L'invention se rapporte à un dispositif de connexion électrique pivotante à rotule sphérique, comprenant un connecteur mâle et un connecteur femelle comportant chacun au moins deux conducteurs pour courant de puissance. Le connecteur mâle comporte une tête sphérique qui présente des premiers éléments de contact associés aux conducteurs. Le connecteur femelle comporte une cavité ouverte destinée à recevoir la tête sphérique et qui présente des seconds éléments de contact associés aux conducteurs. Des moyens de maintien sont agencés pour permettre la connexion électrique pivotante en maintenant la tête sphérique dans la cavité avec une pression de contact appropriée entre les premiers et seconds éléments de contact.

Un tel dispositif est connu du document de brevet GB 381354. Les moyens de maintien sont constitués par la partie du connecteur femelle située à l'ouverture de la cavité. Le diamètre de l'ouverture de la cavité est en effet inférieur au diamètre de la tête sphérique, et le connecteur femelle est constitué de deux parties symétriques destinées à être assemblées et maintenues l'une contre l'autre par des vis une fois que la tête sphérique est mise en place. Les éléments de contact du connecteur femelle sont des billes métalliques associées à des ressorts. La tête sphérique est maintenue suffisamment proche de la paroi de la cavité pour comprimer les ressorts avec une pression de contact appropriée entre les billes et les éléments de contact du connecteur mâle.

Ce dispositif de connexion à rotule sphérique n'est visiblement pas prévu pour des courants de puissance de l'ordre de la centaine de kW ou nettement plus. En effet, les billes n'autorisent pas une surface de contact suffisante pour supporter des courants de puissance. Le dispositif n'est pas non plus prévu pour fonctionner sous une tension typiquement dans la gamme de la moyenne tension normalisée et pouvant aller par exemple de 3,3 kV à 11 kV. D'autre part, il ne permet pas une connexion rapide puisque le connecteur femelle en deux parties doit être assemblé et serré autour du connecteur mâle pour assurer la connexion. De la même façon, il ne permet pas une déconnexion rapide puisqu'il faut désassembler les deux parties du connecteur femelle en les écartant pour permettre à la tête sphérique de sortir de la cavité.

L'invention propose de réaliser un dispositif de connexion pivotante à rotule sphérique qui permette une connexion et une déconnexion rapides entre les deux connecteurs et qui soit approprié pour faire transiter des courants avec une puissance typiquement supérieure à une centaine de kW, plus particulièrement en moyenne ou haute tension normalisée mais aussi en basse tension. En particulier, l'invention propose un dispositif de connexion pivotante qui puisse être utilisé dans un ensemble de liaison électrique pour connecter à un départ d'alimentation d'un ensemble de consommation la sortie d'une centrale de production dans un contexte où cette sortie et le départ sont susceptibles d'être en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre. C'est par exemple le cas si on envisage de connecter à un terminal gazier ou pétrolier la centrale de production électrique d'un navire afin de procurer une source d'alimentation électrique pour le terminal. Un navire à quai étant généralement sujet à un mouvement relatif par rapport au quai selon trois directions, un dispositif de connexion pivotante selon l'invention permet de maintenir une connexion fiable malgré le mouvement du navire, tout en réduisant le nombre de connecteurs nécessaires par rapport aux solutions classiques consistant à multiplier des connecteurs pivotant selon un seul axe comme montré par exemple dans le document de brevet GB 1526900.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de connexion électrique pivotante tel que défini en préambule, caractérisé en ce que l'ouverture de la cavité est dimensionnée pour permettre l'introduction de la tête sphérique jusqu'au contact mutuel des premiers et seconds éléments de contact, et en ce que les moyens de maintien sont adaptés à générer une force de rapprochement tendant au rapprochement mutuel des connecteurs afin d'établir la pression de contact.

L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en rapport avec les vingt six figures annexées.

Les figures 1, 2 et 3 représentent schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de connexion électrique pivotante selon l'invention.

Sur la figure 1, le dispositif de connexion électrique pivotante à rotule sphérique selon l'invention comprend un connecteur mâle 1 qui comporte trois conducteurs de phases 2, IB, et IC, et comprend un connecteur femelle 2 comportant trois conducteurs 2 A, 2B, 2C correspondant aux mêmes phases de la source d'alimentation électrique. Bien entendu, il est possible de prévoir des conducteurs de phases supplémentaires, ou un neutre, sur chaque connecteur. Les conducteurs de phases sont dimensionnés pour faire transiter des courants avec des puissances de l'ordre de la centaine de kW ou nettement plus, et sont isolés des conducteurs voisins et des parties métalliques des connecteurs par exemple par des gaines afin d'empêcher tout court-circuit ou amorçage d'arc.

