Brevet FR2657052A1 — publié le 19910719

Locomotive de traction à prise d'énergie électrique sur caténaire au moyen d'un pantographe La présente invention concerne les locomotives ou motrices de traction à prise d'énergie électrique sur caténaire au moyen d'un pantographe, et plus particulièrement les locomotives destinées à se propulser et tracter des trains de wagons ou analogue à grande vitesse. Il existe actuellement des moyens de transport qui utilisent des locomotives ou motrices, par exemple les tramways, les trains, etc. et, parmi ces moyens, il en est qui sont conçus pour atteindre de très grandes vitesses. Ces conditions de déplacement imposent des structures très particulières en ce qui concerne aussi bien les voitures transportant les voyageurs que les motrices elles-mêmes. Notamment, des carrosseries à profil adapté ont été étudiées pour réduire au maximun la résistance à l'avancement dans l'atmosphère ambiante, en l'occurrence : l'air. Par ailleurs, les performances souhaitées pour ces engins ne peuvent être réalisées que si, de plus, les motrices sont alimentées en énergie électrique. Le système utilisé pour ce type d'alimentation est généralement constitué de câbles électriques, ou caténaires, maintenus parallèles au sol sur lequel ces moyens de transport sont aptes à se déplacer, sur lesquels viennent frotter des patins portés par des pantographes associés à la carrosserie des motrices. Or, les pantograhes actuellement connus et mis au point pour les motrices de trains dits à grande vitesse" ne donnent pas entière satisfaction. Notamment, leur profil aérodynamique et le logement qui leur est réservé dans la carrosserie de la motrice, pour les recevoir lorsqu'ils sont repliés, créent des perturbations aérodynamiques telles qu'ils ne sont pas toujours parfaitement maintenus au contact des caténaires. Il s'en suit que les trains ne peuvent pas atteindre la plus grande vitesse prévue. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et de réaliser une locomotive ou motrice de traction à prise d'énergie électrique sur caténaire au moyen d'un pantographe, qui présente un minimum de résistance à sa pénétration dans l'air et qui soit régulièrement alimentée en énergie, suite à un contact permanent du pantographe avec la caténaire, quelles que soient les conditions de déplacement de la motrice. Plus précisément, la présente invention a pour objet une locomotive de traction apte à se déplacer suivant une direction donnée, à prise d'énergie électrique sur caténaire au moyen d'un pantographe, comportant une carrosserie dont le profil extérieur présente, dans une coupe perpendiculaire à ladite direction de déplacement, sensiblement la forme d'un "U renversé délimitée par deux parois latérales et un toit, ladite carrosserie comprenant un logement apte à recevoir au moins une partie dudit pantographe, des moyens pour commander le levage et l'abaissement dudit pantographe, et des moyens de moteur d'entratnement, caractérisée par le fait que ledit pantographe est constitué par une pièce sensiblement en forme générale de U' renversé dont la surface extérieure, définie dans un plan perpendiculaire à ladite direction de déplacement, est sensiblement de la même forme que celle dudit profil extérieur de ladite carrosserie de façon que, lorsque ladite pièce est rentrée au moins partiellement dans ledit logement, sa surface extérieure occulte ledit logement et de' finisse, avec la surface extérieure de ladite carrosserie, une surface sensiblement continue, et que les moyens pour commander le levage et l'abaissement dudit pantographe sont des moyens pour déplacer ladite pièce en U dans un plan perpendiculaire à ladite direction donnée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lequels La figure 1 représente, vu en perspective sous forme schématique, un mode de réalisation d'une locomotive selon l'invention, La figure 2 représente, sous forme schématique, une coupe suivant un plan perpendiculaire à la direction de déplacement, de la locomotive selon la figure 1, La figure 3 représente une vue en coupe dans un plan parallèle à la direction de déplacement, référencée III-III sur la figure 2, La figure 4 représente, vu en perspective sous forme schématique, un autre mode de réalisation d'une locomotive selon l'invention, La figure 5 représente, sous forme schématique, une