition (même matériau). Chaque culasse 20, 30 magnétique est réalisée sous la forme d'un anneau, avantageusement à section rectangulaire. L'anneau est donc avantageusement plat et présente ainsi deux faces annulaires transversales opposées autour de son axe de révolution (X). Cet axe de révolution est parallèle à la direction selon laquelle la fiche F est approchée du socle S pour effectuer la connexion. Au moins l'une des deux faces est plane et est destinée à supporter des aimants permanents. Elle est désignée face de support 200, 300 pour chacune des culasses 20, 30. Comme représentée sur les figures 3A et 3B, cette face de support 200, 300 est découpée entre trois portions annulaires (200_1 , 200_2, 200_3 et 300_1 , 300_2, 300_3) identiques adjacentes s'étendant chacune sur une plage angulaire de 120°, pour occuper toute la circonférence de la culasse. Les trois portions annulaires sont référencées première portion annulaire, deuxième portion annulaire et troisième portion annulaire pour chaque culasse.
A titre d'exemple, la culasse 20, 30 peut présenter une épaisseur comprise entre 2mm et 8mm.
De même, la culasse 20, 30 peut présenter un diamètre interne D1 compris entre 40mm et 120mm et un diamètre externe D2 compris entre 50mm et 140mm.
On peut ensuite distinguer les différentes configurations magnétiques listées ci- dessous. La première configuration est une configuration minimale et les configurations suivantes sont des perfectionnements successifs. Première configuration - figures 4A à 4C
Dans cette configuration, chaque culasse 20, 30 porte un premier jeu de trois aimants permanents 201_1 , 201_2, 201_3, 301_1 , 301_2, 301_3 identiques.
Les aimants associés à la première partie et ceux associés à la deuxième partie sont avantageusement identiques en forme et en composition.
Pour chaque partie magnétique 2, 3, un premier aimant permanent 201 _1 ,
301 _1 est fixé sur la première portion annulaire 200_1 , 300_1 de la face de support, un deuxième aimant permanent 201_2, 301_2 est fixé sur la deuxième portion annulaire 200 2, 300_2 de la face de support et un troisième aimant permanent 201_3, 301_3 est fixé sur la troisième portion annulaire 200_3, 300_3 de la face de support.
Sur chaque culasse, les aimants permanents sont fixés sur leur face de support pour présenter une orientation magnétique (par convention dans le sens Sud-Nord) parallèle à l'axe de révolution (X) de la culasse. Les aimants permanents de la première partie et ceux de la deuxième partie sont orientés en attraction magnétique. Ils ont ainsi une face polaire en contact avec la face de support. Dans toutes les configurations décrites, la fixation de chaque aimant se fera en appliquant l'une de ses deux faces polaires (selon son orientation magnétique) sur la face de support de la culasse magnétique dont il est solidaire. Sur les figures annexées, par convention, l'orientation magnétique d'un aimant permanent est représentée par une flèche orientée dans le sens Sud-Nord.
Chaque aimant permanent peut être réalisé sous la forme d'une portion d'anneau présentant un rayon de courbure identique à celui de la culasse pour épouser la forme de celle-ci et une dimension radiale constante sur toute leur plage angulaire et identique à celle de la culasse.
Sur chaque culasse 20, 30, les aimants permanents sont espacés entre eux d'un intervalle 11 , I2 régulier non nul (les aimants ne sont pas en contact). L'intervalle angulaire est défini par une plage angulaire autour de l'axe de révolution (X) et est identique pour les deux parties magnétiques.
Dans cette première configuration, chaque aimant peut s'étendre sur une plage angulaire déterminée sur la portion annulaire. Comme sur chaque culasse, les aimants ne sont pas en contact les uns avec les autres, ils peuvent être réalisés sur une plage angulaire strictement inférieure à 120°, pour conserver un intervalle angulaire non nul avec chacun des aimants adjacents, et supérieure à 40°. Il peut s'avérer nécessaire qu'ils soient suffisamment allongés pour assurer un positionnement magnétique précis entre les deux parties 2, 3.