Le connecteur mâle 1 comporte une tête sphérique 10 qui présente des premiers éléments de contact 10A, 10B, et 10C associés aux conducteurs de phases IA, IB, et IC. Ces premiers éléments de contact peuvent présenter chacun une surface en portion de sphère. Le connecteur femelle 2 comporte une cavité 20 ouverte destinée à recevoir la tête sphérique 10 et qui présente des seconds éléments de contact 2OA, 2OB, et 2OC associés aux conducteurs 2 de phases 2A, 2B, et 2C. Ces seconds éléments de contact peuvent être constitués par des plots de contact affleurant à la paroi de la cavité. Toutefois, afin de permettre le passage de courants de forte puissance, il est avantageux de prévoir les seconds éléments de contact sous la forme de bandes de contacts à lamelles flexibles, par exemple du type de celles décrites dans le document de brevet EP0716474 ou d'un autre type. De préférence, la forme des lamelles est prévue pour limiter voire empêcher les phénomènes d'abrasion des lamelles contre la surface des premiers éléments de contact dans toutes les directions de pivotement du dispositif de connexion.

Des moyens de maintien 3 sont montés sur le connecteur femelle et sont agencés pour pouvoir présenter deux éléments d'appui 31 et 32 en contact mécanique avec la partie arrière de la tête sphérique 10 comme montré sur la figure 3. Ces éléments d'appui sont chacun montés sur une tige 5 apte à être déplacée en translation en étant poussée par un ressort 8 pour générer une force de rapprochement FR1 OU FR2 dirigée vers le centre de la tête sphérique 10 et tendant au rapprochement mutuel des deux connecteurs. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu deux ensembles symétriques pour les moyens de maintien 3, mais il est entendu que ces moyens peuvent comprendre trois ensembles d'appui ou plus afin par exemple d'utiliser des ressorts plus petits et des moteurs moins puissants pour le même résultat.

La commande des moyens de maintien 3 est assurée ici grâce à deux moteurs 9 par exemple identiques et disposés symétriquement. Le rotor 9A d'un moteur est relié au ressort 8 correspondant par l'intermédiaire d'une roue dentée 9B et d'une crémaillère. Les moteurs peuvent être commandés par un opérateur participant au processus de connexion des deux connecteurs 1 et 2. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 3, chaque rotor 9 A est aussi relié par une courroie à un dispositif 12 d'actionnement d'un arceau 12' sur lequel sont fixés des moyens de cloisonnement 6 consistant par exemple en une lèvre en matériau élastomère, comme visible plus précisément sur la figure 2.

Pour permettre l'introduction du connecteur 1 dans la cavité 20, une commande est envoyée aux moteurs 9 afin d'entraîner chaque tige 5 pour la rétracter dans le corps du connecteur 2, ce qui a pour effet de comprimer chaque ressort 8. Dans cette position, l'arceau 12' est aussi rétracté dans le corps du connecteur 2, et la tête sphérique 10 peut ainsi être introduite dans la cavité 20 sans entrer en contact avec la lèvre 6 fixée à l'arceau. Cet arceau 12' est par exemple en forme de demi-cercle, et il faut alors prévoir un autre arceau symétrique pouvant être actionné de la même façon par le second ensemble de commande symétrique, afin d'effectuer un cloisonnement complet de l'espace 4 compris entre la tête sphérique 10 et la paroi de la cavité 20, comme réalisé par les lèvres 6 et 6' visibles sur la figure 3.

Une fois la tête sphérique 10 introduite dans la cavité 20, une commande est envoyée à chaque moteur 9 pour diminuer progressivement le couple du rotor 9A afin de permettre d'activer les moyens de maintien 3 de la tête sphérique dans la cavité grâce à la détente progressive du ressort 8. Ceci a pour effet de translater les deux tiges 5 pour que les deux éléments d'appui 31 et 32 viennent appuyer sur la partie arrière de la tête sphérique 10. Chaque tige 5 peut être limitée dans sa course par un élément de butée 13 dont le positionnement est prévu pour correspondre à l'écrasement maximal admissible pour les seconds éléments de contact, en particulier dans le cas de contacts à lamelles afin de ne pas dépasser la limite élastique des lamelles. Les deux forces de rapprochement FR1 et FR2 étant symétriques par rapport à l'axe X du connecteur 2, la résultante est une force orientée selon cet axe et qui permet aux deux connecteurs de se rapprocher entre eux jusqu'à obtenir une pression de contact appropriée entre les premiers et seconds éléments de contact.

La rotation de chaque rotor 9A en mode de freinage a aussi pour effet de provoquer une translation de l'arceau 12' associé pour que la lèvre 6 ou 6' vienne en contact avec la tête sphérique 10 et obtenir le cloisonnement de l'espace 4. Du gaz inerte peut ainsi être introduit dans l'espace 4, par exemple via un canal 15 ménagé dans le corps du connecteur 2. A l'autre extrémité non visible du connecteur, le canal 15 est relié à un réservoir de gaz inerte. Une circulation initiale du gaz dans l'espace 4 peut être effectuée afin de chasser l'air et de garantir ainsi un gaz complètement inerte au voisinage des premiers et seconds éléments de contact, ce qui procure un dispositif de connexion pouvant fonctionner en sécurité dans une atmosphère qualifiée d'explosive comme par exemple au voisinage d'un quai de déchargement de gaz liquéfié dans un terminal gazier. Pour assurer cette circulation initiale du gaz, un canal 16 de retour de gaz peut être ménagé dans le corps du connecteur 2 pour évacuer l'air.

