DEUXIEME ELEMENT

L'invention concerne la surveillance de l'état d'un premier élément mobile par rapport à un deuxième élément, et destiné à frotter contre ce deuxième élément, l'un au moins de ces deux éléments étant conducteur.

Le premier et le deuxième éléments sont mobiles l'un par rapport à l'autre. En particulier, l'un de ces éléments peut être fixe dans le référentiel terrestre.

L'invention trouve une application dans la surveillance de l'état d'une bande de transmission de courant électrique destinée à frotter contre un fil de caténaire. Classiquement, un système de pantographe comprend une bande réalisée principalement en carbone, ou complètement en carbone, et destinée à frotter contre un fil de caténaire sous tension pour alimenter en courant un véhicule à entraînement électrique sur lequel est montée la bande.

Toutefois, l'invention n'est en rien limitée à cette application. Par exemple, le premier élément peut comprendre un balai destiné à frotter contre par exemple une partie de collecteur d'un moteur électrique ou une bague d'une machine synchrone ou asynchrone. Selon un autre exemple, le premier élément peut comprendre une plaquette de frein, et le deuxième élément, conducteur, peut comprendre un disque de frein.

On cherche à surveiller l'état du premier élément.

Par exemple, dans le cas d'un système de pantographe, un frottement contre une bande cassée risque d'endommager le fil de caténaire, ce qui aurait des conséquences matérielles importantes. En particulier, toute la ligne risque d'être arrêtée pendant plusieurs heures, voire pendant plusieurs jours.

Classiquement, on prévoit d'installer à l'intérieur de la bande un tube étanche réalisé en métal, en carbone ou autre. Ce tube est rempli d'air sous pression. Lorsqu'une avarie survient, le tube peut se rompre et la diminution de pression conséquente peut être détectée. Suite à cette détection, un pantographe est alors abaissé afin d'éviter tout endommagement de la caténaire.

7 Ce système reste néanmoins relativement peu précis dans la détection, car il existe un risque de rupture trop précoce, par exemple en cas de choc relativement faible ou d'endommagement mineur de la bande de captage, et/ ou de rupture trop tardive. Il existe même un risque d'absence de rupture alors que la bande de captage n'est de fait plus utilisable, par exemple, en cas d'arrachement de matière relativement conséquent.

En outre, ce système conduit à une désactivation immédiate du pantographe, sans qu'il soit réellement possible de prévoir et d'organiser la maintenance de la bande. En cas de rupture trop précoce, on risque ainsi d'avoir recours à une motrice auxiliaire de façon en réalité peu justifiée.

Le document JP53-72676 décrit un système de détection dans lequel on installe une boucle de fil conducteur électrique isolé dans la bande de captage. Un transformateur permet d'envoyer, et lorsque la boucle est intacte, de recevoir un signal électrique. En cas de rupture de ce fil conducteur, aucun signal n'est récupéré et le pantographe correspondant à cette bande est alors immédiatement désactivé. Des fusibles sont prévus pour protéger les circuits de détection en cas de contact entre une extrémité rompue de fil conducteur et la bande.

Il existe néanmoins un besoin pour un système de surveillance de l'état d'un premier élément mobile par rapport à un deuxième élément, et destiné à frotter contre ce deuxième élément, qui soit plus fiable, notamment dans le cas d'un deuxième élément susceptible d'être traversé par des puissances relativement élevées.

Il est proposé un système de surveillance de l'état d'un premier élément mobile par rapport à un deuxième élément, et destiné à frotter contre ce deuxième élément, le deuxième élément au moins étant conducteur. Le système de surveillance comprend :

- un circuit électrique de mesure, comprenant un premier enroulement de transformateur et un générateur apte à délivrer un courant alternatif, le circuit électrique de mesure étant agencé pour qu'au moins une partie du courant délivré par le générateur traverse ce premier enroulement,

- un circuit électrique de détection, ce circuit comprenant,

un deuxième enroulement de transformateur, une branche de référence du potentiel électrique du circuit de détection, cette branche étant conçue pour être en contact avec le deuxième élément ou avec des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec le deuxième élément, de sorte que la tension de masse du circuit de détection soit égale ou très proche de la tension du deuxième élément,

au moins un élément de détection destiné à être installé dans ou monté sur le premier élément, cet élément de détection étant agencé de sorte que le courant parcourant cet élément de détection soit alors fonction de l'état du premier élément,

- un transformateur comprenant le premier et le deuxième enroulements, le système étant agencé de sorte que ce transformateur isole le circuit de mesure de la tension de masse du circuit de détection, et

- des moyens de mesure de la tension aux bornes du et/ou de l'intensité dans, le premier enroulement.

Ainsi, les tensions dans le circuit de détection peuvent être relativement élevées et variables par rapport à la terre, puisque la masse de ce circuit est raccordée au deuxième élément.

Par exemple, dans le cas d'une application à un système de pantographe, le fil de caténaire peut être traversé par un signal de 25000 Volts alternatif à 50 Hz, ou bien encore 1500 V continu. Ainsi, en cas de contact électrique supplémentaire entre une partie du circuit de détection et la bande, suite par exemple à une rupture d'un fil du circuit, aucune surtension n'est transmise puisque ce contact supplémentaire équivaut électriquement à un raccordement à la masse du circuit de détection.

