CONECTOR ELÉCTRICO SIN ARCO.

Conector eléctrico (40) que comprende: un terminal de contacto principal (12) que incluye medios para la conexión del terminal de contacto principal a un conductor eléctrico;

un terminal de contacto auxiliar (16); y un elemento resistivo (6) que conecta el terminal de contacto auxiliar (16) al terminal de contacto principal (12), de tal manera que la corriente que pasa a través del terminal de contacto auxiliar (16) también pasa a través del terminal de contacto principal (12) y el elemento resistivo, estando el elemento resistivo caracterizado porque un aumento en la resistencia eléctrica del elemento resistivo retarda una corriente de entrada a través del elemento resistivo, de modo que el elemento resistivo conduce una corriente aproximadamente igual a la corriente de entrada durante un período de tiempo que se denomina tiempo de activación; el conector eléctrico está configurando para desconectar el terminal de contacto principal de un terminal eléctrico de acoplamiento (32) en un conector eléctrico (50) de acoplamitneo antes de la desconexión del terminal de contacto auxiliar desde un terminal eléctrico de acoplamiento (36) en el conector eléctrico de acoplamiento, siendo el tiempo para desconectar el terminal de contacto principal en una distancia suficiente de manera que no se puede sostener un arco eléctrico que comprende un tiempo de desconexión, siendo el tiempo de desconexión menor que el tiempo de activación, de modo que se evita el arco al desconectar el terminal de contacto principal

La presente invención se refiere a un conector eléctrico que incluye medios para prevenir o suprimir un arco cuando los contactos de alimentación se desconectan o se separan, mientras llevan una energía sustancial o corriente eléctrica. La presente invención se refiere también a un conector eléctrico que utiliza una resistencia de coeficiente de temperatura positivo en derivación entre los contactos que se desconectan de forma secuencial, de manera que la tensión y la corriente estarán por debajo de un umbral en el que se puede producir un arco, cuando cada contacto se separa de un contacto de acoplamiento.

Los contactos que llevan cantidades significativas de energía formarán arco cuando se desconectan. La magnitud de los daños del arco experimentados por los contactos depende de su estructura física, de la corriente de carga, de la tensión de alimentación, de la velocidad de separación, de las características de la carga (resistiva, capacitiva, inductiva), así como de otros factores.

Los sistemas de automoción futuros se espera que utilicen 42 voltios con el fin de reducir las corrientes de carga y las pérdidas de cableado asociadas. Este aumento de tensión puede causar que se produzcan daños de arco significativos en los presentes conectores diseñados para funcionar a 12 voltios. Para evitar las posibles responsabilidades asociadas con fallos catastróficos del conector, los fabricantes de automóviles están solicitando un nuevo diseño de conector que se pueda reemplazar sin desconectar un número significativo de veces. Diez ciclos se consideran como un requisito mínimo.

Para desconectar una potencia de 42 voltios sin daños significativos se requiere la interrupción de aproximadamente 1500 vatios para muchas cargas y hasta 15 KW para el circuito de la batería principal. Los módulos actuales utilizados en aplicaciones de automoción pueden consumir más de 500 vatios. Las fuentes de alimentación deben suministran uno o más kilovatios de energía. Las soluciones convencionales requieren que la corriente se corte antes de que los contactos se separen o se desacoplen o emplear una parte de contacto de sacrificio. El coste, el espacio, la fiabilidad, la seguridad, el rendimiento y la complejidad de estas soluciones convencionales las hacen inadecuadas para muchas aplicaciones, incluyendo los sistemas eléctricos del automóvil.

Hay muchas cosas que se conocen en la profesión de energía eléctrica que rápidamente extinguen un arco y hay muchas cosas conocidas en la industria de retransmisión que minimizan el daño del arco a los conectores y los contactos. Estos se pueden encontrar en la literatura, tales como “Gaseous Conductors” de James D. Cobine y “Ney Contact Manual” de Kenneth E. Pitney. La mayoría de estos procedimientos no son prácticos en conectores eléctricos pequeños e independientes, tales como los utilizados en automóviles, ordenadores y electrodomésticos. Ninguno de los procedimientos proporcionados en la literatura eliminará el arco. Los contactos convencionales se destruyen cuando se interrumpen corrientes nominales con la suficiente frecuencia y lo suficientemente despacio, aunque estos contactos convencionales pueden estar clasificados para la interrupción de corriente. Hay una vida finita para los conectores existentes, puesto que se producirá arco y causará daños cada vez que el conector se desconecte bajo carga.