Les deux éléments d'appui 31 et 32 ont préférablement une surface d'appui constituée d'un matériau antifriction et résistant à l'abrasion, comme du PTFE, afin de ne pas opposer de résistance notable au pivotement relatif des deux connecteurs. Avantageusement, une collerette 14 est prévue fixée sur le connecteur 1 et est disposée de façon à limiter le débattement angulaire du pivotement en venant appuyer contre le bord d'entrée de l'ouverture 20 du connecteur 2, ce qui permet d'assurer un contact permanent entre les premiers et seconds éléments de contact dans toutes les positions autorisées pour le pivotement.

Pour déconnecter les deux connecteurs 1 et 2, le transfert du courant de puissance au dispositif de connexion doit d'abord être interrompu. Ensuite, il est possible d'effectuer soit une déconnexion dite normale soit une déconnexion dite d'urgence. La déconnexion normale consiste à activer les deux moteurs 9 pour rétracter chaque tige 5 jusqu'à la position représentée sur la figure 1, puis à dégager le connecteur 1. La déconnexion d'urgence ne fait pas intervenir le moteur et consiste à retirer le connecteur 1 avec une force de traction suffisante pour comprimer les deux ressorts 8 en rétractant suffisamment les deux tiges 5 afin de permettre le dégagement de la tête sphérique 10. De manière générale, dans un dispositif de connexion électrique pivotante selon l'invention, il est souhaitable de pouvoir effectuer une déconnexion des deux connecteurs 1 et 2 même dans le cas où les moyens de maintien restent activés.

La figure 4 correspond au dispositif des figures 1 et 3, dans lequel les moyens de cloisonnement prévus pour l'espace de gaz inerte ont été simplifiés. Ces moyens de cloisonnement sont à présent fixes et sont constitués par un joint d'étanchéité 7 rétractable dans une gorge afin de ne pas être endommagé par l'introduction de la tête sphérique 10. Le joint d'étanchéité 7 peut être par exemple un joint à ressort classique. Il présente la forme d'un tore dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre de la tête sphérique 10. Préférablement, un capteur de gaz 25 est disposé dans l'espace cloisonné 4 afin de détecter une éventuelle pollution du gaz inerte par l'atmosphère extérieure. Il est par exemple important de déceler une éventuelle introduction d'oxygène dans l'espace 4 qui pourrait se produire en cas de détérioration du joint d'étanchéité 7 ou d'une entrée d'air au niveau d'un canal 15 ou 16 de circulation de gaz inerte. Le signal du capteur de gaz 25 peut ainsi être transmis à un calculateur 23 qui détermine le pourcentage d'oxygène et envoie un signal à un dispositif de commande 24 d'un système de coupure 22 si ce pourcentage dépasse un certain seuil. Le système de coupure 22 comprend des appareillages de coupure tels des disjoncteurs 26 aptes à interrompre le transfert du courant de puissance au dispositif de connexion sur ordre du dispositif de commande 24.

Les figures 5 et 6 correspondent au dispositif de la figure 4, dans lequel les moyens de maintien 3 font appel à un bras 5' déplaçable en rotation et dont la rotation est solidaire d'une came pivotante 17 pouvant être actionnée indirectement par le rotor 9A du moteur, par exemple par l'intermédiaire d'une courroie reliée à l'arbre de sortie du rotor et montée sur un galet solidaire de la came. Un ressort 8' disposé dans le corps du connecteur 2 est prévu pour coopérer avec la came 17 par l'intermédiaire d'un élément de roulement 18 solidaire en mouvement d'une extrémité du ressort 8'. Sur la figure 5, le bras 5' est rétracté dans le corps du connecteur 2 afin de ne pas risquer d'être en contact avec la tête sphérique 10 lors de l'approche du connecteur 1 vers la cavité 20, approche pendant laquelle la tête sphérique 10 peut être amenée à glisser contre une surface tronconique de guidage 21 pour être recentrée vers l'ouverture de la cavité 20. Le profil de la came 17 est prévu pour que dans la position rétractée du bras 5', la poussée du ressort 8' tende à faire tourner la came pour rétracter encore le bras 5'. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'activer le moteur pour maintenir le bras 5' rétracté. L'activation du moteur n'intervient que pour permettre le déploiement du bras 5' par la rotation de la came 17, et ainsi l'activation des moyens de maintien 3 dès lors que l'élément de roulement 18 dépasse le point mort de la came. Dans la position correspondante représentée sur la figure 6, la poussée du ressort 8' permet d'exercer un couple de rotation sur la came 17 afin de permettre aux moyens de maintien 3 de générer une force de rapprochement FR1 .

