Brevet FR2034099A1 — publié le 19701211

On connait de nombreux dispositifs électriques ét électro~ niques, permettant d'éviter les collisions entre chemins de fer mi niatures parcourant la meme voie ou des voies susceptibles de se croiser, dispositifs inspirés la plupart du temps des dispositifs similaires employés en signalisation ferroviaire et appartenant au type connu sous laomination "block-système". Le dispositif objet de la présente invention présente sur les autres dispositifs QFmus, un certain nombre d'avantages, touten étant d'une réalisation particulièrement simple. Tout d'abord, il permet une protection intégrale de tout un ensemble'de cantons, sans que certains de ces cantons soient séparés par un canton non protégé. D'autre part, ce dispositif, utilisant surtout des semiconducteurs, ne provoque qu'une chute de tension très faible dans l'alimentation des signaux ou des moteurs d'entraînement de ces chemins de fer miniatures, chute de tension qui ne dépend/en pratique de l'intensité absorbéepar le ou les convois en circulation. En dépit de sa simplicité, ce dispositif possède une très grande sensibilité, et permet de déceler, non seulement la présence dtun convoi alimenté entre les deux rails, mais également celle d'une simple ampoule consommant une très faible intensité entre ces deux rails. Par ailleurs, l'occupation d'un canton met hors t.ension l'intégralité do canton1 qui le suito Un autre avantage du dispositif objet de- la présente invention, réside dans le fait qu'en dépit de la protection qu'il confère, il permet une alimentation en polarité inversée d'un convoi à refouler, que ce convoi se trouve sur un canton alimenté ou sur un canton mis hors tension. Ce dispositif présente également l'avantage entre compatible avec les dispositifs de télécommande électronique décrits dans le brevet français n 104530268 du demandeur, ainsi que dans sa demande de brevet français n PV 117o285 du 8 Août 1967. Dans une variante de réalisation, le dispositif suivant l'invention permet un démarrage progressif lorsqu'un feu repasse au vert, au moment où le canton saivánh-- cesse autre occupé. Le dispositif consiste essentiellement en un ensemble de deux transistors assurant une logique 1,non", ensemble associé à des diodes d'arrêt ou de polarisation, et à des résistances0 Les caractéristIques de la présente invention seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit de deux modes de réalisation de dispositifs suivant l1invention, modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, et décrits en se référant au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une représentation schématique d'un'dispositif comportant un feu rouge et un feu vert constituant le signal asso cié à un élément de voie, et qui est en outre raccordé, par des élé- ments appropriés, aux dispositifs correspondants du canton précédent et du canton suivant ;; - et la figure 2 représente une variante plus perfectionnée de dis positif suivant l'invention, permettant un démarrage progressif après déblocage d'un canton. On a représenté sur la figure 1 une voie ferrée de train- miniature portant le nombre de référence 1, et constituée d'une part par un rail gauche continu 2 et d'autre part par un rail droit décou pé en cantons successifs tels que ceux désignés respectivement par les nombres de référence 5', 3 et-3". Le dispositif suivant l'invention comporte un transistor d'entrée 4 dont le courant de base est limité par une résistance 5, et dont le collecteur-est relié, d'une part au feu rouge 6 du signal précité, et d'autre part à une diode de blocage 7. Une diode d'ito- lement 8 est branchée en série avec le feu rouge 6, pour empocher le passage du courant en cas d'inversion de polarité. Le dispositif comporte également deux résistances de pola risation haute 9 et 10 et une résistance de fuite 11 d'un transistor de puissance 12, branché en série avec une diode de blocage 13, bran .chée elle-mEme entre le rail 3 et le collecteur du transistor 12. Enfin, une diode 15 est branchée en parallèle sur ltensembl. du transistor 12 et de la diode de blocage 13, diode qui assure l'ali mentation nécessaire au refoulement précité, On a désigné par 16 l'extrémité de la résistance 5, et l'on voit qu'un dispositif 4', 5', 16' s.emblable au dispositif 4 à 16 est prévu pour-le canton 3', de mime que des diodes 15" et 13", et un transistor 12" qui jouent le méme rôle pour le canton 3" que les diodes t5 et 13 et le transistor 