Aparatos, interruptores o resistencias con resistencia de coeficiente de temperatura positivo (PTC) se han utilizado o propuesto para su uso, en interruptores de circuito que se utilizan para romper corrientes de fallo, específicamente definidas y sobrecargas excesivas, para lo que estos interruptores están clasificados. Por otro lado, los conectores eléctricos están previstos para llevar una amplia gama de corrientes durante el uso real. A pesar de que un conector eléctrico puede estar clasificado para llevar una determinada corriente, en la práctica real, un conector eléctrico llevará corrientes en un amplio rango debido a las variaciones en la carga. El coste, tamaño y peso de un conector eléctrico generalmente aumentará con el aumento de la clasificación actual, de manera que se utilizará normalmente el conector clasificado más bajo adecuado para su uso en una aplicación específica. Debido a múltiples cargas con diferentes necesidades de corriente pasan a través de un solo conector, así como para la consistencia económica, de inventario y de línea de producto del conector, no es raro minimizar el número de diferentes conectores utilizados en un producto específico. El resultado neto es que un conector específico llevará cualquiera desde su corriente nominal, o incluso una sobrecorriente para pruebas de seguridad y de vida, hasta una corriente significativamente menor. Si ese conector se desconecta mientras lleva una corriente, o se intercambia en caliente, sin arco, la prevención del arco debe ser eficaz para una amplia gama de corrientes, a partir del umbral de corriente del arco hasta la corriente nominal de dicho conector. En otras palabras, a diferencia de los disyuntores de circuito, los conectores de intercambio de calor deben estar protegidos de la formación de arcos en una amplia gama de corrientes. Por lo tanto, el uso de una resistencia PTC de la misma manera tal como se usa en un interruptor de circuito no será adecuado para su uso en un conector eléctrico. El tiempo de activación varía de un dispositivo PTC, en el que la resistencia depende de la temperatura del dispositivo, y la temperatura depende de la corriente, debido al calentamiento I2R. Así, el tiempo de activación para un dispositivo PTC utilizado en un conector eléctrico variará debido a la amplia gama de corrientes que serán llevadas por un conector eléctrico particular.

Cuando se utilizan dispositivos de resistencia PTC en los interruptores, relés, fusibles e interruptores de circuito, las dos mitades de los contactos eléctricos permanecen en el mismo dispositivo físico. Los contactos separados entre sí, pero sólo por una distancia bien definida y establecida, y los contactos separados siguen siendo parte del paquete del dispositivo. La función esencial de los conectores eléctricos es separar totalmente las dos mitades de contacto. No se mantiene ninguna conexión física entre las dos mitades, y todos los lazos físicos se rompen entre dos contactos del conector de acoplamiento. Con el fin de proteger la separación de los contactos eléctricos que llevan energía que produce arco, el dispositivo PTC debe estar conectado a través del par de contacto hasta que la corriente es lo suficientemente reducida para evitar arcos. Así, el problema es que una conexión eléctrica física en ambas mitades del contacto eléctrico de separación se debe mantener en un uso convencional de un dispositivo PTC, incluso en un conector, todas las conexiones físicas deben romperse.

En interruptores, relés, fusibles e interruptores de circuito, donde se utilizan los dispositivos PTC de la técnica anterior, se controlan la distancia de separación de contacto y el tipo de separación. En estos dispositivos de la técnica anterior, la separación de contacto debe ser suficiente para mantener a raya la tensión nominal. El índice de separación se puede hacer tan rápido como sea posible para acortar el tiempo en el que se podría producir la formación del arco, por lo tanto, minimizando los daños asociados. Los conectores eléctricos deben estar completamente separados. Los conectores eléctricos también son separados de forma manual, y el índice de separación varía mucho entre las actuales conexiones eléctricas. Incluso para un determinado diseño de conector eléctrico separado manualmente, el índice de separación variará de manera significativa cada vez que dos conectores eléctricos se desacoplan manualmente.

Para superar estos problemas, la presente invención proporciona un conector de acuerdo con la reivindicación 1, que emplea una resistencia de coeficiente de temperatura positivo (PTC) en el conector eléctrico en serie con una porción de contacto eléctrico auxiliar o terminal de contacto, cuya combinación es en paralelo con una porción de contacto eléctrico principal o terminal de contacto, que se desconecta primero. Esta disposición de las partes de componentes impedirá el arco cuando se desacoplan dos conectores eléctricos mientras llevan corriente. Tanto el contacto principal como los contactos auxiliares se pueden acoplar con un terminal o terminales en un conector eléctrico complementario. En las realizaciones preferidas, los contactos principal y auxiliar son terminales macho o láminas que se acoplan con un terminal hembra... [Seguir leyendo]