Par « moyens conducteurs faiblement résistifs » et « égale ou très proche », on entend ici un (ou plusieurs) élément conducteur, par exemple un étrier et/ou la bande dans le cas d'une application aux systèmes de pantographe, opposant une résistance suffisamment faible entre la branche de référence et le deuxième élément pour que la tension de masse du circuit de détection ne s'écarte pas de plus de 5% de la tension du deuxième élément, avantageusement pas de plus de 2% de la tension du deuxième élément.

Par « état du premier élément », on entend dans la présente demande la présence de fissure(s) dans le premier élément, l'usure du premier élément créée par le frottement contre le deuxième élément, et/ ou la rupture du premier élément.

Le premier élément peut être conducteur. Le système permet alors de surveiller l'état d'un élément conducteur frottant contre un autre élément conducteur, par exemple à des fins de cap tation/ transmission de courant. La branche de référence peut alors être fixée directement sur la bande, à un étrier, ou autre.

Le courant collecté/ transmis peut être relativement élevé, c'est-à- dire que le signal collecté/ transmis peut comprendre un signal de puissance.

Le système de surveillance peut comprendre par exemple un système de surveillance de l'état d'un élément de cap tation de puissance pour la traction d'un véhicule.

Par exemple, le système de surveillance peut comprendre un système de surveillance de l'état d'une bande de transmission de courant électrique réalisée principalement ou complètement en carbone, destinée à être montée sur un véhicule à entraînement électrique, et à frotter contre un fil de caténaire sous tension pour alimenter en courant ce véhicule.

Selon un autre exemple, le système de surveillance peut comprendre un système de surveillance de l'état d'un patin destiné à frotter contre un rail conducteur, du type patin de troisième rail.

L'invention n'est en rien limitée à un signal de traction de véhicule. Par exemple, le premier élément peut comprendre un balai destiné à frotter contre le deuxième élément, par exemple une partie de collecteur d'un moteur électrique ou une bague d'une machine synchrone ou asynchrone.

Dans un mode de réalisation, le premier élément peut être isolant. Par exemple, le premier élément peut comprendre une plaquette de frein, et le deuxième élément, conducteur, peut comprendre un disque de frein.

Le signal issu du générateur, et injecté dans le circuit de détection via le transformateur peut avoir un potentiel électrique et/ ou une intensité de crête relativement faible par rapport au potentiel électrique du et/ ou l'intensité dans, le deuxième élément, par exemple

3 Volts ou 5 Volts pour un deuxième élément traversé par un signal de 25000 Volts alternatif à 50 Hz. Le circuit électrique de mesure peut avoir une masse flottante, ou non, par exemple une masse raccordée au châssis d'une motrice ferroviaire ou à la terre.

L'état du premier élément peut avoir un impact sur le circuit de détection, via l'élément de détection, et donc sur la tension recueillie aux bornes de l'enroulement côté circuit de mesure et/ou sur l'intensité mesurée au niveau de ce premier enroulement.

Par exemple, l'élément de détection peut comprendre un fil isolé électriquement, destiné à être installé le long du premier élément, par exemple à l'intérieur du premier élément ou sur une surface du premier élément. En cas de fissure ou de rupture du premier élément, ce fil est susceptible de se rompre, affectant ainsi la transmission du signal alternatif issu du générateur et donc les tensions aux bornes des enroulements du transformateur.

Par exemple, si ce fil est monté en parallèle avec une résistance, en cas de rupture du fil, la résistance équivalente augmente, et la tension aux bornes du premier enroulement diminue. On peut ainsi détecter la rupture de ce fil en analysant le signal mesuré aux bornes de cet enroulement.

Dans un mode de réalisation, le circuit de détection peut comprendre au moins un fil isolé supplémentaire, destiné être installé le long du premier élément, par exemple à l'intérieur du premier élément ou sur une surface du premier élément, monté en parallèle avec le fil isolé et présentant des propriétés de résistance mécaniques différentes de celle du fîl isolé. En particulier, la résistance à la rupture peut être différente d'un fîl isolé à l'autre.

Grâce à ce montage d'une pluralité de fils isolés en parallèle, ces fils présentant des propriétés de résistance mécaniques différentes d'un fîl à l'autre, on peut espérer détecter une fissuration du premier élément avant la rupture du premier élément. En effet, en cas de fissuration, on peut s'attendre à ce que le fil le plus fragile se rompe en premier, ce qui entraine une modification de la résistance équivalente et donc du signal mesuré aux bornes du transformateur.

Dans le cas d'un système de pantographe, on peut prévoir de laisser le pantographe en place tant qu'au moins un fil isolé est encore intact, ou tant que le fil isolé le plus résistant mécaniquement est encore intact, permettant ainsi d'éviter les désagréments liés à un abaissement inattendu du pantographe, comme dans l'art antérieur.