Dans les modes de réalisation qui précèdent, les moyens de maintien 3 sont des moyens de nature mécanique en ce sens qu'ils sont conçus pour transmettre la poussée d'un ressort à au moins un élément d'appui prévu pour venir en contact avec l'arrière de la tête sphérique du connecteur mâle. Il est toutefois possible d'obtenir une force de rapprochement analogue en faisant appel à des moyens de maintien qui ne soient pas de nature mécanique. Le dispositif de connexion représenté schématiquement en position connectée sur les figures 7 et 8 fait appel à moyens de maintien de nature pneumatique. Deux joints 7 et 7' sont prévus pour assurer un cloisonnement complet et efficace de l'espace 4 compris entre la tête sphérique 10 et la paroi de la cavité 20. Le joint rétractable 7 est analogue à celui représenté sur les figures 4 à 6. Le joint 7' peut au contraire n'avoir aucune élasticité et assurer, outre sa fonction d'étanchéité au gaz, une fonction de butée pour limiter l'enfoncement de la tête sphérique 10. Les seconds éléments de contact 2OA, 2OB, et 2OC sont analogues à ceux décrits précédemment. On a ici représenté un ressort derrière chaque contact pour symboliser l'élasticité de ces seconds éléments dans le cas où on utilise des bandes de contacts à lamelles flexibles. La fonction de butée du joint 7' permet de ne pas dépasser les limites d'élasticité des lamelles, en limitant l'enfoncement de la tête sphérique 10. Bien entendu, d'autres butées peuvent être prévues à cet effet.

Les moyens de maintien du connecteur 1 sont ici agencés pour créer une dépression de gaz dans l'espace 4 afin de générer une force d'attraction mutuelle FR entre les deux connecteurs 1 et 2. Les moyens de commande prévus pour activer ces moyens de maintien comprennent une pompe aspirante non représentée reliée par au moins un canal 19 à l'espace 4. Cette pompe est prévue pour pouvoir créer une dépression de gaz inerte dans l'espace 4 en aspirant ce gaz par le canal 19. Une circulation initiale de gaz inerte pour chasser l'air peut être prévue en ouvrant une arrivée de gaz inerte par un canal 29 relié directement à un réservoir. Avantageusement, un autre canal 28 d'arrivée de gaz, alimenté cette fois par une pompe, peut être prévu pour maintenir une légère surpression de gaz par rapport à la pression atmosphérique Patm dans un espace compris entre les deux joints 7 et 7'.

Etant donné qu'il n'y a plus d'éléments mécaniques pour les moyens de maintien, en particulier au niveau de l'ouverture de la cavité 20, cette ouverture peut être parfaitement circulaire avec une forme évasée de telle façon qu'il est possible d'obturer la cavité par un capot 27 sensiblement en forme de tronc de sphère et fixé au connecteur mâle 1. Cette obturation permet d'éviter l'introduction d'un corps étranger, tel que des embruns ou même un oiseau, pendant la connexion.

Sur la figure 8, il est visible que la force d'attraction mutuelle FR est dirigée selon l'axe X de symétrie du connecteur 2. La légère surpression de gaz inerte dans l'espace compris entre les deux joints 7 et 7' permet d'éviter le passage d'air atmosphérique dans l'espace 4 même dans le cas d'une petite détérioration du joint 7'. Facultativement, un clapet anti-retour 19A peut être prévu sur le canal 19 en cas de rupture de ce canal à l'extérieur du corps du connecteur 2. Un capteur de pression 30 est prévu pour contrôler la pression PD de gaz inerte dans l'espace 4 et vérifier qu'elle reste inférieure à un certain seuil critique, par exemple égal à 0,25 bars, au dessus duquel la pression de contact entre les premiers et seconds éléments de contact deviendrait insuffisante.. La pompe aspirante peut être asservie à ce capteur 30, et un système de coupure analogue au système 22 de la figure 4 peut être actionné en cas de dépassement du seuil critique de pression.

Il est avantageux de prévoir une obturation de la cavité 20 du connecteur 2 non seulement pendant la connexion mais aussi lorsque les deux connecteurs 1 et 2 sont séparés. Par exemple, si le connecteur femelle 2 est installé à la poupe d'un navire, il sera le plus souvent célibataire du fait que les deux connecteurs du dispositif de connexion seront souvent séparé géographiquement. Il est alors généralement nécessaire de protéger des corps étrangers l'intérieur de la cavité du connecteur 2, ce qui peut être réalisé par un volet en forme de couvercle 37 fixé à un bras 36 monté pivotant sur un socle 35 disposé à côté du connecteur 2 comme représenté sur la figure 9.

Sur la figure 10, afin de dégager l'ouverture de la cavité 20, le bras 36 est pivoté pour retirer le couvercle 37 et le rabattre vers l'arrière de la figure. Le dispositif de connexion selon l'invention, par exemple réalisé selon le mode de la figure 7, peut alors être connecté en introduisant le connecteur 1 dans la cavité 20 selon la direction représentée par les flèches.

Sur la figure 11, un autre système de fermeture de la cavité 20 consiste en un manchon 33 extensible fixé de façon étanche au bord circulaire de l'ouverture de la cavité et apte à être traversé par la tête sphérique 10 du connecteur mâle 1 lors de la connexion et la déconnexion des deux connecteurs. Ce manchon 33 est de préférence vrillé pour être pratiquement fermé au niveau de son orifice 33 A, tout en permettant à cet orifice de fonctionner comme un diaphragme suffisamment ouvrable pour autoriser le passage de la tête sphérique 10 jusqu'à la position de connexion représentée sur la figure 12. Le manchon est plus souple vers le diaphragme 33 A, afin de permettre la sortie de la tête sphérique 10 suite à une déconnexion. Une collerette 34 fait office de limiteur de pivotement pour le dispositif à rotule.