12 pour le canton 3. te fonctionnement est le suivant :. Si l'on suppose, tout d'abord, que la voie est entièrement -libre, et qu'aucune charge 'existe sur aucun des trois cantons, - c'est-à-dire ni entre le rail 2 et le canton 3, ni entre le rail 2 et le canton 3t, ni entre le rail 2 et le canton 3", l'extrémité 16 de la résistance 5 est alors sensiblement au potentiel du pôle po sitif de la source d'alimentation, auquel elle est reliée par les éléments 15", 13" et 12". Le transistor 4 se trouve ainsi bloqué, et aucun courant ne circule, ni dans. l'ampoule du feu rouge 6, qui reste éteint, ni dans la diode 7. Un courant s'établit par contre entre le pôle négatif de la source et la base du transistor 12 par l'intermédiaire de la diode 8 et des résistances 9 et 10. La résistance 11 est choisie dans ce cas pour ne dériver qu'une faible fraction de ce courant de base. le' transistor 12 est donc saturé, et il n'offre au courant venant du p81e positif de la source de courant qui est relié à l'é metteur dudit transistor 12 ,qu'une impédance faible provoquant une très faible chute de tension permettant l'allumage de l'ampoule du feu vert 14. Si l'on suppose, maintenant, qu'un mobile consommant du courant se déplace dans le sens de la flèche 17, on remarquera que, tant que ce mobile se trouve sur le canton 3'-2, il ne provoque au cun effet sur les dispositifs précités 4 à 16. Par contre, dès qutil atteint-le canton 3-2, un courant circule dans le transistor 12 et dans la diode 13, en provoquant une chute de tension limitée par la résistance directe de cette diode, et par la tension de saturation, du transistor 12, c'est-à dire une chute de tension limitée, de l'ordre de 1 volt, et qui reste sensiblement constante pour une intensité consommée par le mobile ou tout autre dispositif raccordé entre les deux rails du canton considéré, susceptible de varier de 1 à 100. Une tension négative de 1 volt environ par rapport au pôle positif, se trouve donc transmise à l'entrés 16' du dispositif précédent. Le mobile reçoit donc la tension de la source diminuée de 1 volt, ce qui est négligeable. Le moteur de ce mobile tourne dans le sens correspondant à la polarité qui lu est appli quée, et le mobile continue à se déplacer dans le sens de la flèche 17. Il y a lieu de remarquer que, si le transistor 12 était bloqué par l'occupation du canton suivant, le potentiel negatif du point 16' pourrait monter jusqu'à celui du pôle négatif de la source, d'où la nécessité de prévoir une résistance 5' de limitation de l'intensité passant dans la base du transistor 4.- Lorsque ce mobile atteint le canton 3"-2, et mdme pendant qu'il court-circuite la coupure entre le canton 3 et le canton tt, le même processus se produit dans les éléments 13" et 12", et la base du transistor 4 est polarisée négativement de 1 volt environ par rapport à son émetteur, à travers la résistance 50 Comme le transistor 4 est saturé, un courant circule à travers l'ampoule du feu rouge 6, qui s'allume, et par l'intermédiaire de la dérivation constituée par la diod.e 7 et la résistance 9, le point commun aux résistances 9 et 10 prend un potentiel égal à la tension de saturation de ce transistor--4, augmenté de la chute de tension due au passage- du courant direct dans la diode 7, soit un potentiel inférieur à-I volt. Grâce au diviseur de tension forméc par les résistances 10-et 11, la base du transistor 12 prend un potentiel très voisin de celui de son émetteur, et ce transistor se bloque. Aucun courant ne peut plus y circuler, ce qui provoque l'extinction de l'ampoule du feu. vert 1-4. Le rail 3 reste cependant à un potentiel voisin du potentiel positif de la source d'alimentation, du fait de la fuite de la base du transistor 4' qui est très supérieure à celle de la diode 13. Dans le cas où le transistor 4' a une très faible fuite, et où la diode 13 a, au contraire, une fuite importante, il peut être nécessaire de brancher une résistance de valeur élevée entre la base et l'émetteur du transistor 4'. Si un autre mobile se présente sur le tronçon 3-2, le potentiel du rail 3 va devenir sensiblement égal à celui du rail 2. Comme ce potentiel se retrouve sur le point 16', le courant de.base du transistor 4', limité par la résistance 5', est seul à pouvoir circuler dans le mobile, et ce courant est très insuffi sant pour provoquer la rotation d'un moteur Lorsque le premier mobile aura. quitté le canton 3"-2, aucun-courant ne passera plus entre-le tronçon 