Chaque fil isolé peut comprendre une âme conductrice et une gaine isolante.

L'âme conductrice peut présenter une résistance linéaire suffisamment élevée pour que la variation de résistance équivalente puisse être détectée. Alternativement, on peut prévoir de monter chaque fil isolant en série avec une résistance correspondante, afin de permettre la détection de la rupture du fil. Alternativement, en particulier lorsque le circuit de détection comprend un seul fil isolé, dont la rupture est détectée par un passage à zéro du signal aux bornes du premier enroulement, l'âme du fil peut présenter une faible résistance linéaire et on peut s'abstenir de monter une résistance en série avec ce fil isolé.

Avantageusement et de façon non limitative, le circuit de détection peut être agencé de sorte qu'une ou des sortie(s) du ou des éléments de détection soient raccordées (ou, notamment en cas de contact avec le fil de caténaire, raccordable) au deuxième élément, ou à des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec le deuxième élément. On s'abstient ainsi de prévoir un fil de sortie raccordant le ou les sortie(s) du ou des élément(s) de détection à la masse du circuit de détection.

Dit autrement, plutôt qu'une boucle fermée, comme dans le document JP53-72676, on prévoit un circuit de détection avec une extrémité qui est, au moins une partie du temps d'utilisation, en contact avec le deuxième élément ou avec des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec le deuxième élément. L'installation peut ainsi être plus simple, et on limite en outre le risque d'inversion des fils.

Avantageusement, lorsque plusieurs éléments de détection sont prévus, ces éléments peuvent être montés en parallèle entre eux ou avec un ou plusieurs éléments résistifs. Si l'un de ces éléments de détection monté en parallèle est défaillant ou détruit du fait de l'état de la bande, on pourra néanmoins mesurer un signal entre les bornes du premier enroulement. On pourra ainsi prévoir d'émettre un signal avertisseur, de type alarme, plutôt que de rompre immédiatement le contact entre les éléments mobiles l'un par rapport à l'autre (par exemple, plutôt que de piloter immédiatement un abaissement de pantographe).

Avantageusement, lorsqu'un tel montage en parallèle est prévu, le au moins un nœud de dérivation correspondant peut être dans ou sur le premier élément. Dit autrement, le circuit de détection peut comprendre un seul fil d'entrée entre le deuxième enroulement et le premier élément.

Ainsi, le deuxième enroulement peut avantageusement être raccordé au(x) élément(s) de détection par un seul fil pénétrant dans ou monté sur le premier élément.

Lorsque le premier élément est conducteur et que la ou les sorties des éléments de détection sont raccordées (ou raccordables via par exemple un fil de caténaire) au premier élément, le circuit de détection peut comprendre un seul fil pénétrant dans ou monté sur le premier élément.

Avantageusement, au moins un et de préférence chaque élément de détection peut comprendre une sortie raccordée ou raccordable au deuxième élément.

Dans un mode de réalisation, l'élément de détection peut comprendre au moins un dispositif de capteur apte à mesurer une hauteur d'usure du premier élément.

L'invention n'est rien limitée par le type de capteur mis en œuvre, mais on peut avantageusement prévoir que le dispositif de capteur soit destiné à être au moins en partie installé dans le premier élément de façon à occuper une portion seulement de la longueur de ce premier élément, notamment dans le cas d'une bande d'un système de pantographe.

Un fil de caténaire est généralement installé de façon à former un zigzag le long d'un chemin de déplacement attendu. La bande s'étend suivant une direction longitudinale perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement instantané du véhicule. Du fait de cette installation en zigzag, le fil de caténaire est disposé légèrement oblique par rapport à cette direction de déplacement. Ainsi, le fil de caténaire est en contact avec la bande sur une zone de contact représentant une portion seulement de la longueur de la bande, et cette zone évolue le long de la bande lorsque le véhicule sur lequel est monté le pantographe est entraîné en mouvement. Grâce à cette disposition en zigzag, on peut ainsi espérer une meilleure répartition de l'usure que si la zone de contact restait sensiblement la même au cours du déplacement. Dit autrement, le profil d'usure est plus homogène que si le fil de caténaire était sensiblement rectiligne par rapport à un chemin de déplacement.

Avantageusement, dans le cas d'une application à un système de pantographe, le dispositif de capteur peut être agencé pour détecter un passage de caténaire lorsque la zone de contact correspond à cette portion de bande, au moins lorsque la hauteur d'usure de la bande au niveau de la portion de bande a dépassé un seuil.

La portion de longueur de bande occupée par un dispositif de capteur peut par exemple représenter entre 0,01% et 20% de la longueur de la bande, avantageusement entre 0, 1% et 5% de la longueur de la bande.

La portion de longueur de bande occupée par un dispositif de capteur peut par exemple correspondre à une longueur comprise entre 0, 1 millimètre et 10 centimètres, avantageusement entre 1 millimètre et 1 centimètre.

Avantageusement, le dispositif de capteur peut être agencé pour pouvoir mesurer au moins deux hauteurs d'usure différentes.