Sur la figure 13, la tête sphérique 10 du connecteur mâle d'un dispositif de connexion selon l'invention est représentée en perspective vue de face et comprend quatre premiers éléments de contact 10A, 10B, 10C et 10D consistant chacun en une surface en portion de sphère d'un matériau conducteur. Les quatre surfaces sont électriquement isolées entre elles, afin de permettre le passage de trois phases et d'un neutre dans le dispositif de connexion, et sont de même dimension. Chaque surface a en réalité un pourtour sensiblement circulaire, ce qui permet un pivotement du dispositif à rotule avec un débattement angulaire dans la direction horizontale xx' égal au débattement angulaire dans la direction verticale yy'.

Sur la figure 14, la forme du pourtour de chaque surface est au moins approximativement ovale. De manière générale, cette forme peut être étudiée pour permettre un mouvement relatif des connecteurs 1 et 2 avec une amplitude plus importante dans une direction privilégiée, par exemple la direction verticale yy', par rapport aux autres directions possibles du mouvement et notamment la direction horizontale xx. II est à noter que les premiers éléments de contact ne sont pas obligatoirement rattachés au connecteur mâle. Ils pourraient au contraire être agencés sur la paroi de la cavité du connecteur femelle, auquel cas les seconds éléments de contact tels que des bandes de contacts à lamelles seraient fixés sur la tête sphérique du connecteur mâle.

Sur la figure 15, un ensemble 50 de raccordement électrique entre une sortie d'une centrale de production d'électricité et un départ d'alimentation d'un ensemble de consommation d'électricité est représenté très schématiquement. La centrale de production d'électricité est ici constitué par la centrale 45A de production d'énergie à bord d'un navire 45, ce navire étant représenté accosté à un quai 46 d'un terminal gazier à un niveau adéquat pour décharger dans le terminal le contenu d'une cuve 48 de gaz liquéfié par l'intermédiaire de canalisations à bras orientables 47. La sortie de la centrale 45A est reliée au connecteur femelle 2 d'un dispositif de connexion électrique pivotante à rotule sphérique selon l'invention qui fait partie de l'ensemble 50 de raccordement électrique. Un tel ensemble 50 selon l'invention est représenté en détail sur la figure 19. Le connecteur 2 est installé à la poupe du navire non loin de la centrale 45 A, et la connexion de l'ensemble 50 est réalisée dès lors que le connecteur mâle du dispositif de connexion électrique pivotante est inséré dans le connecteur 2 et que les moyens de maintien sont activés. Ce connecteur mâle, non représenté sur les figures 15 et 16, est solidaire d'une extrémité d'un dispositif de connexion électrique télescopique 55 comme visible sur la figure 19. Ce dispositif de connexion télescopique 55 est monté sur un support mobile 49 pouvant être déplacé par exemple sur des rails le long du quai 46 pour être amené au niveau du connecteur 2. Une connexion sécurisée par du gaz inerte peut être réalisée entre le dispositif télescopique 55 et des câbles non représentés enterrés le long du quai, câbles qui constituent le départ d'alimentation de l'ensemble de consommation d'électricité constitué par les équipements électriques du terminal.

Comme représenté schématiquement sur la figure 16, le connecteur 2 et la sortie de la centrale 45A de production d'énergie sont susceptibles de se déplacer par rapport au départ d'alimentation sur le quai. En effet, pendant la durée de connexion de l'ensemble 50 de raccordement électrique, le niveau de la mer peut varier entre les hauteurs V1 et y2 , et le roulis peut amener le navire 45 à pivoter selon son axe longitudinale avec une amplitude angulaire α. De plus, le navire 45 peut avancer ou reculer le long du quai. Il s'ensuit que pour assurer une continuité de connexion électrique durant plusieurs heures, l'ensemble 50 de raccordement électrique doit pouvoir pivoter dans toutes les directions avec un certain débattement angulaire selon chaque direction. Pour cette application, le débattement angulaire requis selon la direction verticale est en pratique supérieur à celui requis selon la direction horizontale parallèle au quai. Des surfaces de contact telles que représentées sur la figure 14 sont alors bien adaptées pour le dispositif de connexion pivotante à rotule sphérique selon l'invention. La connexion entre le dispositif télescopique 55 et des raccordements montés sur le support mobile 49 pour les câbles de départ d'alimentation doit aussi être pivotante, et peut être réalisée par un dispositif 65 de connexion pivotante à rotule sphérique visible en détail sur la figure 19. Un tel dispositif 65 n'est pas nécessairement réalisé selon l'invention, puisque la connexion à ce niveau peut être permanente sans nécessiter des moyens de commande pour pouvoir activer ou désactiver rapidement les moyens de maintien de la tête sphérique.