3" et le rail 2, et le point 16 reprend ra un potentiel voisin de celui du-pole positif de la source d'alimentation, ce qui provoque le' blocage du transistor 4 et l'extinction de l'ampoule. du feu rouge 6. Le courant passant par la résistance 9 est alors seul' à passer dans la résistance 10, car- l'extinction -du fèu rouge 6 a provoque l'annulation du : courant dérivé par-la diode .7. Ce courant passant dans les résistances 9 et 10 en direction de la base du transistor 12 permet de saturer ce transistor, en provoquant l'allu- mage de l'ampoule du feu vert 14. Toutefois, à travers la diode 13, le rail 3 est alors por te'- à un potentiel inférieur d'un volt environ au potentiel positif', de la source d'alimentation, comme on l'a expliqué précédemment, ce qui provoque la mise en marche du mobile se trouvant sur le,tron-- çon 2-3. Il y a lieu de noter que, comme le point 16' reçoit ainsi une tension négative -d'environ I yolt par rapport au potentiel po- sitif de la source d'alimentation, la protection du canton précé dent 3'-2 reste assurée. En refoulement, on inverse la tension d'alimentation, et on retrouve la tension négative sur le rail 3 diminuée diurne très faible chute de tension correspondant au passage du courant dans la diode 15. D'autre part, les transistors sont protégés par les diodes 8 et 13 contre l'application d'une tension inverse. Les ampoules des feux 6 et 14 sont donc éteintes. Lorsque lton utilise le dispositif de télécommande élec tronique visé plus haut, l'alternance active correspond au cas où le rail de droite 3', 3, 3ft est positif. On est donc ramené-au cas du fonctionnement décrit plus haut, et les trains d'ondes franchissent sans atténuation le tran sistor 12 quand il est saturé, en passant par la diode 13,et pas snt par la diode 15 dans le sens opposé. Les mobiles télécommandés sont donc alimentés normalement quand le canton suivant est libre, et obéissent -aux deux sens de télécommande. A l'arrêt, l'ampoule d'éclairage qui reste allumée assure la protection du canton précédents Lorsque le canton suivant. est axl. contraire occupé, le courant ne peut franchir la diode ,15 que lorsque le rail 3 est né gatif. La télécommande ne sera donc active que dans le sens du refoulement, les ampoules d'éclairage étant alors éclairées à puis- sance réduite puisqu'une alternance sur deux est supprimée. Par contre, ces ampoules reprennent leur éclat normal dès que la voie redevient libre. Toutefois, les feux rouge et vert ne seront également alimentés que pendant une alternance sur deux, et l'on peut éven- tuellement prévoir un condensateur branché entre l'anode de la diode 8 et le pôle positif, de façon à assurer leur alimentation pendant l'autre alternance. En télécommandeS les feux rouge et vert fonctionnent méme en refoulement, mais bien entendu, la protection ntest pas assurée en marche arrière, à moins de prévoir des dispositifs symétriques sur le rail 2 supposé fractionné en cantons. Le dispositif représenté sur-la figure 2 est une variante perfectionnée permettant un-démarrage progressif. il comporte, en dehors des éléments déjà mentionnés, visibles sur-la-figure 1, une diode 18 et un condensateur 19 en parallèle sur l'ensemble du cir cuit base-émetteur du transistor 4 et de la diode 7, et facultative ment une diode 20 en série avec l'émetteur du transistor 12 et des tinée à améliorer son blocage. Une résistance de fuite 21 est également prévue en série Savec le condensateur 19, entre l'émetteur du transistor 4 et la diode 18. Le fonctionnement d'un tel dispositif est analogue à celui du procédé connu servant à limiter la bande passante dans les ampli ficateurs opérationnels. Dès qu'un canton est occupe, le courant de la résistance 5 passe intégralement dans la base du transistor 4, ne pouvant pas pas sser par la diode 18 qui est de sans opposé, ce qui provoque le blo cage du transistor 12 de la façon indiquée plus haut. Le condensateur 19 se charge alors à travers la résistance 9 et à travers la résistance 21 qui est de valeur élevée. Lorsque la voie redevient libre, et que le point -16 n'est plus polarisé négativement, le transistor 4 cesse autre conducteur, et le potentiel du point commun aux résistances 9 et 10 devient plus négatif. Ce potentiel se transmet à travers le condensateur 19 et la diode 18 à la base du transistor 4 qui devisent à nouveau -conducteu: Ainsi, au lieu de retraverser brusquement la résistance 10, le courant diminue progressivement dans le -transistor 4 et augmente lentement dans la base du transistor 12 qui laissera passer une in tensité croissante dans le mobile situé sur le canton 3-2. Le - transistor 12 devra pouvoir dissiper la puissance cor respondante ; comme ce transistor se sera échauffé au cours du dé marrage, la diode 20, qui polarise négativement son émetteur, permettra un blocage plus sûr lors du fonctionnement suivant. Dans le cas d'emploi du dispositif de télécommande précit@@ on prévoit un condensateur 22 en parallèle sur la diode 15, de fa çon à empêcher un affaiblissement des trains d'ondes pendant le démarrage progressif. Les figures 1 et 2 ont été établies en-utilisant des tran- sistors PNP, mais on peut également utiliser des transistors NPN en inversant le sens de toutes les diodes, ainsi 'que les deux pales d'a- limentation. et les rails 2 et 3. - Dans le cas- où on ne prévoit.. ni fonôtionnement avec télé- commande électronique, ni menoeuvre de refoulement, on peut supprimer la diode 15 et court-circuiter la diode 8. Pour pouvoir régler la vitesse de façon indépendante sur chaque canton, dans le cas où il, n'y a pas de télécommande, ou pourmaintenir un éclairage constant des ampoules des feux, en dépit d'un réglage de vitesse on peut relier la diode 8. non pas au rail, 2, mais à un potentiel. fixe par rapport au pôle po- sitif de la source d'alimentation, potentiel qui peut d'ailleurs titre alternatif du fait du redressement opéré par la diode 8. Le rail 2 sera alors alimenté par une tension différente de celle du pale positif de la source d'alimentation, et qui varie en fonction de la vitesse, cette tension pouvant par exemple être différente d'un canton à l'autre. Si l'on désire protéger certains cantons sans qu'ils cons- tituent des zônes d'arrêt, ce qui peut être intéressant pour des formations longues, on alimente ces cantons à partir du pôles positif à. travers un réseau de diodes telles que les diodes 13 et 1,5, ou 13, 20 et t, 5, en remplaçant le transistor 1,2 par un çourt-circuit. Si l'alimentation d'un canton doit,être soumise à plusieurs conditions, dont une seule doit assurer la coupure de cette alimentation, comme par exemple dans le cas des croisements, on connecte, à la base du transistor 4 autant de résistances 5 que de conditions auxquelles. ledit canton est soumis, suivant le circuit logique connu sous le nom de "OU à résistances". Il est bien entendu que l'on peut apporter aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits divers changements, perfectionnements ou additions, ou remplacer certains éléments par des éléments équivalents, sans altérer pour cela l'économie générale de REVENDICATIONS 10 Dispositif perfectionné anti-collisions pour trains miniatures, caractérisé part le fait qutil est constitué par deux transistors montés en amplificateur à deux étages avec lisisons par ré sistanecs et diodes, et qu'il commande deux feux de signalisation ayant un point commun à potentiel constants 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alimentation des feux et celle du moiteur du mobile sont assurées à partir de la source d'alimentation à travers des semiconducteurs branehés en série avec les appareils à alimenter, et ne provoquant qu'une très faible chute de tension. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les différentes alimentations sont assurées à travers des diodes de protection permettant d'inverser les deux pôles de la source d'alimentation, en vue d'assurer le refoulement du mobile en dehors du canton ou il se trouve, d'employer une source de courant alternatif, et éventuellement une télécommande électronique de type connu, et enfin de, permettre une protec-tion dans les deux sens de marche en employant deux deux de dispositifs symétriques. 4o Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, un condensateur de contre-réaction permettant un démarrage progressif. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la résistance de limitation du courant du transistor d'entrée de ce dispositif est remplacée par plusieurs résistances réunies à ladite base et constituant un circuit logique du type "OU à résistances", 6o Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte une diode de blocage en série avec le transistor de puissance de ce dispositif, et qui9 en cas d'occupation du canton correspondant, laisse passer un courant suffisant pour transmettre à l'entrée du dispositif précédent une tension de commande significative de ladite occupation0