Ainsi, on peut prévoir un dispositif de capteur ponctuel, capable de mesurer au moins deux niveaux d'usure, et capable de détecter des instants de passage de caténaire. Ce système de surveillance permet d'effectuer un suivi d'usure, puisque le ou les dispositifs de capteur peuvent mesurer plusieurs hauteurs d'usure. En outre comme on détecte le passage du fil de caténaire, il est possible de corréler relativement facilement l'usure au kilométrage parcouru. En effet, les fils de caténaire sont disposés en zigzag avec des distances, suivant la direction de déplacement, entre les extrema de zigzag relativement régulières. On peut ainsi présumer de la distance parcourue entre deux détections de passage du fil de caténaire, et donc qualifier relativement facilement l'usure par kilomètre parcouru.

Par exemple, on peut prévoir un comptage des instants de passage de caténaire entre deux détections de hauteurs d'usure, afin de qualifier l'usure par distance parcourue.

La mesure des au moins deux hauteurs d'usure différentes peut avantageusement être effectuée à partir du signal aux instants de détection de passage de caténaire, par exemple à partir de l'amplitude de ce signal à ces instants.

Par « contact électrique », on entend que du courant est collecté/ transmis, soit parce qu'il y a contact au sens mécanique du terme (par exemple la bande touche le fil de caténaire), soit parce que le premier et le deuxième éléments sont suffisamment proches au niveau de la zone de contact pour que des arcs électriques se forment et assurent la transmission de courant électrique.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif de capteur peut comprendre au moins un élément conducteur.

Avantageusement, le passage de caténaire peut être détecté suite au passage de courant issu du fil de caténaire dans l'élément conducteur. Le courant issu du fil de caténaire peut passer, lors du contact électrique avec le dispositif de capteur, par un ou plusieurs éléments conducteurs, et ce passage de courant peut être détecté.

L'invention n'est bien entendu pas limitée à ce type de capteur. On pourrait par exemple prévoir un capteur de type photorésistance à placer dans un orifice conique défini dans la bande. La valeur de résistance de ce composant est alors fonction de la lumière présente dans l'orifice conique, et donc du niveau d'usure.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif de capteur peut comprendre au moins deux éléments conducteurs, chaque élément conducteur s 'étendant à l'intérieur du premier élément, par exemple de la bande, jusqu'à une hauteur, par exemple une hauteur de bande, associée à cet élément conducteur.

Ainsi, tant que le niveau d'usure n'a pas atteint la hauteur correspondant à un élément conducteur, aucun signal de mesure n'est issu de cet élément conducteur.

L'invention n'est en rien limitée à l'utilisation de plusieurs éléments conducteurs ayant chacun une hauteur d'usure associée. On pourrait par exemple prévoir un élément relativement résistif et s 'étendant suivant une direction ayant une composante verticale jusqu'à une hauteur d'usure maximale. La résistance rencontrée par les électrons issus du deuxième élément est ainsi fonction de la longueur d'élément résistif à parcourir, et donc de la hauteur du premier élément à la portion correspondant à ce dispositif de capteur. Dans un mode de réalisation avantageux, l'élément de détection peut comprendre une pluralité de dispositifs de capteur destinés à être installés sur un même premier élément, par exemple une même bande, de sorte que les portions de longueur de premier élément correspondant à cette pluralité de dispositifs de capteurs soient distinctes les unes des autres. Dit autrement, on peut répartir les dispositifs de capteurs le long du premier élément, par exemple de la bande. Le suivi d'usure peut ainsi être plus précis et en outre, on peut mieux estimer l'homogénéité de l'usure le long du premier élément.

Ce système peut ainsi être relativement précis, même dans des portions de chemin à parcourir de type virage ou tunnel, dans lesquels le fil de caténaire est susceptible de se déplacer, relativement à la bande, dans une plage correspondant à une partie seulement de la longueur de la bande.

Bien entendu l'invention n'est en rien limitée à ce mode de réalisation, et on pourrait par exemple prévoir un système avec un seul dispositif de capteur installé par exemple au milieu de la bande.

Avantageusement et de façon non limitative, les éléments conducteurs peuvent être réalisés principalement ou complètement en cuivre.

Avantageusement et de façon non limitative, les éléments d'un même dispositif de capteur peuvent être séparés les uns des autres par un isolant, par exemple de la céramique ou des fibres de verre.

Avantageusement et de façon non limitative, chaque élément conducteur peut être à forme de feuille.

Le dispositif de capteur peut avantageusement être installé de sorte qu'au moins une feuille conductrice, et de préférence chaque feuille conductrice soit disposée dans un plan ayant un vecteur normal sensiblement dans la direction de déplacement.

Avantageusement et de façon non limitative, au moins un dispositif de capteur peut comprendre un empilement de feuilles séparées deux à deux par l'isolant. Cet empilement peut avantageusement être noyé dans une résine.

Avantageusement et de façon non limitative, dans le cas de plusieurs dispositifs de capteur, on pourra prévoir de raccorder au moins deux dispositifs de capteur, et de préférence tous les dispositifs de capteur, à un seul câble, permettant ainsi de réduire l'encombrement d'un circuit électrique de détection de surveillance.