A titre d'exemple et de manière non limitative, on peut distinguer les différentes réalisations suivantes :
- Sur les deux culasses 20, 30, les aimants peuvent chacun s'étendre sur une même plage angulaire AP de 100° sur leur portion annulaire (figure 4A) ;
- Sur les deux culasses, les aimants peuvent chacun s'étendre sur une même plage angulaire AP de 80° sur leur portion annulaire (figure 4B) - Sur les deux culasses, les aimants peuvent chacun s'étendre sur une même plage angulaire AP de 55° sur leur portion annulaire (figure 4C)
Dans cette configuration, sur chaque partie magnétique, l'intervalle angulaire 11 , I2 entre deux aimants dépend bien entendu de la taille donnée aux aimants.
Deuxième configuration - figures 5A à 5C
Par rapport à la première configuration, cette deuxième configuration ajoute à la première partie 2 uniquement du dispositif d'indexation magnétique un deuxième jeu de trois aimants permanents 202 1 , 202 2, 202 3 identiques. La deuxième partie 3 reste identique à celle décrite pour la première configuration ci-dessus.
Ces trois aimants 202 1 , 202 2, 202 3 sont chacun fixés sur une portion annulaire 200_1 , 200_2, 200_3 distincte de la culasse, sur la même face que les trois aimants du premier jeu.
Chacun de ces trois nouveaux aimants vient s'intercaler entre deux aimants du premier jeu, en laissant un intervalle angulaire régulier non nul avec ces deux aimants du premier jeu.
Chaque aimant permanent de ce deuxième jeu peut être réalisé sous la forme d'une portion d'anneau présentant un rayon de courbure identique à celui de la culasse pour épouser la forme de celle-ci et une dimension radiale constante sur toute leur plage angulaire et identique à celle de la culasse.
Ils sont tous les trois fixés sur leur face de support pour présenter une même orientation magnétique parallèle à l'axe de révolution (X) axiale et opposée à celle des aimants du premier jeu.
Ils présentent avantageusement une épaisseur (définie dans la direction axiale) identique à celle des aimants du premier jeu de la première partie.
Ils s'étendent sur une plage angulaire inférieure ou égale à celle des aimants du premier jeu de la première partie, l'ensemble formé d'un aimant du premier jeu, d'un aimant du deuxième jeu et de deux intervalles angulaires non nuis étant égal à 120°.
A titre d'exemple, on peut distinguer les différentes réalisations suivantes :
- Sur la première partie, les aimants permanents 201_1 , 201_2, 201_3 du premier jeu peuvent chacun s'étendre sur une plage angulaire AP1 de 100° sur leur portion annulaire et les aimants permanents 202 1 , 202 2, 202 3 du deuxième jeu sur une plage angulaire AP2 de 10° (figure 5A). L'intervalle angulaire 11 régulier est donc voisin de 5° entre deux aimants adjacents. La deuxième partie 3 présente uniquement le premier jeu de trois aimants permanents 301_1 , 301_2, 301_3, qui sont identiques aux aimants permanents du premier jeu de la première partie 2.
- Les aimants permanents 201_1 , 201_2, 201_3 du premier jeu peuvent chacun s'étendre sur une plage angulaire AP1 de 80° sur leur portion annulaire et les aimants permanents 202 1 , 202 2, 202 3 du deuxième jeu sur une plage angulaire AP2 de 30° (figure 5B). L'intervalle angulaire 11 régulier est donc voisin de 5° entre deux aimants adjacents. La deuxième partie 3 présente uniquement le premier jeu de trois aimants permanents
301_1 , 301_2, 301_3 qui sont identiques aux aimants permanents du premier jeu de la première partie 2.
