SUR CATENAIRE

La présente invention concerne les dispositifs de prise de courant électrique pour un véhicule électrique apte à se déplacer sur un sol, à partir d'une caténaire située dans un plan sensiblement parallèle au sol et à une distance de ce sol supérieure à la hauteur maximale du véhicule quand il roule sur le sol.

Le dispositif selon l'invention trouve un intérêt particulièrement intéressant pour les véhicules routiers ou ferroviaires, essentiellement les véhicules de type "trolleybus".

Il y a manifestement aujourd'hui, notamment à cause de la raréfaction des sources d'énergie, un intérêt pour les véhicules routiers de type "trolleybus" munis de pneumatiques et alimentés en énergie électrique à partir généralement d'une paire de lignes de contact ou caténaires par l'intermédiaire de deux perches munies à leur extrémité haute- d'un réceptacle en forme de cuvette allongée bordée de flancs nomήfféê "tête de perche", connu des hommes du métier sous le nom de "archet". Ce dernier présente l'avantage d'assurer à la fois le guidage mécanique de la perche par rapport à la caténaire et la captation du courant électrique. Cependant, le frotteur en carbone qu'il comporte présente l'inconvénient d'user très rapidement car sa surface de contact avec la caténaire est très petite. De plus, même si le véhicule se déplace à faible vitesse, la tête de perche est susceptible de dérailler sous l'effet des soubresauts provoqués par exemple par les imperfections de la chaussée et à cause des forces de guidage de faible intensité.

En outre, la continuité du guidage de l'archet, même lors du franchissement des intersections, impose la mise en place d'aiguillages aériens très lourds et très délicats à traverser. Des tentatives réussies ont été faites pour "empercher" les archets grâce à des systèmes de type "entonnoirs" fixés en des points particuliers du parcours qu'il faut franchir à très basse vitesse. Enfin, les perches classiques pour ce type de véhicule ont une longueur d'environ six mètres. Elles peuvent donc faire des intrusions dans le gabarit des voies de circulation attenantes et provoquer des accrochages avec les éléments voisins, par exemple des camions, des immeubles, etc..

Le problème de l'emperchage des archets n'est donc toujours pas réellement résolu, ce qui crée un frein au développement de ce type de transport. Sinon, il aurait certainement eu un développement beaucoup plus important que celui dont il bénéficie à ce jour.

Ce système d'emperchage bien connu depuis fort longtemps, notamment par le US-A- 5 124 510 et le FR-A- 2 540 801 , ne peut donc pas convenir pour un véhicule appelé à parcourir des distances de l'ordre, par exemple, de plus de mille kilomètres par jour à une vitesse de l'ordre de plus de cent kilomètres par heure.

Or ₁ ces performances sont indispensables pour ce type de véhicule s'il est appelé à se déplacer sur des voies de circulation dénommées

"autoroutes électriques" par les hommes du métier dans le domaine et qui sont en cours d'étude pour un développement dans les tous prochains jours.

On connaît aussi les mobiles ferroviaires qui sont alimentés par un pantographe surmonté d'un support tactile ou archet transversal. Actuellement celui-ci se déplace uniquement dans le plan vertical et est suffisamment large pour ne pas courir le risque de quitter la caténaire. L'encombrement transversal de cet archet n'est pas un réel inconvénient pour les trains circulants à basse vitesse. En revanche, la résistance aérodynamique présentée par ce type d'archet, relativement importante, peut être rédhibitoire pour l'obtention de très hautes vitesses. La traînée aérodynamique du pantographe peut dépasser dix pour cent de la traînée totale et la portance, difficilement contrôlable en zone tourbillonnaire, peut faire varier la pression de contact entre l'archet et la caténaire, dans de grandes proportions.

Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de réaliser un dispositif

^" de prise de courant électrique pour un véhicule électrique apte à se déplacer sur un sol, à partir d'une caténaire située dans un plan sensiblement parallèle au sol et à une distance de ce sol supérieure à la hauteur maximale du véhicule quand il roule sur le sol, qui pallie en grande partie les inconvénients exposés ci-avant des dispositifs connus dans le domaine et qui réponde aussi aux impératifs inhérents à l'utilisation de ce type de véhicule.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif pour relier un véhicule électrique à une caténaire et permettre l'alimentation en électricité de ce véhicule à partir du courant électrique passant dans la caténaire, ledit véhicule étant apte à se déplacer sur un sol et ladite caténaire étant située dans un premier plan sensiblement parallèle au dit sol à une distance de ce sol supérieure à la hauteur maximale du dit véhicule quand il roule sur le sol, tel que défini dans la revendication 1 annexée.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels :

La figure 1 est un schéma bloc d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, pour prise de courant électrique sur une caténaire pour alimenter un véhicule électrique,

La figure 2 est une vue en perspective cavalière, sous forme relativement simplifiée, d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention en accord avec le schéma bloc représenté sur la figure 1 , et

La figure 3 est un schéma bloc d'un mode de réalisation de certains moyens constitutifs du dispositif selon l'invention en accord avec les représentations selon les figures 1 et 2.

Le dispositif selon l'invention concerne un dispositif pour relier un véhicule électrique 1, de type trolleybus ou analogue, à au moins une caténaire 3 (généralement deux quand le véhicule est monté sur des moyens de roulement isolés électriquement) et permettre l'alimentation en électricité de ce véhicule à partir du courant électrique passant dans cette caténaire, ce véhicule étant apte à se déplacer sur un sol 2, qui est considéré pour la présente description comme sensiblement défini par une surface assimilable à une surface horizontale, et la caténaire 3 étant située dans un premier plan 4 sensiblement parallèle au sol à une distance de ce sol supérieure à la hauteur maximale du véhicule quand, bien entendu, il roule sur ce sol.

Le dispositif selon l'invention comporte une première platine 10, comme une plaque ou analogue, figure 2, des premiers moyens commandables 11 pour déplacer la première platine 10 parallèlement à elle- même par rapport au véhicule et dans un deuxième plan 12 sensiblement parallèle au premier plan 4, un pivot 20, des moyens 21 pour monter le pivot 20 en rotation sur la première platine 10 autour d'un premier axe 22 sensiblement perpendiculaire au deuxième plan 12, des deuxième moyens commandables 23 pour faire pivoter le pivot 20 par rapport à la première platine 10 autour de ce premier axe 22, une seconde platine 30, et des troisièmes moyens commandables 31 pour déplacer la seconde platine 30 parallèlement à elle-même par rapport au pivot 20 et dans un troisième plan 33 contenant le premier axe 22.

Le dispositif comporte en outre un archet 40 comportant une piste de prise de courant électrique 41 apte à frotter sur la caténaire 3, et des moyens 42 pour monter l'archet 40 sur la seconde platine 30 de façon que la piste de prise de courant électrique 41 soit avantageusement sensiblement parallèle aux premier et deuxième plans 4, 12 définis ci-dessus.

Selon une réalisation préférentielle, ces moyens 42 sont essentiellement constitués, comme schématiquement illustré, par un plongeur cylindrique dont une extrémité est solidaire fixement de l'archet 40 de façon que l'archet soit sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal du plongeur, et dont l'autre extrémité pénètre dans un alésage creusé dans la seconde platine 30. En outre, ce plongeur est doté d'une clavette verticale montée coulissante dans une rainure creusée dans la seconde platine 30, pour éviter la rotation de l'archet 40 par rapport à la seconde platine 30.

Il est en outre avantageusement prévu, entre le fond de l'alésage et l'extrémité pénétrante du plongeur, un élément élastique en compression, schématiquement illustré sur la figure 2, qui assure en souplesse le contact de l'archet 40 avec la caténaire, par le dessous de celle-ci, figures 1 à 3.

Comme illustré sur la figure 2, les premiers et troisièmes moyens commandables 11, 31 pour déplacer respectivement la première platine et la seconde platine 10, 30 comportent au moins deux bras 13-14, 34-35 dont deux extrémités sont associées en rotation à la première platine 10 et à la seconde platine 30, et dont les deux autres extrémités sont liées en rotation à l'élément par rapport auquel les première et seconde platines doivent être respectivement déplacées, à savoir le véhicule 1 et le pivot 20, de façon que les quatre extrémités des deux bras soient situées aux sommets d'un parallélogramme et que les deux bras 13-14, 34-35 forment de façon connue en elle-même un parallélogramme déformable.

Dans le mode de réalisation illustré, les deux bras 13, 14 des premiers moyens commandables 11 pivotent autour d'axes sensiblement perpendiculaires au plan 4, c'est-à-dire sensiblement verticaux, tandis que les deux bras 34, 35 des seconds moyens commandables 31 pivotent autour d'axes sensiblement parallèles au plan 4, c'est-à-dire sensiblement horizontaux.