Le circuit de détection peut comprendre au moins un fil isolé pour la détection de fissures ou de rupture et être dénué de dispositif de capteur pour mesurer la hauteur d'usure.

Alternativement, le circuit de détection peut comprendre au moins un dispositif de capteur pour mesurer la hauteur d'usure et être dénué de moyen de détection de fissure ou de rupture, du type fil isolé ou autre.

Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de détection peut comprendre à la fois au moins un fil isolé pour la détection de fissures ou de rupture, et au moins un dispositif de capteur pour mesurer la hauteur d'usure.

Avantageusement, cet au moins un fil isolé et cet au moins un dispositif de capteur peuvent être montés en série ou en dérivation depuis un seul fil d'entrée pour le raccordement au deuxième enroulement. Ainsi, on extrait du signal entre les bornes du premier enroulement à la fois une information quant à la fissuration ou la rupture et une information quant à l'usure.

II est en outre proposé un ensemble comprenant le système de surveillance décrit ci-dessus, ainsi que le premier élément.

L'ensemble peut être un ensemble d 'entraînement de véhicule, par exemple un ensemble de pantographe, comprenant un système de surveillance tel que décrit ci-dessus, ainsi que la bande de transmission de courant. Le système de surveillance peut être installé sur la bande.

Il est en outre proposé un véhicule à entraînement électrique comprenant un système de surveillance et/ ou un ensemble de pantographe tels que décrit(s) ci-dessus, par exemple une motrice ferroviaire, ou autre.

II est en outre proposé un procédé de surveillance de l'état d'un premier élément mobile par rapport à un deuxième élément, et destiné à frotter contre ce deuxième élément, le deuxième élément au moins étant conducteur, ce procédé comprenant

- recevoir un signal électrique issu d'un circuit électrique de mesure comprenant un premier enroulement d'un transformateur , et un générateur pour délivrer un courant alternatif dans le premier enroulement, le transformateur comprenant un deuxième enroulement installé dans un circuit électrique de détection comprenant en outre une branche de référence du potentiel électrique du circuit de détection, cette branche étant en contact avec le deuxième élément ou avec des moyens conducteurs faiblement résistifs en contact avec le deuxième élément, de sorte que la tension de masse du circuit de détection soit égale ou très proche de la tension du deuxième élément, et au moins un élément de détection installé dans ou sur le premier élément, cet élément de détection étant agencé de sorte que le courant parcourant cet élément de détection soit alors fonction de l'état du premier élément, - estimer à partir du signal reçu au moins une valeur de paramètre représentatif de l'état du premier élément, et

- élaborer à partir de cette au moins une valeur estimée un signal de commande d'au moins un des éléments mobiles.

Dans le cas d'une application à un système de pantographe, le signal de commande peut comprendre par exemple un signal de commande de positionnement du pantographe afin d'abaisser le pantographe en cas de détection de défaillance de la bande.

Ce procédé peut par exemple être mis en œuvre par un dispositif de traitement du type processeur, par exemple un micro contrôleur, un micro processeur, un DSP (de l'anglais « Digital Signal Processing »), ou autre.

Il est ainsi proposé un dispositif de traitement comprenant des moyens de réception pour effectuer l'étape de réception décrite ci- dessus, par exemple un port d'entrée, une broche d'entrée ou autre, et des moyens de traitement pour effectuer l'étape d'estimation décrite ci- dessus, par exemple, un cœur de processeur ou autre, et des moyens d'émission, par exemple un port de sortie, une broche de sortie, ou autre, pour transmettre le signal élaboré vers des moyens de commande du pantographe, par exemple un moteur pas à pas.

II est en outre proposé un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions pour effectuer les étapes du procédé tel que décrit ci-dessus lorsque lesdites instructions sont exécutées par un processeur.

L'invention sera mieux décrite en référence aux figures ci-après, lesquelles représentent des modes de réalisation donnés à titre d'exemple et non limitatifs. La figure 1 représente schématiquement une partie d'un système de surveillance selon un mode de réalisation de l'invention, lorsqu 'installé dans une bande de captage en contact avec un fil de caténaire.

La figure 2 montre de façon plus détaillée un exemple de dispositif de capteur pour le système de surveillance schématiquement représenté sur la figure 1.

La figure 3 est une vue de dessus montrant schématiquement un exemple de dispositif de capteur du système de surveillance des figures 1 et 2, lorsqu 'installé sur une bande partiellement représentée, et en contact avec un fil de caténaire également partiellement représenté.

La figure 4 représente schématiquement un exemple de système de surveillance selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 5 représente schématiquement un exemple de système de surveillance selon un autre mode de réalisation de l'invention.

La figure 6 est un graphique montrant un exemple d'allure d'un signal de tension mesuré aux bornes d'un premier enroulement d'un transformateur d'un système de surveillance selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 7 est un logigramme pour illustrer un exemple de procédé selon un mode de réalisation de l'invention.

Des références identiques peuvent être utilisées d'une figure à l'autre pour désigner des éléments identiques ou similaires.

