La présente invention se rapporte au domaine de l'alimentation électrique de mobiles, lorsqu'ils sont à l'arrêt, notamment d'un navire lorsqu'il est à quai. En effet, pour des raisons écologiques ou économiques, il est de plus en plus pertinent d'établir une possibilité d'échanger du courant entre les navires et la terre durant leurs escales, soit pour éviter la pollution de leur groupe électrogène embarqués, soit pour recharger, dans le cas de navire à propulsion électrique ou hybride, leurs capacités de stockage électrique.

Etat de la technique antérieure Une première approche est d'utiliser des connecteurs manuels que l'équipage ou le personnel du port manipule pour établir la connexion, éventuellement aidées par des systèmes, tels que des grues ou des palans, pour supporter la charge des dits connecteurs et de leurs câbles. Cette approche est évidemment coûteuse en terme de main d'œuvre, génère une perte de temps et peut se révéler, dans le cas de puissances importantes, nécessitant des connecteurs et des câbles lourds et encombrants, dangereuse. Pour résoudre cette problématique, une première solution, décrite dans la demande de brevet d'invention 8906863 déposée le 25 mai 1989, porte sur l'utilisation d'un système de support du connecteur et des câbles par un portique mobile surplombant le navire et facilitant ainsi la manutention. Une seconde solution, décrite dans la demande de brevet d'invention 0902725 déposé le 5 juin 2019, porte sur l'utilisation, coté navire, d'un système de levage et du guidage du connecteur surplombant le quai, cette fois-ci complètement mécanisée. Cette approche supprime une manutention directe des connecteurs et des câbles par l'équipage mais requiert des mécanismes de guidage et de protection des contacts, coté connecteur et embases, complexes et donc à la fois coûteux, volumineux et peu fiables.

On pourra utilement, pour comprendre l'état de l'art dans ce domaine, se reporter à l'article « Courant de quai : la fête d'Ampère » paru dans la revue « Navires et marine marchande » en juillet 2013. L'objet de la présente demande est donc de présenter une solution innovante pour réduire la taille et la complexité des systèmes de connexion entre un mobile et le réseau fixe.

Exposé de l'invention

La figure 1 présente les principaux composants de la solution proposée :

d'un côté, un guindeau (1) muni d'une chaîne (2), ou alternativement, un câble, au bout de laquelle se trouve une tige navette (3) traversant une embase (4) comportant les contacts (5) nécessaires à l'échange de courant, relié aux câbles de puissance (6) ;

de l'autre un connecteur (7) muni :

d'un jeu de contacts (8) et de câbles (9) de puissance correspondants à ceux de l'embase (4) ;

d'un système de guidage et de verrouillage (10) de la tige navette (3) ; un panier (11) recevant le connecteur (7) lorsqu'il n'est pas utilisé.

On voit que, par cet arrangement, pour peu que des moyens de guidage soient mis en place pour aligner, les uns en face des autres, les contacts respectifs de l'embase et du connecteur, il suffit, une fois la tige navette verrouillée avec le connecteur, de la hisser vers l'embase pour assurer la connexion.

La figure 2 présente, sous la forme d'une vue en coupe, les principales caractéristiques internes d'un connecteur conçu suivant l'invention proposée, dans le cas d'un échange de puissance utilisant du courant triphasé nécessitant trois contacts de puissance (on notera que ce nombre n'est choisi qu'à titre d'exemple, et que suivant le besoin, l'invention proposée pourra s'appliquer à un nombre différent de contacts) .

Ce connecteur est de géométrie sensiblement cylindrique autour de l'axe (12) et est principalement constitué :

- d'un flasque circulaire supérieur (13) recevant trois contacts (14) (que nous avons représentés ici, à titre d'exemple, comme des contacts femelles) entourés d'isolants (15) et reliés à trois câbles (16), correspondants aux trois phases utilisées, dans cette exemple, pour échanger la puissance entre le navire et le quai ;

d'un moyeu central (17) , relié mécanique au flasque supérieur (13) , percé d'une cavité circulaire (18) dans lequel peut s'introduire, avec un jeu réduit, la tige navette (3), qui présente, elle aussi, une géométrie cylindrique autour de l'axe (12) ;