Sur les figures, dans l'ensemble de ces deux paires de deux bras

13-14, 34-35, un dans chaque paire est celui qui assure essentiellement la transmission des efforts de déplacement respectivement des deux platines

10, 30. En se référant à la figure 2, le bras 13 relatif aux premiers moyens

11, dit "bras orienteur", a pour fonction de pré-positionner la platine 10 par rapport à la caténaire comme il sera décrit ci-après, tandis que le bras 34 relatif aux seconds moyens 31 , dit "mini perche", a pour fonction de positionner l'archet 40 au contact de la caténaire 3.

Le dispositif comporte en outre des quatrièmes moyens commandables 15, 36 pour appliquer une force sur l'un des deux bras 13-14, 34-35.

Selon une réalisation préférentielle, ces quatrièmes moyens commandables 15, 36 sont constitués par un premier vérin 16, 37 et des moyens de commande 50 du vérin. Ces moyens de commande de vérin 50 peuvent comporter très schématiquement une source de fluide sous pression associée à une centrale électronique de traitement. Ces derniers éléments étant du domaine de l'homme du métier, ils ne seront pas plus amplement décrits ici, dans l'unique souci de simplifier la présente description. II est précisé que, par "vérin", au sens de la présente description, il est compris tout moyen permettant d'engendrer deux forces opposées, divergentes ou convergentes, quel que soit le type d'alimentation en énergie de ce moyen, électrique, fluidique sous pression, magnétique, etc.

A titre d'exemple, sur les figures, ces moyens de vérin sont de type pneumatique ou hydraulique et, façon conventionnelle, comprennent un cylindre et une tige-piston montée coulissante dans le cylindre. L'homme du métier saura choisir le type de vérin qui conviendra en fonction des situations et des objectifs à atteindre, et il n'est donc pas nécessaire de développer ici plus amplement la structure de ces moyens de vérin, par simple souci de simplifier la présente description.

De façon avantageuse, la rotation du bras orienteur 13 est commandée par le vérin 16 qui est un vérin hydraulique, tandis que la rotation de la mini perche 34 est commandée par le vérin 37 qui est un vérin pneumatique. En outre, la mini perche est relativement courte par rapport au bras orienteur 13. De ce fait, son inertie est faible, ce qui est plus favorable au bon suivi de la caténaire 3. Cette géométrie de positionnement des deux platines 10, 30 respectivement par le bras orienteur 13 et la mini perche 34, permet d'avoir une grande envergure pour la captation du courant sur la caténaire 3, tout en maintenant l'ensemble hors de portée des immeubles et autres objets voisins et en restant inscrit dans le gabarit du véhicule 1.

Le dispositif comporte en outre, de façon tout à fait préférentielle, des moyens 60 pour déterminer la position relative de l'archet 40 par rapport à la caténaire 3 quand sa piste de prise de courant électrique 41 est au contact avec elle, en au moins un point de contact 63, ces moyens 60 pour déterminer la position de l'archet étant aptes à délivrer un premier signal fonction de cette position relative, et un organe de traitement 61 apte à recevoir ce premier signal et à élaborer un second signal de commande des deuxièmes moyens commandables 23 pour faire pivoter le pivot 20 de façon que la partie sensiblement médiane de la piste de prise de courant électrique 41 se maintienne constamment au contact de la caténaire 3, et ce, quelle que soit la trajectoire du véhicule 1, du moins dans certaines limites acceptables, pour éviter le risque qu'il ne soit plus alimenté en énergie électrique.

Les moyens 60 pour déterminer la position de l'archet 40 par rapport à la caténaire 3 quand il est à son contact par la piste de prise de courant 41 peuvent être réalisés de différentes façons, avantageusement selon l'un des deux modes de réalisation ci-dessous :

Selon un premier mode de réalisation, ces moyens 60 comportent des moyens 69 pour déterminer, par rapport à au moins l'une des extrémités 64, 65 de la piste de prise de courant électrique 41, la position du point 63 de cette piste sur lequel est concentré le maximum de courant électrique provenant de la caténaire, ces moyens étant aptes à délivrer le premier signal défini ci-dessus en fonction de la position de ce point 63.