coupe de la locomotive selon la figure 4 suivant un plan perpendiculaire à la direction de son déplacement, et La figure 6 représente une vue en coupe dans un plan parallèle à la direction du déplacement, référencée VI-VI sur la figure 5. Bien que les figures représentent deux modes de réalisation sensiblement différents, les mêmes références y désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme sous laquelle l'élément a été représenté. La figure 1 représente, sous forme schématique, une locomotive ou motrice l, notamment pour chemin de fer apte à se déplacer à grande vitesse suivant une direction donnée 2, à prise d'énergie électrique sur une caténaire 3 au moyen d'un pantographe 4. Une telle motrice comporte une carrosserie 5 dont le profil extérieur 6 se présente, dans une coupe perpendiculaire à la direction de déplacement 2, sensiblement sous la forme d'un "U renversé. Sur le toit 7 de la motrice correspondant sensiblement à la base du "U", et même avantageusement sur ses flancs correspondant aux branches du "U", est réalisé un logement 9 apte à contenir le pantographe 4 qui est associé, par sa base 8, à la carrosserie de la motrice, par exemple à l'intérieur du logement 9. La motrice comporte en outre des moyens 10 pour commander le levage et l'abaissement du pantographe et, bien entendu, des moyens de moteur d'entrainement qui sont, pour ce type de traction à grande vitesse, des moteurs électriques. Ceux-ci étant bien connus en eux-mêmes ne seront pas décrits ici. Selon une caractéristique de la présente invention, le pantographe 4 est constitué par une pièce ll sensiblement en forme générale de U renversé dont la surface extérieure 12, définie dans un plan perpendiculaire à la direction de déplacement 2, est sensiblement de la même forme que celle du profil extérieur 6 de la carosserie 5, de façon que, lorsque la pièce 11 est en position "rentré" dans le logement 9, sa surface extérieure 12 occulte le logement 9 et définisse, avec la surface extérieure 6 de la carrosserie 5, une surface continue. Il apparait ainsi que, lorsque le pantographe est dans la position "rentré", la surface extérieure de la motrice est parfaitement continue et ne produit pas de perturbations importantes dans l'écoulement des veines d'air le long de la carrosserie. De plus, pour améliorer la pénétration dans l'air de la pièce constitutive du pantographe 4 lorsque celui-ci est en position "levé", cette pièce 11 présente, dans un plan sensiblement parallèle à la direction de déplacement, une section de forme sensiblement elliptique, à la manière par exemple d'une aile d'avion ou analogue.Cependant, dans le cas d'un tel pantographe, cette section est avantageusement symétrique, de façon que la pénétration dans l'atmosphère ambiante du pantographe "levé" soit aussi bonne quel que soit le sens du déplacement de la motrice dans cette atmosphère, étant donné que, au contraire d'un avion, une telle motrice doit pouvoir se déplacer sur les rails dans les deux sens, vers l'avant ou à reculons". Un exemple de forme pour cette section 13 est illustré sur la figure 3 qui représente une vue en coupe de la base 14 de la pièce en "U" 11, dans un plan parallèle à la direction de déplacement 2 et référencée III-III sur la figure 2, étant entendu que les deux branches du "U" renversé formant la pièce 11 ont, elles aussi, une section de forme aérodynamique elliptique, en continuité de celle de la base 14. La pièce 11 est destinée à prélever l'énergie électrique sur la caténaire 3 et constitue de fait la partie la plus importante du pantographe 4. Elle comporte, au moins sur sa base 14, un patin de frottement 15 apte à prélever par frottement sur la caténaire l'électricité transportée par celle-ci. Ce patin est donc réalisé en un matériau conducteur électrique, par exemple du carbone. Pour assurer une bonne continuité du frottement, surtout dans le cas de déplacements très rapides de la pièce 11 par rapport à la caténaire, le patin est monté sur une partie support 17 de la pièce 11 par l'intermédiaire d'amortisseurs 16 avantageusement de type élastique. Dans un mode de réalisation avantageux, ce patin peut être constitué par un rouleau monté rotatif sur la partie support 17 autour d'un axe perpendiculaire à la direction de déplacement 2. Ce mode de réalisation permet de mieux répartir l'usure du patin par frottement sur la caténaire 3, et donc de ralentir cette usure. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les deux branches latérales 18, 19 de la pièce 11 en "U" renversé constituent des conduits creux pour des conducteurs électriques 20, 21 entre le patin de frottement 15 et les moteurs d'entrafnement de la motrice (non représentés), ce qui permet de protéger ces conducteurs par une enveloppe de forme extérieure profilée, alors qu'ils sont, eux, des éléments de la prise d'énergie électrique très difficiles à profiler aérodynamiquement. Les perturbations et turbulences de l'air, notamment lors de déplacements à grande vitesse, s'en trouvent encore plus diminuées. Comme mentionné ci-avant, un pantographe doit pouvoir aisément passer d'une position "levé" à une position "rentré", et réciproquement. La structure du pantographe décrite ci-dessus permet de réaliser très avantageusement les moyens 10 permettant ces mouvements. Ces moyens 10 comportent au moins un étage de vérins 30 comprenant, comme illustré sur les figures 1 et 2, au moins deux vérins 31, 32 montés en parallèle de façon que leur déplacement soit sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement 2, une extrémité de chacun d'eux étant solidaire de la carrosserie 5, à l'intérieur du logement 9, les deux autres extrémités étant solidaires de la pièce 11, et avantageusement respectivement des parties basses 33, 34 des deux branches latérales 18, 19 de cette pièce en "U" qui ont une longueur déterminée en fonction de la structure de la carrosserie et de la position des caténaires par rapport au toit 7. Dans un mode de réalisation avantageux, dans le but d'absorber les efforts de basculement de la pièce 11 autour d'un axe perpendiculaire à la direction de déplacement 2, ces moyens 10 de levage et d'abaissement du pantographe peuvent comporter un étage de quatre vérins montés en parallèle et répartis aux sommets d'un quadrilatère avantageusement rectangle, de façon que la pièce 11 soit supportée, sur chacune de ses deux parties latérales, par deux vérins. Le pantographe se trouve ainsi bien maintenu dans un plan perpendiculaire à la direction de déplacement 2. Dans un mode de réalisation possible, les vérins sont des vérins de type hydraulique alimentés à partir d'une source 35 à laquelle est associée une centrale de commande d'alimentation en fluide, par exemple de l'huile ou de l'air. Ils peuvent cependant être de type mécanique, par exemple à crémaillère, leur tige pouvant être alors commandée par un moteur, notamment électrique pas-à-pas. Les moyens 10 de levage et d'abaissement du pantographe 4 décrits ci-dessus permettent, notamment, d'asservir la position de la pièce 11, et plus particulièrement du patin 15, de façon que, lorsque le pantographe est en position "levé", le patin reste parfaitement au contact de la caténaire 3 quelles que soient la vitesse de la motrice et sa position par rapport à cette caténaire. Les trois figures 4 à 6 représentent un autre mode de réalisation d'une locomotive selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, la pièce en "U" 11 constituant l'un des éléments essentiels du dispositif coopère avec un logement 9 qui n'est apte à contenir qu'une partie de cette pièce 11. Dans ce cas, le logement 9 est en effet constitué par deux parties de logement 41 et 42 définies en bordure des deux côtés latéraux 51, 52 de la carrosserie 5 destinées à ne recevoir que les branches latérales 18, 19 de la pièce en "U" 11. Ces deux branches latérales sont montées en coulissement dans ces deux parties de logement, à la manière d'un montage télescopique, mais surtout de façon que les surfaces latérales extérieures 58, 59 de ces deux branches restent toujours sensiblement dans le plan des deux parois latérales 51, 52 de la carrosserie 5. Cette configuration assure une continuité presque parfaite aux parois latérales de la carrosserie, et donc un écoulement de l'air le long de ces parois latérales sans perturbations, même lorsque la locomotive est en pleine vitesse. Lorsque le logement 9 a la structure particulière en deux parties telle que décrite ci-dessus, la base 43 de la pièce en "U" 11 est avantageusement délimitée, comme cela apparat sur les figures 5 et 6, par deux surfaces, une première surface intérieure 44 de la même forme que celle du toit 7 de