Le dispositif de connexion représenté schématiquement sur les figures 7 et 8, et qui fait appel à moyens de maintien de nature pneumatique, présente indiscutablement l'avantage de limiter les éléments de nature mécanique. Mais il peut en revanche s'avérer difficile de maintenir une dépression suffisamment forte et relativement stable dans l'espace 4 pour procurer une pression de contact relativement constante pendant la durée de la connexion.

Selon l'invention, il est possible de procurer une force d'attraction mutuelle relativement stable entre les deux connecteurs grâce à des moyens de maintien agencés pour générer des champs électromagnétiques orientés de façon appropriée.

Plus particulièrement, selon le mode de réalisation représenté schématiquement sur les figures 17 et 18, les moyens de maintien comprennent un électroaimant 40, et les moyens de commande comprennent un générateur de courant 41 apte à activer cet électroaimant en alimentant en courant continu une bobine 42 enroulée autour du corps d'un noyau 43 sous la forme d'un barreau cylindrique. Hormis la nature des moyens de maintien, le dispositif de connexion ainsi réalisé est analogue à celui des figures 7 et 8. Il n'est pas nécessaire ici de prévoir une double étanchéité pour le gaz inerte de l'espace 4. Un joint unique rétractable peut suffire comme pour le dispositif de connexion des figures 4 à 6, et l'arrivée du gaz inerte tout comme le contrôle de la pureté de ce gaz peuvent être assuré de la même façon.

L'incorporation d'un électroaimant 40 dans le connecteur femelle est particulièrement appropriée pour un dispositif de connexion comprenant quatre conducteurs et dans lequel les quatre seconds éléments de contact 2OA, 2OB, 2OC et 2OD associés aux conducteurs sont disposés à égale distance de l'axe du connecteur de même que représenté schématiquement sur la figure 17a. Il y a ainsi la place pour disposer l'électroaimant 40 selon l'axe du connecteur femelle, ce qui permet d'obtenir un champ magnétique et une force d'attraction orientés selon cet axe. Le diamètre de l'électroaimant 40 est quelque peu exagéré sur la figure 17a, pour une meilleure visibilité. Mais il faut noter qu'en pratique, un premier élément de contact 10A, 10B, 10C ou 10D du connecteur mâle ne viendra pas en vis à vis de la partie périphérique du noyau 43 entourant la bobine 42, et il n'y aura pas de risque d'amorçage d'arc.

Un seul électroaimant 40 peut suffire pour générer une force d'attraction suffisante entre les deux connecteurs et établir une pression de contact appropriée entre les premiers et seconds éléments de contact. Comme représenté sur la figure 17b, il est alors préférable que la zone axiale de la tête sphérique 10 en vis à vis de l'électroaimant 40 comprenne un cylindre li a surface d'extrémité en calotte et constitué d'un matériau ferromagnétique comme un acier.

Comme représenté schématiquement sur la figure 18, la tête sphérique 10 peut être métallique à condition d'assurer une isolation électrique 61 avec les premiers éléments de contacts ainsi que les conducteurs associés qui sont par exemple en cuivre. Toutefois, il est à priori plus avantageux de prévoir la tête sphérique 10 principalement constituée d'un matériau isolant moulé autour des premiers éléments de contacts et leurs conducteurs, et de disposer un cylindre 11 ferromagnétique tel que dessiné en pointillés en laissant une petite épaisseur de matériau isolant entre la surface d'extrémité en calotte et la surface de la tête sphérique 10. Ce cylindre 11 en matériau ferromagnétique a pour fonction de boucler le flux magnétique généré par l'électroaimant 40. Ceci peut permettre d'obtenir une force d'attraction magnétique importante pour un encombrement réduit du dispositif de connexion avec ses moyens de maintien, en comparaison avec un autre mode de réalisation d'un dispositif de connexion selon l'invention dans lequel les moyens de maintien sont de nature mécanique.

Au moins la partie d'extrémité du corps du connecteur femelle, sur la droite de la figure 18, est préférablement constituée d'un matériau isolant 63 moulé autour des seconds éléments de contacts 2OA à 2OD et leurs conducteurs 2A à 2D. Cette partie d'extrémité peut être fixée de façon coaxiale à un tube 62 qui guide notamment les conducteurs 2A à 2D jusqu'à la centrale de production d'énergie. Sur la figure, la zone de l'électroaimant 40 qui est en vis à vis de la tête sphérique 10 n'est pas complètement recouverte de matériau isolant, mais il est possible de prévoir un recouvrement total de cette zone afin d'éviter tout éventuel problème de lignes de fuite entre les seconds éléments de contacts 2OA à 2OD et la partie périphérique du noyau 43 de l'électroaimant.

Il est aussi possible de prévoir un second électroaimant disposé dans la tête sphérique 10. Toutefois, cette solution augmente le coût du dispositif, et une force de pression de contact suffisante pourra généralement être obtenue avec un seul électroaimant. Il est aussi possible, dans le cas par exemple d'une configuration des éléments de contact telle que représentée sur la figure 13, de prévoir plusieurs électroaimants dans le corps isolant du conducteur femelle. On peut avoir par exemple trois électroaimants disposés en triangle équilatéral et dont les axes des bobines sont dirigés vers le centre de la cavité 20.