En référence à la figure 1 , une bande 1 réalisée principalement ou complètement en carbone, s'étend suivant une direction longitudinale correspondant ici au vecteur x.

Cette bande de carbone est transverse par rapport à une direction de déplacement du véhicule à traction électrique sur lequel cette bande est montée, cette direction de déplacement correspondant au vecteur y.

Dans la présente description, les termes avant, arrière, font référence aux directions avant et arrière du véhicule sur lequel est monté le système de surveillance décrit. La direction verticale peut être la direction du vecteur gravité. Les axes x, y, z, correspondent respectivement à la direction longitudinale de la bande de captation, la direction de déplacement du véhicule, et la direction verticale. Sur les figures, le système de surveillance est installé sur une motrice installée sur un sol plat et horizontal, et à un emplacement sans virage, c'est-à- dire que l'on suppose que la bande de captation s'étend longitudinalement suivant une direction normale à la verticale et à la direction de déplacement. Bien entendu, en réalité, la direction longitudinale attachée à la bande de captation, la direction de déplacement peuvent ne pas être tout à fait normales entre elles et le plan défini par ces deux directions peut ne pas être parfaitement horizontal.

La bande 1 est disposée sous un fil de caténaire 2 haute tension (par exemple 1500 V ou 25000 V), et lorsque le véhicule est en déplacement, la bande 1 peut être en contact avec le fil de caténaire 2, afin de collecter le courant électrique nécessaire à la traction du véhicule.

Le fil de caténaire 2 est en général disposé en zigzag le long du chemin attendu pour le véhicule, c'est-à-dire que lorsque le véhicule est déplacé suivant la direction y, le fil de caténaire 2 effectue un balayage par rapport à la bande 1 , suivant la direction x. La bande 1 est donc parcourue longitudinalement par le fil de caténaire 2, ce qui permet une meilleure répartition de l'usure de la bande.

Le système de surveillance de ce mode de réalisation comprend une pluralité de dispositifs de capteur 3, chaque dispositif de capteur occupant une portion relativement restreinte de la longueur de la bande 1. Par exemple, la bande 1 peut s'étendre suivant la direction x sur près d'un mètre, alors que chaque dispositif de capteur 3 peut avoir un diamètre de quelques millimètres, par exemple de 3 millimètres.

On pourra relever que les figures sont schématiques, et que l'échelle n'est a priori pas respectée.

Les dispositifs de capteur 3 sont disposés à différents emplacements le long de la bande 1 , de sorte que, lorsque le véhicule est entraîné en mouvement, ces dispositifs de capteur sont destinés à être en contact avec le fil de caténaire 2 les uns après les autres.

Chaque dispositif de capteur 3 comprend des éléments conducteurs référencés 5, 6, 7, 8, 9 sur la figure 2.

Lorsque le fil de caténaire 2 est en contact avec un élément conducteur, du courant issu de ce fil de caténaire passe dans cet élément conducteur. L'élément conducteur est raccordé via un câble 4 à un dispositif de traitement, local ou distant, et le signal électrique issu du fil de caténaire 2 peut ainsi être détecté par ce dispositif de traitement, permettant ainsi de détecter le passage du fil de caténaire au niveau du dispositif de capteur correspondant. Comme explicité davantage en référence aux figures 4 et 5, le câble 4 fait partie d'un circuit électrique de détection ayant sa tension de masse égale à la tension de la bande. En fonctionnement, la bande est en contact avec le fil 2, de sorte que la tension de masse du circuit de détection est égale ou très proche de la tension du fil de caténaire 2.

Un contact entre le fil de caténaire 2 et un élément conducteur parmi les éléments 5, 6, 7, 8, 9, équivaut à une mise à la masse de cet élément conducteur, ce qui modifie la résistance équivalente du circuit de détection.

En référence aux figures 2 et 3, chaque dispositif de capteur 3 comprend une pluralité d'éléments conducteurs 5, ici réalisés en cuivre et à forme de feuille s 'étendant sensiblement dans le plan normal à la direction y.

A chacune de ces feuilles de cuivre 5, 6, 7, 8, 9, est raccordée une résistance correspondante 15, 16, 17, 18, 19, également raccordée au câble 4.

Ainsi, si le niveau d'usure de la bande est tel que par exemple les feuilles 5 et 6 sont, lors du passage de fil de caténaire, en contact avec ce fil de caténaire, et tel que les bandes 7, 8, 9 restent isolées du fil de caténaire lors du passage de ce fil, le signal électrique reçu lors du passage de fil de caténaire aura une valeur fonction des valeurs de résistance 15 et 16.

Les résistances 15, 16, 17, 18, 19 peuvent avoir des valeurs différentes, ou non.

Le signal électrique mesuré lors du passage de caténaire est ainsi fonction de la hauteur d'usure effective. Le signal électrique sur le câble 4 peut avoir la forme d'un ensemble de pics, chaque pic correspondant au passage du fil de caténaire sur un dispositif de capteur, et l'amplitude des pics étant représentative du niveau d'usure.