Les aimants permanents 201_1 , 201_2, 201_3 du premier jeu peuvent chacun s'étendre sur une plage angulaire AP1 de 55° sur leur portion annulaire et les aimants permanents 202 1 , 202 2, 202 3 du deuxième jeu sur une plage angulaire AP2 de 55° (figure 5C). L'intervalle angulaire 11 régulier est donc voisin de 5° entre deux aimants adjacents. La deuxième partie 3 présente uniquement le premier jeu de trois aimants permanents 301_1 , 301_2, 301_3 qui sont identiques aux aimants permanents du premier jeu de la première partie 2.
Dans chacune des réalisations, les aimants permanents de la deuxième partie sont choisis avec la même plage angulaire que celle des aimants permanents de la première partie.
En variante à cette deuxième configuration, il est bien entendu possible d'inverser les deux architectures magnétiques. Le deuxième jeu de trois aimants permanents est alors fixé à la deuxième partie magnétique 3, ces aimants venant s'intercaler entre les aimants du premier jeu de la deuxième partie 3, et la première partie magnétique reste alors avec une configuration avec un seul premier jeu de trois aimants permanents.
Troisième configuration - figures 6A à 6C
Par rapport à la deuxième configuration, cette troisième configuration ajoute à la deuxième partie 3 du dispositif d'indexation magnétique un deuxième jeu de trois aimants permanents 302 1 , 302 2, 302 3 identiques. La première partie reste identique à celle décrite ci-dessus pour la deuxième configuration.
Comme pour la deuxième configuration, ces trois aimants supplémentaires sont chacun fixés sur une portion annulaire distincte de la culasse 30 de la deuxième partie 3, sur la même face que les trois aimants du premier jeu.
Chacun de ces trois nouveaux aimants vient s'intercaler entre deux aimants du premier jeu, en laissant un intervalle angulaire I2 régulier non nul avec ces deux aimants du premier jeu.
Chaque aimant permanent 302 1 , 302 2, 302 3 de ce deuxième jeu peut être réalisé sous la forme d'une portion d'anneau présentant un rayon de courbure identique à celui de la culasse pour épouser la forme de celle-ci et une dimension radiale constante sur toute leur plage angulaire et identique à celle de la culasse.
Ils sont tous les trois fixés sur leur face de support pour présenter une même orientation magnétique parallèle à l'axe de révolution axiale et opposée à celle des aimants du premier jeu de la deuxième partie 3.
Ils présentent avantageusement une épaisseur (définie dans la direction axiale) identique à celle des aimants du premier jeu de la deuxième partie 3.
Ils s'étendent sur une plage angulaire inférieure ou égale à celle des aimants du premier jeu de la deuxième partie.
A titre d'exemple, en considérant que la première partie 2 reste dans la deuxième configuration décrite ci-dessus, on peut distinguer les différentes réalisations suivantes :
Les aimants permanents 301_1 , 301_2, 301_3 du premier jeu peuvent chacun s'étendre sur une plage angulaire AP1 de 100° sur leur portion annulaire et les aimants permanents 302 1 , 302 2, 302 3 du deuxième jeu sur une plage angulaire AP2 de 10° (figure 6A). L'intervalle angulaire I2 régulier est donc voisin de 5° entre deux aimants adjacents. La première partie 2 présente la même configuration avec des aimants orientés en attraction par rapport à ceux de la deuxième partie 3.
Les aimants permanents 301_1 , 301_2, 301_3 du premier jeu peuvent chacun s'étendre sur une plage angulaire AP1 de 80° sur leur portion annulaire et les aimants permanents 302 1 , 302 2, 302 3 du deuxième jeu sur une plage angulaire AP2 de 30° (figure 6B). L'intervalle angulaire régulier est donc voisin de 5° entre deux aimants adjacents. La première partie 2 présente la même configuration avec des aimants orientés en attraction par rapport à ceux de la deuxième partie 3.