Le générateur de courant 41 peut consister en un transformateur redresseur alimenté par la centrale de production d'énergie à bord d'un navire pour fournir un courant de préférence continu. Par sécurité, des accumulateurs de type batterie en basse tension peuvent être prévus pour pallier une éventuelle interruption de la fourniture de courant par le générateur 41. Avantageusement, une extrémité du corps du noyau 43 de l'électroaimant 40 est revêtue d'un matériau antifriction 44 tel que du PTFE, et a une fonction de butée de fin de course pour le rapprochement mutuel des connecteurs mâle et femelle afin de limiter la pression de contact entre les premiers et seconds éléments de contact procurée par l'activation de l'électroaimant. La partie périphérique du noyau 43 peut éventuellement être recouverte du même matériau isolant 63 que pour le corps du connecteur femelle, afin de pouvoir être longée par des conducteurs 2A à 2D nus maintenus par des isolateurs dans le tube 62.

Optionnellement, on peut prévoir au moins un distancemètre optique tel que 39 ou 39' agencé pour mesurer localement l'épaisseur de l'espace interstitiel entre la tête sphérique 10 et la paroi de la cavité du connecteur femelle. Ce distancemètre est associé à des moyens pour établir une corrélation entre cette épaisseur et la pression de contact. Si cette épaisseur devient supérieure à une certaine valeur, par exemple de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, ceci implique un petit éloignement de la tête 10 par rapport à la paroi et donc une diminution au moins locale de la pression de contact entre un premier et un second élément de contact. On a donc un système de mesure indirecte de la pression de contact, qui est de préférence relié à un système de coupure tel qu'un système 22 décrit précédemment et apte à interrompre le transfert du courant de puissance au dispositif de connexion. Il est entendu qu'on peut aussi prévoir un système de mesure directe de la pression de contact, par exemple à l'aide d'éléments piézoélectriques. On pourrait notamment intercaler un élément piézoélectrique entre chaque second élément de contact 2OA à 2OD et le corps isolant du connecteur femelle.

Les modes de réalisation de natures mécanique, pneumatique et électromagnétique pour les moyens de maintien d'un dispositif de connexion électrique pivotante selon l'invention ne sont pas forcément antinomiques. Il est par exemple possible de prévoir des moyens de maintien de nature à la fois pneumatique et électromagnétique. Dans ce cas, un ou plusieurs aimants permanents pourraient convenir pour assurer une partie par exemple de l'ordre de 20% de la force d'attraction mutuelle permettant d'assurer une pression de contact appropriée, la plus grande partie étant assurée par la dépression créée par pompage. Les moyens de commande n'activent alors que la partie pneumatique des moyens de maintien globaux pour générer la force de rapprochement entre les connecteurs.

Sur la figure 19, l'ensemble 50 de raccordement électrique entre une sortie d'une centrale de production d'électricité d'un navire 45 et un départ d'alimentation d'un ensemble de consommation d'électricité, représenté très schématiquement sur les figures 15 et 16, est représenté ici en détail. Cet ensemble 50 est représenté en vue condensée, et il faut comprendre que la longueur de l'ensemble est en fait plus importante par rapport aux dimensions représentées pour les deux connexions à rotule. Le dispositif de connexion électrique télescopique 55 comprend deux bras rectilignes 51 et 52 sensiblement coaxiaux aptes à coulisser l'un dans l'autre, et comprend des contacts glissants 53 aptes à assurer une connexion électrique permanente entre les conducteurs des deux bras.

Le connecteur mâle 1 à tête sphérique 10 du dispositif de connexion électrique pivotante selon l'invention est solidaire de l'extrémité à droite du dispositif de connexion électrique télescopique 55. Un système à vérins 54 est agencé pour provoquer un allongement du dispositif télescopique 55 lors d'une opération de connexion des connecteurs mâle 1 et femelle 2 du dispositif de connexion pivotante. Pour mener à bien cette opération de connexion, l'ensemble 50 comprend un ensemble roulant comportant le support mobile 49 ainsi qu'un plateau pivotant 59 monté sur roulettes et apte à pivoter autour d'un ensemble charnière 57 fixé au support mobile 49. L'ensemble 50 est amené sensiblement au niveau du connecteur 2 monté à la poupe du navire 45 à quai, et le support 49 est fixé au sol. La hauteur de la tête sphérique 10 par rapport au quai est ajustée grâce à un système à vérin 56, et le plateau pivotant 59 est ajusté pour que la direction du dispositif télescopique 55 pointe vers la cavité du connecteurs femelle 2. Le système à vérins 54 est alors activé pour permettre un allongement du dispositif de connexion télescopique jusqu'à l'introduction de la tête sphérique 10, et les moyens de maintien du dispositif de connexion pivotante selon l'invention sont ensuite activés. Ces moyens ne sont pas représentés sur la figure, et peuvent être tels que décrits précédemment. Les systèmes à vérins sont ensuite désactivés pour permettre un coulissement et un pivotement libre du dispositif télescopique 55.