En associant l'intervalle de temps entre deux pics à une distance prédéterminée, fonction de l'installation en zigzag du fil de caténaire, et fonction de l'espacement sur la bande entre deux dispositifs de capteur adjacents, on peut corréler l'usure au kilométrage parcouru.

En référence à la figure 3, le dispositif de capteur 3 peut avoir un diamètre de l'ordre de quelques millimètres, et une hauteur correspondant par exemple à 50-90% de la hauteur de la bande à l'état neuf, par exemple comprises entre quelques millimètres et quelques centimètres.

Le fil de caténaire peut avoir un diamètre de l'ordre du centimètre, c'est-à-dire que la zone de contact pourra s'étendre suivant la direction x sur quelques millimètres, par exemple 2 ou 3 mm.

La bande de carbone 1 peut avoir une largeur suivant la direction y, comprise par exemple entre 35 et 60 millimètres.

Les feuilles de cuivre 5, 6, 7, 8 9 peuvent être isolées les unes des autres par un matériau céramique, et l'empilement comprenant ces feuilles de cuivre et la céramique peut être noyé dans une résine, l'ensemble résine plus empilement ayant ainsi une section de diamètre de 3 millimètres environ.

Pour revenir à la figure 2, la liaison entre les feuilles de cuivre 5, 6, 7, 8, 9 et les résistances correspondantes 15, 16, 17, 18, 19 peut être effectuée par brasage à température relativement élevée.

L'invention n'est pas limitée à un nombre prédéterminé de dispositifs de capteurs. On pourrait par exemple prévoir un, deux, trois, quatre, cinq, dix dispositifs de capteurs, ou autre.

L'invention n'est pas non plus limitée par le nombre de feuilles de cuivre dans un dispositif de capteur. Dans cet exemple, on prévoit cinq éléments conducteurs 5, 6, 7, 8, 9, permettant ainsi de mesurer cinq hauteurs d'usures différentes.

En référence à la figure 4, un système de surveillance 40 comprend un transformateur d'isolement 50 comprenant un premier enroulement 31 et un deuxième enroulement 22. Le système 40 comprend un circuit électrique de détection 20 et un circuit électrique de mesure 30.

Le circuit de détection comprend une branche de référence 23 en contact avec la bande 1 , c'est-à-dire que la masse du circuit 20 est au potentiel du fil de caténaire tant qu'il y a contact entre la bande 1 et le fil 2. Alternativement, la branche de référence 23 pourrait être soudée à un étrier non représenté.

Un générateur 21 permet d'injecter un courant sur ce circuit de détection 20. Ce courant peut varier sinusoïdalement, avec une amplitude de crête de par exemple quelques milliampères, et une fréquence de par exemple plusieurs kHz, par exemple 4 kHz. Le générateur 2 1 et le premier enroulement 31 sont disposés en série, de sorte que le premier enroulement 31 est parcouru par le courant généré.

Le transformateur 50 permet d'isoler le circuit de mesure 30 de la tension de masse du circuit de détection 20.

Dans cet exemple, le circuit de détection comprend deux éléments de détection montés en parallèle, à savoir un jeu de dispositifs de capteur 3 pour mesurer l'usure de la bande 2 , et un fil isolé 25 collé sur la bande.

Le fil isolé 25 présente une résistance de fil Rm, du fait de la résistance linéaire d'une âme conductrice de ce fil gainé 25.

Les dispositifs de capteurs 3 sont chacun similaire à celui décrit en références aux figures 1 à 3.

Ce jeu de capteurs 3 est monté en parallèle avec une résistance R3. En cas de contact entre le fil de caténaire et un ou plusieurs élément(s) conducteurs d'un capteur 3, les extrémités de cet ou ces éléments conducteurs sont au même potentiel qu'un nœud d'extrémité 27 en contact avec la bande 2. Si le contact entre cet ou ces élément(s) conducteur(s) du capteur 3 et le fil de caténaire s'effectue via un arc électrique, ces extrémités sont sensiblement au même potentiel que le nœud 27. Du courant passe entre ces extrémités et un nœud 26 de dérivation avec la résistance R3, rencontrant une résistance Rh fonction du nombre d'éléments conducteurs en contact électrique avec le fil de caténaire 2.

Le courant injecté par le générateur 2 1 rencontre alors une résistance égale à la résistance Rm additionnée de la résistance équivalente au montage parallèle des résistances R3 et Rh.

Lorsque le fil de caténaire n'est plus en contact avec aucun dispositif de capteur, la résistance opposée par le circuit de détection au passage du courant est alors simplement égale à la somme Rm + R3.

Le fil isolé 25 est relativement fragile, et donc susceptible de se rompre en cas de rupture de bande. Aucun courant ne passe alors dans le circuit de détection et le signal mesuré aux bornes de l'enroulement 31 passe à zéro. En cas de contact entre une extrémité rompue du fil 25 et la bande, la résistance rencontrée devient passablement faible, fonction de la longueur de fil correspondant à cette extrémité, et l'on pourra donc également détecter la rupture de la bande. En cas de détection de rupture du fil 25, un signal de commande est généré de façon à piloter l'abaissement du pantographe.