Les aimants permanents 301_1 , 301_2, 301_3 du premier jeu peuvent chacun s'étendre sur une plage angulaire AP1 de 55° sur leur portion annulaire et les aimants permanents 302 1 , 302 2, 302 3 du deuxième jeu sur une plage angulaire AP2 de 55° (figure 6C). L'intervalle angulaire régulier est donc voisin de 5° entre deux aimants adjacents. La première partie 2 présente la même configuration avec des aimants orientés en attraction par rapport à ceux de la deuxième partie 3.
Quelles que soient la réalisation et la configuration, les aimants 201_1 , 201_2, 201_3 du premier jeu de la première partie 2 et les aimants 301_1 , 301_2, 301_3 du premier jeu de la deuxième partie 3 sont toujours choisis avec une même plage angulaire et les aimants permanents 202 1 , 202 2, 202 3 du deuxième jeu de la première partie 2 (s'ils sont présents) et les aimants permanents 302 1 , 302 2, 302 3 du deuxième jeu de la deuxième partie 3 (s'ils sont présents) sont toujours choisis avec une même plage angulaire. De même, quelles que soient la réalisation et la configuration, l'intervalle angulaire 11 , I2 entre deux aimants adjacents est non nul, régulier et choisi identique. A titre d'exemple, il est choisi entre 2° et 10° et est bien entendu adapté à la taille des aimants choisis.
A titre d'exemple, tous les aimants peuvent présenter une épaisseur comprise entre 2mm et 10mm.
La figure 7 représente un diagramme illustrant la raideur angulaire exercé par la première partie 2 magnétique sur la deuxième partie 3 magnétique, pour différentes tailles d'aimants (plage angulaire AP) du premier jeu lorsque le système est dans la première configuration décrite ci-dessus, c'est-à-dire avec un seul jeu de trois aimants par culasse 20, 30. La configuration dimensionnelle était la suivante :
AG (=entrefer, c'est-à-dire distance entre les deux parties magnétiques) = 2mm ; HY (=épaisseur culasse, dimension dans la direction axiale) = 4mm ; HM (=épaisseur aimant, dimension dans la direction axiale) = 6mm ; TH (=largeur aimant & culasse, dimension radiale) = 8mm ; AP (=plage angulaire de chaque aimant) = 55° à 100
On peut ainsi voir que la raideur angulaire (en ordonnées) est toujours la plus élevée pour des aimants de taille importante, quelle que soit la position angulaire prise par la fiche autour de son axe par rapport à la prise.
La solution décrite présente ainsi de nombreux avantages parmi lesquels :
Elle permet un couplage mécanique par effet magnétique, dans trois positions angulaires distinctes décalées chacune de 120°, grâce à la réalisation d'une architecture magnétique hexapolaire ;
Elle est facilement adaptable à la connexion électrique d'une fiche sur un socle électrique et permet d'assurer une connexion, en plusieurs positions, sans l'intervention d'un utilisateur ;
Elle est simple à fabriquer ;
- Elle est d'un encombrement réduit, l'utilisation de culasses de forme annulaire permettant de dégager l'espace interne axial pour la connectique électrique ;
Le système de l'invention est notamment parfaitement adapté pour être employé dans une installation électrique de recharge de véhicule électrique, telle que celle décrite dans la demande de brevet WO2017/216458A1. Cette installation présente la particularité de permettre de connecter une fiche sur un socle électrique sans l'intervention de l'utilisateur, en guidant la fiche vers le socle par effet magnétique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de connexion électrique triphasée comportant un socle (S), une fiche (F) électrique et un dispositif (1 ) d'indexation magnétique en deux parties, une première partie (2) fixée au socle (S) et une deuxième partie (3) solidaire de la fiche (F), caractérisé en ce que la première partie (2) et la deuxième partie (3) du dispositif d'indexation magnétique comportent chacune :
- Une culasse (20, 30) de forme annulaire réalisée en matériau ferromagnétique et comportant un axe de révolution (X) et au moins une face de support (200, 300) de révolution réalisée dans un plan transversal à son axe de révolution, ladite face étant découpée en trois portions annulaires distinctes identiques, chacune d'une plage angulaire de 120°,
- Trois aimants permanents (201 _1 , 201 _2, 201 _3, 301 _1 , 301 _2, 301 _3) identiques d'un premier jeu, fixés chacun sur une portion annulaire distincte de la culasse,