d'un système de mâchoires (19) pivotant autour d'axes (20) , axes mécaniquement solidaires du moyeu (17) et dont la rotation est commandée par un actionneur (21) via un poussoir (22) ;

d'un flasque inférieur (23) relié mécaniquement au flasque supérieur (13) via une pluralité d' entretoises (24), supportant l'actionneur (21) et via les presse étoupe (25) les câbles (16) ;

d'un capot (26) , de forme sensiblement conique, protégeant l'ensemble de ces mécanismes ;

d'un couvercle (27) muni de trois ouvertures (28) correspondantes aux contacts (14) tournant autour de l'axe (12) au-dessus du flasque supérieur (13) ;

d'ergots (29) permettant d'imprimer un couple de rotation à l'ensemble du connecteur autour de l'axe (12) .

Moyennant toutes ces dispositions, le guidage et le verrouillage de la tige navette (3) dans le connecteur pourra s'effectuer de la manière suivante lorsque celle-ci est descendue, suspendue à la chaîne (2), à l'aide du guindeau (1), le long de l'axe (12), vers la cavité (18) du moyeu (17), l'entrée de la tige navette (3) dans cette cavité étant facilitée par le fait que la partie inférieure de la tige navette présente, en (30) , une forme sensiblement conique, alors que le moyeu (17) et le couvercle (27) présente en (31) une forme d'entonnoir.

Lorsque la tige navette (3) est engagée dans la cavité (18) elle peut descendre jusqu'à ce que sa partie inférieure soit au niveau des mâchoires (19) . Pour permettre le verrouillage de la tige navette par les mâchoires (19) , la partie inférieure de la tige navette comprend un évidement (32) présentant en (33) une face d'appui pour ces mâchoires. De même, les faces inférieures des cavités (34) recevant, dans le moyeu (17) , les mâchoires (19) présentent, en (35), des faces d'appui pour celles-ci, placées de l'autre côté des axes (20). On comprendra alors que, une fois qu'elle a été engagée dans les mâchoires (19) la tige navette (3), lorsqu'on la soulèvera, fera porter les mâchoires (19) à la fois sur les faces d'appuis (33) et (35) et soulèvera via les axes (20) l'ensemble du connecteur, par blocage des mâchoires (19) sur les faces d'appuis (33) et (35), tout en assurant un alignement de la tige navette (3) et du connecteur (7) le long de l'axe (12) .

Pour déverrouiller la tige navette (3) du connecteur (7) on comprendra qu'il suffit d'utiliser l'actionneur (21) pour soulever via le poussoir (22) les mâchoires (19) dans une position, représentée en pointillés sur la figure, permettant de libérer la tige navette et de la lever hors du connecteur.

La figure 3 représente, toujours en coupe, l'engagement de la tige navette (3) dans l'embase. Celle-ci est composée principalement :

d'un flasque (36) traversé, en son centre, par un écubier (37) , qui présente un jeu réduit avec la tige navette (3) de façon à aligner, sur le même axe (12), l'embase (4) et le connecteur (7) ;

de trois contacts (38) (que nous avons représentés ici , à titre d'exemple, comme des contacts mâles) , entourés d'isolants (39) et reliés à trois câbles (40) correspondants aux trois phases utilisées, à titre d'exemple, pour échanger la puissance entre le navire et le quai ;

à sa périphérie d'une jupe de géométrie sensiblement cylindrique (41) , ayant un diamètre supérieur au diamètre extérieur du couvercle (27) , qui est munie de deux découpes en forme d'entonnoir (42) dans lesquelles, lors de la monté du connecteur (7) vers l'embase (4) les ergots (29) vont s'engager, à jeu progressivement réduit, de façon à aligner, sur un même axe (43), là aussi à jeu réduit, chacun des contacts (38) de l'embase avec le contact (14) correspondant du connecteur (7) .

On comprendra aisément que, grâce à cet arrangement :

lorsque la tige navette remonte le connecteur (7) et s'engage, tout d'abord, à jeu progressivement réduit, dans l'écubier (37), dans l'embase (4), celui se trouve progressivement aligné sur le même axe (12) que

1 ' embase,

puis, lorsque les ergots (29) rencontrent les découpes (42) dans la jupe (41) , celui-ci se trouve mis en rotation de façon que chacune des paires de contacts (38) et (14) se trouvent progressivement alignés, les uns par rapport aux autres, le long des axes (43) ;

lorsque la partie supérieure du couvercle (27) du connecteur bute, via la surface d'appui (44), contre la face inférieure du flasque (36) de l'embase, les 3 paires de contacts se trouvent engagées, à jeu réduit, les uns dans les autres, permettant l'échange de courant, comme illustré Figure 4.