La connexion pivotante entre le dispositif télescopique 55 et des raccordements non représentés montés sur le support mobile 49 pour les câbles de départ d'alimentation est ici réalisée par un dispositif 65 de connexion pivotante à rotule sphérique. Les dimensions du dispositif 65 ont été exagérées sur la figure pour une vision suffisante des détails. La connexion à ce niveau peut être permanente ou quasi permanente, et les moyens de maintien de la tête sphérique ne sont pas réalisés selon l'invention car ils ne permettent pas une connexion et une déconnexion rapides. Ces moyens de maintien sont ici assurés grâce au serrage par vissage d'au moins deux tiges filetées 64 guidées en translation dans le corps du connecteur femelle 66 du dispositif 65. Pour établir ou défaire la connexion à ce niveau, un opérateur doit venir visser ou dévisser les tiges filetées 64. Le connecteur femelle 66 est représenté fixé en position horizontale au support mobile 49, mais il est possible de prévoir une fixation réglable en inclinaison. Le connecteur mâle 70 du dispositif 65 de connexion à rotule est fixé au dispositif télescopique 55, ce dernier étant empêché de tourner sur son axe grâce à un système 58 à bras coulissants qui le relie au plateau pivotant 59.

Comme décrit précédemment, un espace 4 de gaz inerte, étanche à l'atmosphère, est ménagé dans le dispositif de connexion pivotante selon l'invention afin de remplir de gaz inerte l'environnement des premiers et seconds éléments de contact du dispositif. D'autres espaces 4' de gaz inerte sont ménagés dans les deux bras 52 et 53 du dispositif de connexion télescopique afin de remplir de gaz inerte l'environnement gazeux des contacts glissants 53. En outre, un autre espace 4" de gaz inerte est ménagé dans le dispositif de connexion pivotante 65. Ces espaces de gaz inerte communiquent entre eux par des canaux étanches, et un système de circulation de gaz symbolisé par des flèches est prévu pour amener du gaz inerte en chassant l'air dans lesdits espaces. La circulation de gaz se fait ici depuis un réservoir non représenté pour la fourniture de gaz inerte qui est installé à la poupe du navire 45, pour passer sur toute la longueur de l'ensemble 50 de raccordement électrique et aboutir à une sortie de gaz non représentée au niveau du connecteur femelle 66 du dispositif 65. Cette circulation de gaz est activée juste après la connexion de l'ensemble 50 et l'activation des moyens de maintien du dispositif de connexion pivotante selon l'invention, et avant que le connecteur 2 soit électriquement relié à la centrale de production d'électricité du navire 45. Elle peut prendre un certain temps étant donné le volume global d'air à chasser de l'ensemble 50. Une fois le remplissage de gaz inerte effectué, la sortie de gaz est obturée pour arrêter la circulation du gaz et une légère surpression par rapport à la pression atmosphérique est créée dans l'ensemble des espaces de gaz inerte afin d'empêcher une introduction d'air.

Dans les modes de réalisation qui précèdent pour un dispositif de connexion électrique pivotante selon l'invention, les moyens de maintien nécessitent une énergie électrique pour activer un moteur, une pompe ou un électroaimant. Il est toutefois possible d'avoir des moyens de maintien entièrement mécaniques qui utilisent l'énergie d'introduction de la tête sphérique du connecteur mâle pour activer les moyens de maintien.

Les figures 20 et 21 décrivent un premier dispositif de ce type selon l'invention, qui présente des similitudes avec celui des figures 5 et 6. On se passe ici de l'utilisation d'un moteur, puisque l'énergie nécessaire pour la rotation de chaque came 17 est apportée par un élément poussoir pivotant 67 des moyens de commande. Ce poussoir 67 est relié à la came 17 et est donc apte à entraîner solidairement en rotation un élément d'appui 31. Comme pour le dispositif des figures 5 et 6, les moyens de maintien comprennent au moins un ressort 8' dont une extrémité est munie d'un élément de roulement apte à coopérer avec la came. Des évidements 69 sont prévus dans la tête sphérique 10 pour faciliter la poussée de la tête sur chaque poussoir 67.

Les figures 22 et 23 décrivent un second dispositif de ce type selon l'invention, permettant une pression de contact plus importante qu'avec le premier. L'énergie nécessaire pour la rotation de chaque came 17' est apportée par un élément poussoir pivotant 68 relié à la came 17' par un système de renvoi de mouvement comprenant trois bras 71, 72 et 73 articulés en deux points. Chaque poussoir 68 est donc apte à entraîner en rotation un élément d'appui 31 ou 32. Les moyens de maintien comprennent au moins un ressort 8" dont une extrémité est munie d'un élément de roulement apte à coopérer avec la came. Sur la figure 23a, on peut voir que la tige IA du connecteur mâle présente une section en H afin de permettre aux éléments d'appui 31 ou 32 des bras pivotants 5" de produire des poussées qui sont peu inclinées par rapport à l'axe du connecteur femelle.