La figure 3, illustre de façon schématique, une première mise en œuvre possible de ces moyens 69. Selon cette réalisation, ils comportent schématiquement une pluralité de connecteurs linéaires, tous reliés par une de leurs extrémités à des points discrets de la piste 41 et par leurs autres extrémités à une ligne électriquement conductrice unique reliant tous ces connecteurs au véhicule électrique pour alimenter par exemple son moteur (représenté schématiquement en Mo sur la figure 3). Sur chaque connecteur est placé un mesureur de courant comme une bobine dont les sorties sont reliées à un comparateur. Ce comparateur est agencé pour délivrer à sa sortie un signal, à savoir le premier signal, représentatif du connecteur qui est parcouru par le courant électrique qui a la plus grande valeur, et donc de la position du point 63 par rapport aux extrémités 64,65 de la piste 41.

Avec ce mode de réalisation, il peut être avantageux, par sécurité, de prévoir deux butées de fin de course respectivement aux deux extrémités de la piste de prise de courant 41 , comme évoqué en traits interrompus sur la figure 3.

Selon un second mode de réalisation, les moyens 60 comportent au moins un capteur optique de distance 66, 67, figure 2, situé à une extrémité 64, 65 de la piste de prise de courant électrique 41 (avantageusement deux situés respectivement aux deux extrémités 64, 65 pour pouvoir utiliser la méthode dite "différentielle"), ce capteur optique de distance étant apte à délivrer, à sa sortie, le premier signal. Un tel capteur est connu en lui-même. Il comporte un générateur laser, généralement une diode laser associée à une cellule photosensible de réception de la lumière réfléchie sur la caténaire 3. Le capteur donne en sortie un signal représentatif de sa distance le séparant de la caténaire et donc du point de contact 63. Avec cette réalisation les deux capteurs peuvent en outre avoir une fonction de butée.

Selon une réalisation préférée, les deuxièmes moyens commandables 23 pour faire pivoter le pivot 20 par rapport à la première platine 20 autour du premier axe 22, comme défini ci-avant, comportent au moins un levier 24 dont une première extrémité est solidaire du pivot 20 et dont l'autre extrémité est en déport de ce même pivot, un second vérin 25, comme ceux définis précédemment, dont les deux extrémités sont connectées en rotation libre, respectivement à un premier point du levier 24 non situé sur le premier axe 22 et à un second point de la première platine 10 non situé sur le premier axe 22 et non confondu avec le premier point, et des moyens de commande de ce second vérin 25. Ces moyens de commande de ce second vérin 25 sont du même type que les moyens de commande 50 définis précédemment et peuvent donc être, comme illustré sur les figures 1 et 3, couplés avec eux.

Comme illustré sur la figure 2, peuvent aussi être prévus des moyens de stabilisation de la rotation du levier 24, comme les moyens 124 illustrés sur cette figure 2.

Selon une réalisation particulièrement avantageuse, le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens 70 pour déterminer la position relative de l'archet 40 par rapport à la caténaire 3, quand cet archet n'est pas au contact de la caténaire 3 par sa piste de prise de courant 41.

Ces derniers moyens 70 peuvent être réalisés de différentes façons. Cependant, il comportent de préférence des moyens pour déterminer la position du véhicule 1 par rapport à la caténaire 3 et des moyens pour déterminer la position de la seconde platine 30 par rapport au véhicule 1 , la connaissance de ces deux paramètres permettant, par simple calcul, de déterminer la position relative de l'archet 40 par rapport à la caténaire 3 et donc d'agir sur l'ensemble du dispositif pour amener l'archet 40 au droit de la caténaire de façon, non pas manuelle, mais automatique.

Les moyens pour déterminer la position du véhicule 1 par rapport à la caténaire 3 sont avantageusement réalisés selon l'un des deux modes de réalisation i, ii suivants :

• (i) Selon un premier mode de réalisation, ils comportent au moins deux émetteurs lasers à balayage 71, 72 (avantageusement trois si cela est nécessaire, par exemple pour le cas de véhicules destinés à se déplacer dans un angle de propagation relativement large) montés en coopération avec le véhicule 1 en des points non confondus de ce dernier, ces deux émetteurs lasers étant agencés de façon que le pinceau de leur faisceau lumineux respectif 73, 74 se reflète sur la caténaire 3, et des moyens pour déduire, par la méthode de triangulation au moyen des faisceaux réfléchis sur la caténaire 3, la position du véhicule par rapport à la caténaire.

• (ii) Selon un second mode de réalisation, ils comportent au moins une caméra de stéréovision montée en coopération avec le véhicule 1 et un organe de traitement apte à traiter les images délivrées par la caméra de stéréovision pour déterminer la position du véhicule par rapport à la caténaire.