Les Figures 5a et 5b représentent une vue de dessus du connecteur lorsque le couvercle est respectivement ouvert ou fermé.

Cette ouverture ou fermeture du couvercle se fait par simple rotation de celui-ci autour de l'axe (12) par rapport au connecteur (7) . Figure 5a, les ouvertures (28) sont alignées avec les contacts (14) permettant la connexion. Figure 5b, le couvercle a été mis en rotation (ici à titre d'exemple, d'une trentaine de degré dans le sens horaire, par exemple via un ressort de rappel non représenté ici, par soucis de simplification) par rapport au connecteur (7) . Les ouvertures (28) se trouvent alors dégagées des contacts (14) et ceux-ci sont masqués par le couvercle (27) . Cette mise en rotation du couvercle (27) par rapport au connecteur est réalisée par le biais d'une paire d'ergots (45) fixés à la périphérie du couvercle (27) . Ces deux ergots (45) correspondent à deux ouvertures (46) en forme d'entonnoir dans la jupe (41) de l'embase (4). La figure 6 présente une demi-vue développée de cette jupe (41) ne comprenant, par soucis de simplification, que l'une des deux ouvertures (42) et (46) ainsi qu'un exemple des trajectoires (47) et (48) empruntées, respectivement, par les ergots (29) et (45) lorsque le connecteur (7) est hissé vers l'embase (4) : dans un premier temps, ni les ergots (29) ni les ergots (45) ne sont en contacts avec la jupe (41) et le couvercle (27) et le connecteur (7) sont libre en rotation, les ergots (41) et (45) se déplace alors en parallèle les uns des autres, le couvercle (27) restant fermé du fait par exemple du fait du ressort de rappel mentionné plus haut ;

puis en (49) l'ergot (29) rencontre l'arête (50) de l'ouverture (42) et, glissant le long de cette arrête, oriente progressivement le connecteur en rotation autour de l'axe (12), jusqu'à pénétrer, à jeu réduit, dans l'encoche verticale (51) garantissant ainsi l'alignement de chaque paire de contact (14) et (38) le long de leur axe (43) respectif ;

en ce qui concerne l'ergot (45), celui-ci reste libre jusqu'au point (52) ou il rencontre l'arête (53) de l'ouverture (46), et glissant le long de cette arrête, force la rotation du couvercle (27) par rapport au connecteur (7) jusqu'à ce que celui-ci lorsque l'ergot (45) atteint le point (54) , soit complètement ouvert, puis le maintient, en pénétrant, à jeu réduit, dans l'encoche verticale (55), dans cette position, permettant ainsi aux contacts (38) de passer dans les ouvertures (28) du couvercle (27) puis de s'engager dans les contacts (14) du connecteur (7) , permettant ainsi

1 ' échange du courant .

On notera qu'ainsi, quelle que soit la position angulaire initiale de l'ergot (29) dans la zone angulaire (54), dont l'amplitude sera, typiquement, de l'ordre d'une soixantaine de degrés, le connecteur se trouvera, lors de sa monté vers l'embase (4) progressivement orienté angulairement à jeu réduit (typiquement quelque degré) permettant l'alignement des différents contacts, tandis que l'ergot (45) lorsqu'il rencontrera l'ouverture (46) assurera l'ouverture du couvercle (27) .

Pour assurer ce pré-positionnement angulaire du connecteur dans la zone (54) , on pourra, par exemple, utiliser la raideur de la nappe formée par les câbles (9) pour exercer sur le connecteur (7) un couple de rappel autour d'une position angulaire moyenne centrée sur l'ouverture (42) .