Le circuit de mesure comprend une résistance R32 montée en série avec le générateur 21 , et un processeur 33 pour recevoir un signal de tension proportionnel au signal aux bornes de l'enroulement 31.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, une des bornes de l'enroulement 22 est en contact électrique avec un étrier de collecte de courant (non représenté), installé sous la bande. Une branche de référence 23 entre cette borne et l'étrier est ainsi raccordée à un élément conducteur peu résistif en contact avec la bande.

En outre, dans ce mode de réalisation, on prévoit non pas un seul fil isolé 25, mais deux fils 25, 25' présentant des propriétés de résistance mécaniques différentes. Par exemple le fil 25' a une résistance à la rupture plus faible que celle du fil gainé 25. Ce fil 25 pourra ainsi être rompu alors que le fil 25 est encore intact, permettant ainsi de détection une fissuration avant la rupture de la bande.

Dans un mode de réalisation alternatif et non représenté, on pourrait prévoir plus de deux fils isolés, par exemple trois, quatre ou cinq fils isolés, montés en parallèle et présentant des résistances à la rupture différentes d'un fil à l'autre. Ceci peut permettre de détecter une fissuration de bande de manière graduelle.

Un nœud 28 assure la dérivation des fils isolés 25, 25', et également d'un jeu de dispositifs de capteurs 3 similaire au jeu décrit ci-dessus.

La figure 6 montre un exemple théorique de type de courbe qui pourrait être enregistrés par un processeur 33 au cours de la vie d'une bande de carbone. L'abscisse correspond au temps et l'ordonnée à des tensions.

Les pics de cette courbe correspondent à des instants de passage de caténaire.

Plus précisément, à l'instant ti, le fil de caténaire ne touche aucun capteur d'usure 3. La résistance équivalente du circuit de détection est donc égale à la somme de la résistance R3 et de la résistance équivalente au montage parallèle des fils isolés.

A l'instant t2, le fil de caténaire touche un capteur d'usure 3, la profondeur d'usure étant relativement faible au niveau du capteur d'usure en contact avec le fil de caténaire 2. La résistance équivalente du circuit de détection est donc égale à la somme de la résistance R3 et de la résistance équivalente au montage parallèle des fils isolés et de ce capteur d'usure. La résistance équivalente est donc plus faible qu'à l'instant ti, et la tension enregistrée est donc plus élevée qu'à cet instant

L'instant t3 correspond à un instant de passage de caténaire au niveau d'un capteur 3, au niveau duquel la profondeur d'usure est relativement élevée. La résistance opposée par ce capteur d'usure est donc plus faible que celle opposée par le capteur en contact avec le fil de caténaire à l'instant t2. Le pic correspondant à cet instant t3 est donc plus élevé en amplitude que celui correspondant à l'instant t2. Ce dispositif permet ainsi de s'assurer de l'homogénéité de l'usure, ou du moins d'avoir une idée du profil d'usure pendant le fonctionnement de la bande.

L'instant t ₄ correspond à une rupture du fil le plus fragile 25'. La résistance équivalente du circuit augmente en conséquence, et la tension mesurée chute brutalement.

On continue toutefois d'enregistrer des pics lors des instants de passage du fil de caténaire au niveau des capteurs 3, comme par exemple à l'instant ts.

L'instant te correspond à une rupture du fil le plus solide 25. La tension chute à zéro. Un signal de commande d'abaissement du pantographe est émis, ce qui empêche d'enregistrer de nouveaux pics par la suite.

La figure 7 est un logigramme pour illustrer un exemple de procédé mis en œuvre dans le processeur référencé 33 sur les figures 4 et 5.

On reçoit au cours d'une étape 101 un signal de tension U(t), à partir duquel on estime une valeur de résistance équivalente du circuit de détection, au cours d'une étape non représentée.

Au cours d'une étape 102, on déduit de cette valeur de résistance équivalente une valeur de paramètre d'usure S _w et une valeur de paramètre de rupture Sb. Dans cet exemple, on utilise une variable booléenne pour ce paramètre Sb.

On peut prévoir de calculer en outre, au cours de cette étape 102, une valeur d'usure par kilomètre parcouru S _w -km (non représenté), en fonction des instants correspondant aux maxima des pics et en fonction des amplitudes des pics.

Au cours d'une étape de test 103, on s'assure que l'usure n'a pas dépassé un seuil acceptable THR et que la bande n'est pas cassée. On peut aussi s'assurer de ce que la valeur d'usure par kilomètre parcouru ne dépasse pas un seuil THR' non représenté.

Le cas échéant, on génère au cours d'une étape 104 un signal SCONTROL autorisant le contact entre la bande et le fil de caténaire. Puis le processeur se place dans un état d'attente pendant une étape 106, avant de recevoir une nouvelle valeur de tension.

S'il s'avère à l'issue du test 103 que l'usure a dépassé le seuil THR, que l'usure par kilomètre parcouru est trop élevée ou que la bande est cassée, alors le signal SCONTROL prend une valeur, par exemple égale à 1 , pour imposer l'abaissement du pantographe.