Les deux modes de réalisation (i) et (ii) ci-dessus sont connus en eux- mêmes et ne seront pas plus amplement décrits ici, dans le seul but de ne pas surcharger la présente description.

Il est précisé que, soit les deux émetteurs lasers à balayage, soit la caméra de stéréovision (qui comporte, comme connu en elle-même, au moins deux moyens de prise de vue pour obtenir le relief) sont montés en coopération de façon directe sur le véhicule 1 , comme illustré sur la figure 2, ou de façon indirecte en étant montés par exemple sur l'une des deux platines 10, 20 quand le dispositif comporte, comme décrit ci-après, des moyens pour déterminer la position de ces platines par rapport au véhicule.

Selon un mode de réalisation possible, ces moyens pour déterminer la position des deux platines 10, 30 par rapport au véhicule 1 comportent des moyens de codage angulaire montés en coopération avec au moins un bras 13-14, 34-35 de chacun des deux parallélogrammes déformables associés respectivement aux deux platines 10, 30 et avec les deuxièmes moyens commandables 23.

Il est nécessaire de préciser que, par "codeur angulaire" au sens de la présente description, il est compris tout moyen qui permet, de façon directe ou indirecte, de déterminer la position angulaire d'un corps quelconque par rapport à un autre. Un tel codeur angulaire peut être constitué de l'un de ceux qui sont proposés sur le marché sous ce vocable.

Mais il peut aussi être constitué de beaucoup d'autres façons. Comme illustré sur les figures annexées, il peut être constitué d'un système permettant de déterminer la longueur de déplacement d'une tige de vérin par rapport à son cylindre.

Connaissant la topologie relative aux points de liaison des vérins respectivement avec les platines et les bras de commande, la longueur de ces bras, etc., il est possible de déterminer la position de la platine 10 par rapport au véhicule 1, du pivot 20 par rapport à la platine 10 et de la platine

30 par rapport au pivot 20, et donc en finale la position de la platine 30 par rapport au véhicule 1.

Connaissant la position de la platine 30 par rapport au véhicule 1 et la position du véhicule 1 par rapport à la caténaire 3, il est possible, notamment par calcul au moyen de l'organe de traitement 61, par exemple de type informatique à microprocesseur, de déduire la position de l'archet 40 par rapport à la caténaire 3.

Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de commande

50 des vérins 16, 36, 25 définis précédemment et l'organe de traitement 61 peuvent être combinés dans un seul organe de calcul et de commande, comme illustré sur les figures 1 et 3.

En fonction de cette information, par asservissement, il est possible de commander automatiquement les différents moyens de vérin 16, 25, 37 pour amener la piste de prise de courant 41 de l'archet 40 au contact de la caténaire, puis, grâce aux moyens 60 définis précédemment, de contrôler, toujours par asservissement, la position de l'archet 40 de façon que la partie médiane de sa piste de prise de courant 41 reste constamment au contact de la caténaire 3. Tous ces moyens concourent à ce que le véhicule soit toujours alimenté en énergie électrique, quelle que soit sa trajectoire et les incidents de parcours comme ceux mentionnés au préambule, et permettent d'atteindre les buts de l'invention définis ci-avant.

II est cependant précisé que, dans le cas général d'un véhicule comme un trolleybus ou analogue nécessitant deux polarités en l'air (deux caténaires parallèles), une autre mini perche, par exemple dite "mini perche négative", est implantée symétriquement à l'autre extrémité de la première platine 10, comme évoqué par un autre pivot représenté partiellement 220. La mini perche négative, montée en coopération avec cet autre pivot 220 peut alors être commandée en parallèle avec la mini perche positive 34 grâce à une biellette de parallélisme (non représentée).

Les mini perches positive et négative, tout en ayant une même structure, peuvent avoir des longueurs légèrement différentes afin de séparer le champ d'évolution des organes terminaux, à savoir notamment les archets positifs et négatifs. Il est aussi possible de n'utiliser dans le dispositif selon l'invention qu'une seule mini perche 34 pour les véhicules 1 circulant par exemple sur une voie ferrée.

Il est aussi possible que, en cours de fonctionnement normal, un mouvement alternatif soit superposé au positionnement central de l'archet 41 précédemment décrit, ceci afin de mieux répartir l'usure de la piste de prise de courant 41.