1. Conector eléctrico (40) que comprende:

un terminal de contacto principal (12) que incluye medios para la conexión del terminal de contacto principal a un conductor eléctrico; un terminal de contacto auxiliar (16); y un elemento resistivo (6) que conecta el terminal de contacto auxiliar (16) al terminal de contacto principal (12), de tal manera que la corriente que pasa a través del terminal de contacto auxiliar (16) también pasa a través del terminal de contacto principal (12) y el elemento resistivo, estando el elemento resistivo caracterizado porque un aumento en la resistencia eléctrica del elemento resistivo retarda una corriente de entrada a través del elemento resistivo, de modo que el elemento resistivo conduce una corriente aproximadamente igual a la corriente de entrada durante un período de tiempo que se denomina tiempo de activación; el conector eléctrico está configurando para desconectar el terminal de contacto principal de un terminal eléctrico de acoplamiento (32) en un conector eléctrico (50) de acoplamitneo antes de la desconexión del terminal de contacto auxiliar desde un terminal eléctrico de acoplamiento (36) en el conector eléctrico de acoplamiento, siendo el tiempo para desconectar el terminal de contacto principal en una distancia suficiente de manera que no se puede sostener un arco eléctrico que comprende un tiempo de desconexión, siendo el tiempo de desconexión menor que el tiempo de activación, de modo que se evita el arco al desconectar el terminal de contacto principal.

2. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que el terminal de contacto principal lleva a una corriente mayor cuando se conecta al conector eléctrico de acoplamiento que lleva los terminales de contacto auxiliar cuando tanto los terminales de contacto principal y auxiliar están conectados al conector eléctrico de acoplamiento.

3. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que el terminal de contacto auxiliar se desconecta de una terminal eléctrico de acoplamiento después de un intervalo de tiempo finito desde la desconexión del terminal de contacto principal, siendo el intervalo de tiempo finito suficiente largo para que la resistencia en el elemento resistivo aumente lo suficiente para reducir la corriente a través del terminal de contacto auxiliar por debajo de un umbral de arco, de modo que el arco no se produce cuando se desconecta del terminal de contacto auxiliar.

4. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que el elemento resistivo comprende un elemento de resistencia de coeficiente de temperatura positivo, estando el elemento resistivo caracterizado por un tiempo de activación finito para conmutar desde un primer estado de resistencia relativamente baja a un segundo estado de resistencia relativamente mayor.

5. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que el terminal de contacto principal se puede separar del contacto de acoplamiento antes de que el terminal de contacto auxiliar se desconecte de un circuito que incluye el contacto de acoplamiento en la desconexión del terminal de contacto principal del contacto de acoplamiento y antes de la desconexión del terminal de contacto auxiliar del circuito, de manera que tanto el terminal de contacto principal como el terminal de contacto auxiliar se pueden desconectar sin arco.

6. Conector eléctrico según la reivindicación 4, en el que el terminal de contacto principal comprende una ruta eléctrica de resistencia menor que una ruta eléctrica a través del terminal de contacto auxiliar y la resistencia de coeficiente de temperatura positivo, de modo que se produce un rápido aumento de la corriente a través de la resistencia de coeficiente de temperatura positivo y el terminal de contacto auxiliar después de que el terminal de contacto principal se separa del contacto de acoplamiento.

7. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que el elemento resistivo se caracteriza por un mayor índice de cambio de la resistencia eléctrica en respuesta a un cambio en la temperatura del terminal de contacto auxiliar;

estando el terminal de contacto principal y el terminal de contacto auxiliar configurados de modo que durante el desacoplamiento, el terminal de contacto principal se desacopla de los medios del terminal de acoplamiento antes de que el terminal de contacto auxiliar se desacople de los medios del terminal de contacto de acoplamiento, de manera que la corriente que fluye a través del elemento resistivo y el terminal de contacto auxiliar disminuye entre el desacoplamiento del terminal de contacto principal y el desacoplamiento del terminal de contacto auxiliar para limitar la formación de arcos cuando el terminal eléctrico se desacopla del terminal de contacto de acoplamiento.

8. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que la corriente a través del elemento resistivo y el terminal de contacto auxiliar aumenta inicialmente cuando el terminal de contacto principal se desacopla del terminal de contacto de acoplamiento.

9. Conector eléctrico según la reivindicación 1, en el que el conector eléctrico está configurado de manera que, cuando el conector eléctrico se desacopla del conector eléctrico de acoplamiento, los medios de contacto principal se desconectan de los medios del terminal de acoplamiento en el conector eléctrico de acoplamiento antes de la desconexión de los medios de contacto auxiliar y los medios de terminal de acoplamiento, de manera que una ruta de corriente a través de los medios de contacto auxiliar y los medios resistivos a los medios de terminal de acoplamiento permanecen intactos después de la desconexión de los medios de contacto principal desde los medios

de terminal de acoplamiento;

la resistencia a través de los medios resistivos y los medios de contacto auxiliar son mayores cuando los medios de contacto auxiliar se desconectan de los medios de terminal de acoplamiento cuando los medios de contacto principal se desconectan de los medios de terminal de acoplamiento, de manera que el arco no se produce cuando los medios de contacto principal y los medios de contacto auxiliar se desconectan secuencialmente de los medios de terminal de acoplamiento.