la carrosserie, c'est-à-dire généralement cylindrique concave de génératrice parallèle à la direction 2, et une seconde surface extérieure 45 convexe d'un rayon de courbure inférieur à celui de la surface intérieure 44, de façon que la section de cette base 43 dans un plan parallèle à la direction 2 ait la forme illustrée sur la figure 6, c'est-à-dire sensiblement plan-convexe. Cette configuration permet à la base 43, lorsque le pantographe est en position "rentré" comme illustré en pointillé sur la figure 5, de venir se plaquer contre le toit 7 en n'ajoutant, sur celui-ci, qu'un léger bourrelet qui n'entrafnera que de très faibles perturbations aérodynamiques. REVENDICATIONS 1. Locomotive de traction apte à se déplacer suivant une direction donnée (2), à prise d'énergie électrique sur caténaire (3) au moyen d'un pantographe (4), comportant une carrosserie (5) dont le profil extérieur présente, dans une coupe perpendiculaire à ladite direction de déplacement, sensiblement la forme d'un "U" renversé délimitée par deux parois latérales et un toit, ladite carrosserie comprenant un logement (9) apte à recevoir au moins une partie dudit pantographe, des moyens (10) pour commander le levage et l'abaissement dudit pantographe, et des moyens de moteur d'entraînement, caractérisée par le fait que ledit pantographe est constitué par une pièce (11) sensiblement en forme générale de "U" renversé dont la surface extérieure (12), définie dans un plan perpendiculaire à ladite direction de déplacement, est sensiblement de la même forme que celle dudit profil extérieur de ladite carrosserie (5) de façon que, lorsque ladite pièce est rentrée au moins partiellement dans ledit logement, sa surface extérieure occulte ledit logement et définisse, avec la surface extérieure (6) de ladite carrosserie, une surface sensiblement continue, et que les moyens (10) pour commander le levage et l'abaissement dudit pantographe sont des moyens pour déplacer ladite pièce en "U" dans un plan perpendiculaire à ladite direction donnée (2). 2. Locomotive selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la section (13) de ladite pièce (11) en "U" renversé, dans un plan. parallèle à ladite direction de déplacement (2), est de forme sensiblement elliptique. 3. Locomotive selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la base (43) de ladite pièce (11) en "U" renversé est délimitée par deux surfaces intérieure et extérieure, ladite surface intérieure étant de même courbure que celle du toit de ladite carrosserie. 4. Locomotive selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que ladite pièce (11) en "U" renversé comporte une partie support (17) et, au moins sur sa base (14) correspondant à celle du "U", un patin de frottement (15) monté sur ladite partie support. 5. Locomotive selon la revendication 4, caractérisée par le fait que ledit patin est constitué par un rouleau monté rotatif sur ladite partie support. 6. Locomotive selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée par le fait que ledit patin de frottement (15) est monté sur ladite partie support (17) par l'intermédiaire d'amortisseurs (16). 7. Locomotive selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les deux branches latérales (18,19) de ladite pièce (11) en "U" renversé constituent des conduits creux pour des conducteurs électriques (20,21) entre ledit patin de frottement et lesdits moyens de moteur. 8. Locomotive selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les moyens (10) pour commander le levage et l'abaissement dudit pantographe (4) comportent au moins un étage (30) de vérins. 9. Locomotive selon la revendication 8, caractérisée par le fait que étage de vérins comporte au moins deux vérins (31,32) montés sensiblement perpendiculairement à ladite direction de déplacement (2), une de leurs extrémités étant solidaire de ladite carrosserie, à l'intérieur dudit logement, et l'autre étant solidaire (33,34) de ladite pièce en forme de "U" renversé. 10. Locomotive selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit logement (9) est défini par deux parties de logement (41,42) délimitées dans les deux parois latérales (51,52) de ladite carrosserie (5), les deux branches latérales (18,19) de ladite pièce en U" (11) étant montées coulissantes, respectivement dans les deux dites parties de logement.