- Les trois aimants étant espacés les uns des autres d'un premier intervalle angulaire (11 ) régulier non nul,
- Les aimants présentant tous une même orientation magnétique, parallèle à l'axe de révolution, les aimants permanents de la première partie étant en attraction magnétique avec les aimants permanents de la deuxième partie.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première partie (2) du dispositif d'indexation magnétique comporte :
- Un deuxième jeu de trois autres aimants permanents (202 1 , 202 2, 202 3) identiques, chaque aimant permanent du deuxième jeu étant fixé sur une portion annulaire distincte de la face de support de la culasse,
- Sur la culasse (20), les trois aimants permanents du deuxième jeu étant intercalés entre deux aimants permanents du premier jeu et espacés par rapport à chacun d'eux d'un même deuxième intervalle angulaire,
- Lesdits aimants permanents du deuxième jeu ayant une orientation magnétique opposée à celle des aimants du premier jeu.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième partie (3) du dispositif d'indexation magnétique comporte :
- Un deuxième jeu de trois autres aimants permanents (302 1 , 302 2, 302 3) identiques, chaque aimant permanent du deuxième jeu étant fixé sur une portion annulaire distincte de la face de support de la culasse,
- Sur la culasse (30), les trois aimants permanents du deuxième jeu étant intercalés entre deux aimants permanents du premier jeu et espacés par rapport à eux,
- Lesdits aimants permanents du deuxième jeu ayant une orientation magnétique opposée à celle des aimants du premier jeu.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque aimant permanent du dispositif a une forme de portion d'anneau.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque aimant permanent du premier jeu est formé d'une portion d'anneau s'étendant sur une plage angulaire choisie supérieure ou égale à 40° et strictement inférieure à 120°.
6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque aimant permanent du premier jeu est formé d'une portion d'anneau s'étendant sur une plage angulaire choisie comprise entre 55° et 100°.
7. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque aimant du premier jeu est formé d'une portion d'anneau s'étendant sur une plage angulaire choisie comprise entre 70° et 90°.
8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fiche et le socle comportent des organes de connexion électrique respectifs qui sont agencés respectivement sur la fiche et sur le socle pour se connecter entre eux dans trois positions angulaires distinctes de la fiche par rapport au socle, les trois positions angulaires étant décalées l'une de l'autre de 120°.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fiche (F) comporte trois premières bornes électriques (L1 , L2, L3) de phase formant entre elles un triangle équilatéral.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fiche (F) comporte une borne électrique (PE) de terre positionnée au centre dudit triangle.
1 1. Système selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la fiche (F) comporte une borne électrique (N) de neutre.
12. Système selon l'une des revendications 9 à 1 1 , caractérisé en ce que le socle (S) comporte trois bornes électriques (L1 ', L2', L3') de phase, formant entre elles un triangle équilatéral identique à celui de la fiche et positionnées pour permettre une connexion de la fiche (F) sur le socle (S) suivant trois positions angulaires, décalées chacune de 120°.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le socle comporte une borne électrique de neutre (NG, N2', N3'), dupliquée trois fois et agencée chacune pour permettre une connexion de la fiche (F) sur le socle (S) suivant trois positions angulaires, décalées chacune de 120°.
14. Système selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la fiche (F) porte au moins une borne électrique (PP, CP) de transfert de données et en ce que le socle (S) comporte une borne (PP1 ,'PP2', PP3', CP1 ', CP2', CP3'), de transfert de données dupliquée trois fois et agencée chacune pour permettre une connexion de la fiche sur le socle suivant trois positions angulaires, décalées chacune de 120°.
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