Pour assurer la qualité de la connexion entre les 3 paires de contacts (14) et (38) , on notera que comme représenté Figure 7, les matières isolantes (15) et (39) seront avantageusement choisies dans des matériaux élastiques, du type caoutchouc, ce qui évitera l'apparition d'un éventuel hyper statisme entre la tige navette (3) , l'embase (4) et le connecteur (7) lorsque que tous ces éléments sont mécaniquement engagés les unes dans les autres. De plus, on notera que la géométrie de l'isolant (15) du contact (14) se caractérise par le fait d'avoir une géométrie sensiblement cylindrique, avec, en (55) une forme sensiblement conique et concave, alors que l'isolant (39) du contact (38) présente en (56) une géométrie identique, mais convexe. On voit donc que lors de l'accostage du connecteur (7) avec l'embase (4) les faces (57) et (58) des isolants vont progressivement s'engager l'une dans l'autre, participant à l'auto alignement final, et indépendant, des trois paires de contacts (14) et (38) .

Pour compenser un éventuel désalignement entre les 3 paires de contacts, la tige navette et l'embase, on pourra, éventuellement, voir Figure 7, monter les isolants (39) des contacts (38) , sur une bride flottante (62) qui sera guidée par une série de vis (63) avec un jeu (65) , des ressorts (64) comprimant cette bride contre le flasque (36). On voit qu'ainsi, chaque contacts (38) pourra s'auto aligner avec le contact (14) grâce au jeu (65) , alors que les ressorts (64) forceront leur engagement dans les contacts (14) . On comprendra que ceci pourrait être appliqué, alternativement, à l'isolant (15) du contact (14) vis à vis du flasque supérieur (13) du connecteur (7) .

Enfin on notera que l'isolant (15) se caractérise par la présence, en (59) d'une face qui se situe :

à une hauteur sensiblement supérieure à celle de la face inférieure (60) du couvercle (27) ;

sensiblement au-dessus de la face supérieure (61) du contact (14) .

Par ce biais, lorsque le couvercle (27) est fermé, la face (59) de l'isolant (15), du fait de son élasticité, frottera conte la face (60) du couvercle (27) protégeant ainsi le contact (14) d'éventuels contaminants tels que l'humidité ou les poussières.

La Figure 8 présente un exemple de mise en œuvre de l'invention dans le cas de l'alimentation d'un navire (66) lorsqu'il est accosté à un quai (67), caractérisé en ce que : Coté quai, l'embase (4) et le guindeau (1) sont suspendus à une flèche (68) pouvant se déplacer à la fois, horizontalement, le long de l'axe Y perpendiculaire à l'axe X du navire, et, verticalement, le long d'un mat (69) fixé sur le quai (67) .

Coté navire, le panier (11) recevant le connecteur (7) se déplace, horizontalement, le long de l'axe X.

De par cet arrangement, lorsque le navire (66) se présente le long du quai (67) , il est possible de déplacer le panier (11) , la flèche ( 68) peuvent être déplacer selon, respectivement l'axe X et les axes Y et Z pour aligner l'embase (4) et le guindeau (1) au-dessus du panier (11) , pour permettre, en descendant la chaîne (2) , d'engager la tige navette (3) dans le connecteur (7) et le hisser vers l'embase (4) jusqu'à établir la connexion entre le navire (66) et le quai (67) , coté navire, les câbles (9) et la boite de connexion (70) et, côté quai, via les câbles (6) et la boite de connexion (71) .

On notera que l'exemple de mise en œuvre de l'invention présenté Figure 8, n'est nullement limitatif, et on pourra, par exemple, considérer l'utilisation de l'invention pour :

connecter d'autre types de mobiles que des navires, par exemple des véhicules routiers ;

- connecter un mobile avec une installation fixe ou avec un autre mobile.

Typiquement, à titre d'exemple, pour une connexion de courant triphasé d'une capacité de l'ordre de 500 Ampère, le diamètre des 3 contacts (14) sera de l'ordre de 15 mm, celui des isolants (15) de l'ordre de 100 mm placé à une distance de l'ordre de 150 mm de l'axe (12), et répartis, angulairement , à environ 60° l'un de l'autre autour de cet axe. La tige navette (3) aura un diamètre de l'ordre de 80 mm, alors que le diamètre intérieur de l'écubier (37) et du moyeu (17) seront de l'ordre de 81 mm, les jeux () et () alors que le jeu (65) entre la bride (62) des contacts (39) sera de l'ordre de 2 mm.