Brevet FR2696985A1 — publié le 19940422

PROCEDE D'ALIMENTATION EN COURANT ELECTRIQUE DE VEHICULES ELECTRIQUES ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DUDIT PROCEDE La présente invention a pour objet un procédé d'alimentation en courant électrique de véhicules électriques. Face à la conjugaison de difficultés sans cesse croissantes que connaissent les grandes métropoles, aussi bien en matière de pollution que de fluidité du trafic, l'électricité représente la solution en matière de circulation automobile la plus universellement reconnue pour autant que les deux problèmes majeurs que pose l'alimentation de ces véhicules en électricité soient résolus : le poids aussi bien que l'encombrement des batteries, et leur autonomie aussi bien que le temps d'immobilisation du véhicule pendant le chargement desdites batteries. En effet, malgré les très réels progrès qui ont été réalisés sur les batteries à cadmium-nickel ou sur les piles à combustible, de tels véhicules sont encore tributaires d'une faible autonomie, des poids et volumes des batteries encore très importants, et de temps de recharge de celles-ci trop longs pour ne pas constituer un ensemble de contraintes extrêmement limitatif rendant en outre difficile l'élaboration d'un véhicule de faibles dimensions, donc d'encombrement réduit, bien adapté à la location impersonnelle. La présente invention a pour objet un procédé d'alimentation électrique des véhicules électriques permettant de lever les contraintes ci-dessus. Selon l'invention, un procédé d'alimentation en courant électrique des véhicules électriques consiste à prévoir un réseau de lignes électriques d'alimentation encastré dans le sol et adapté à alimenter des plots conducteurs d'alimentation avec lesquels vont coopérer au moins deux patins conducteurs portés par le véhicule, les deux dits patins conducteurs étant reliables électriquement aux bornes d'un circuit électrique d'alimentation en courant d'un moteur électrique de traction du véhicule et/ou aux bornes d'une batterie d'accumulation de courant portée par le véhicule, lesdits plots n'étant alimentés par le réseau qu'en présence du véhicule. L'invention permet l'utilisation de la batterie en relais qui, dès lors, est beaucoup plus légère et beaucoup moins encombrante que des batteries utilisées en continu, tout en conservant au véhicule ainsi alimenté une liberté de mouvement dans le périmètre "ainsi étendu" de cette alimentation tout à fait analogue à celle des véhicules électriques à batterie ou à essence. Une telle autonomie aura d'autant moins besoin d'être importante que l'ampleur de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera généralisée. Un des avantages importants de la présente invention réside dans la grande souplesse d'utilisation offerte liée à la grande fréquence possible des occasions de recharge de la batterie consécutives à des décharges de courtes durées et à la limitation de l'utilisation de ces batteries. Les nombreux plots d'alimentation constituent un véritable réseau de points d'alimentation ; les plots ayant une certaine longueur, entre deux paires de plots, la batterie prend le relais, conjointement dans la majorité des cas avec l'inertie du véhicule, pour emmener le véhicule jusqu'à la paire de plots suivante sur lesquels de nouveau elle va pouvoir se recharger, et ainsi de suite, tant que le véhicule roule sur le réseau d'alimentation électrique mis en oeuvre pour l'application du présent procédé. On comprend qu'également un tel procédé est aussi utilisable véhicule arrêté ; à l'arrêt, la batterie seule est alimentée, que ce soit en stationnement à des endroits réservés en bordure de trottoir par exemple, ou aux arrêts obligatoires comme feux rouges, stops, etc. Les plots n'étant alimentés par le réseau que lors du passage du véhicule, et étant alors couverts par la carrosserie du véhicule, la sécurité des personnes et notamment des piétons est assurée ; pour parfaire cette sécurité, les plots sont alimentés individuellement l'un après l'autre, l'un des plots n'étant alimenté que si l'autre l'est ; pour la parfaire encore, en particulier par temps de pluie, l'invention prévoit que la présence d'un corps étranger conducteur en contact avec un plot empêche l'alimentation de celui-ci. Grâce à la présente invention, cette alimentation par le sol du véhicule est réalisée en l'absence totale de risque d'électrocution pour quiconque, et en particulier pour tous les usagers de la voie publique. Une telle alimentation électrique d'un véhicule électrique n'étant pas gratuite, l'invention prévoit également un pilotage de cette alimentation par des moyens de monétique installés à bord du véhicule, en sorte que cette alimentation est déclenchée par lesdits moyens de monétique qui agissent également, par exemple, en même temps que la détection de présence du véhicule évoquée ci-dessus. Avantageusement, ils n'agissent que si une réserve d'argent existe dans les moyens de monétique. L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé d'alimentation ci-dessus, dans lequel les plots sont constitués d'une plaque métallique de forme générale allongée logée à la surface du sol. Selon une forme préférée de réalisation, chaque plot est alimenté par le réseau à travers un interrupteur à bille sphérique métallique logée dans le sol et déplacée par un aimant monté coulissant sur le véhicule ; la bille est traversée d'un alésage par lequel elle coulisse sur une tige verticale ancrée dans le fond d'un logement du sol. Avantageusement, les patins conducteurs sont constitués d'un rouleau formé d'au moins un tronçon en matériau conducteur. De préférence, les patins conducteurs sont portés par un levier articulé sous le chassis du véhicule ; l'aimant est monté coulissant verticalement dans un boîtier cylindrique en matériau amagnétique porté par le chassis du véhicule, ledit aimant étant attelé au levier ; le levier est déplaçable en rotation par action d'un vérin contre l'action d'un ressort qui, lorsque le vérin n'est pas alimenté, maintient le levier dans une position de repos pour laquelle le patin est éloigné du sol. Selon une forme préférée, le circuit d'alimentation de l'un des plots par la ligne "Moins" ou "Neutre" du réseau comporte un interrupteur fermé sous l'action de capteurs de présence du véhicule et/ou de monétique, l'un des capteurs étant prévu à l'avant du véhicule et l'autre étant prévu au sol au voisinage des plots ; le circuit d'alimentation de l'un des plots par la ligne "Plus" ou "Phase" du réseau comporte un interrupteur fermé lorsque le circuit d'alimentation de l'autre plot est fermé. Avantageusement, chaque plot est entouré d'un anneau métallique de sécurité, chaque plot et son anneau associé constituant les bornes d'un circuit électrique alimenté sous faible puissance qui, lorsque lesdites bornes sont court-circuitées, est parcouru par un courant qui active un interrupteur qui coupe le circuit d'alimentation du plot "Moins" ou "Neutre". Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire, maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur les dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 montre une vue générale de dessus du dispositif d'alimentation selon l'invention; - la figure 2 est un schéma électrique partiel du dispositif; - la figure 3 montre une coupe partielle schématique du dispositif, un véhicule étant présent; - la figure 4 montre en coupe partielle un exemple de montage d'un patin adapté à coopérer avec un plot; - la figure 5 est une vue de droite de la figure 4; - la figure 6 est une vue partielle de dessus d'un plot entouré de l'anneau de sécurité associé; - la figure 7 est une vue de dessus montrant schématiquement la position relative des plots au sol et des patins sous le véhicule, le véhicule se déplaçant de gauche à droite, sur cette figure, en marche avant; - la figure 8 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un interrupteur à bille. On voit sur la figure 1, schématiquement, un véhicule 1 électrique roulant sur l'une, 2, de deux voies de roulement 2 et 3 d'un sol, dans le sens de la flèche F. Les repères 4 et 5 désignent respectivement les roues avant et les roues arrière du véhicule. Deux lignes 6 et 7 d'alimentation encastrées dans le sol sont destinées à alimenter, dans des conditions détaillées ci-après, deux séries de plots alternées, la ligne 6 alimentant une série de plots 16 et la ligne 7 une série de plots 17 ; les deux séries de plots 16, 17 sont alignées selon une ligne que le véhicule 1 est amené à chevaucher lorsqu'il roule sur le sol. Comme montré sur la figure 3, les roues arrière 5 du véhicule électrique 1 sont entraînables en rotation par une transmission électromécanique 50 classique, qui ne sera pas détaillée mais dont on voit les conducteurs électriques 54 et 57 d'alimentation des moteurs électriques qu'elle comporte. Les conducteurs 54 et 57 sont reliés, d'une part, par des liaisons électriques 53 et 56 à une batterie d'accumulation 51 d'énergie électrique et, d'autre part, par des liaisons 52 et 55, à deux patins conducteurs 18 et 19 adaptés à coopérer avec les plots d'alimentation 16 et 17 eux-mêmes adaptés à être alimentés par les lignes 6 et 7. Nous allons décrire maintenant l'agencement relatif au plotl6 et au patin 18, étant entendu que celui relatif au plot 17 et au patin 19 est identique. Le plot 16 est une plaque métallique, de forme générale rectangulaire (figures 4 à 8) logée à la surface du sol dans la chaussée2, d'où elle peut dépasser légèrement; le plot 16 a été représenté rectangulaire mais toute forme allongée convient, par exemple elliptique; le plot 16 est relié par une connexion 10 à un premier contact 20 ; un deuxième contact 22 est relié par une connexion 8 à la ligne d'alimentation 6.Ancrée dans le fond 41 d'un logement 58 du sol 2, une tige 40 verticale, en matériau isolant, supporte à coulissement une bille sphérique 12 métallique traversée d'un alésage 42 diamétral par lequel elle coulisse sur la tige 40; la bille 12 peut occuper au moins deux positions, une position basse, en traits mixtes sur la figure 8, dans laquelle elle est éloignée des contacts 20 et 22, et une position haute, en traits pleins sur cette figure, dans laquelle elle coopère avec ces deux contacts 20 et 22 prévus avantageusement selon un secteur sphérique pour assurer les contacts avec la bille 12. Le patin 18 est constitué, figures 4 et 5, d'un rouleau formé de trois tronçons dont le rôle apparaîtra ci-après, deux tronçons 18A d'extrémité en matériau conducteur séparés par un tronçon 18B en matériau non conducteur, l'axe métallique 18C du rouleau reliant électriquement les deux tronçons 18A. En variante non représentée, le diamètre du tronçon 18B est inférieur à celui des tronçons d'extrémité 18A ; le tronçon 18B pourrait d'ailleurs être supprimé, les tronçons 18A étant simplement à une distance axiale l'un de l'autre. Les tronçons 18A conducteurs sont par exemple réalisés en une matière élastomère rendue conductrice par l'incorporation lors de son élaboration de particules conductrices (poudre métallique, de carbone, ...), ladite matière surmoulant un treillis métallique, par exemple en fils de cuivre, disposé circonférentiellement, dont les mailles sont radiales, des fils du maillage émergeant à la périphérie des tronçons ; ce treillis est électriquement relié à un moyeu qui assure la continuité électrique au reste du circuit; les rouleaux étant montés fous sur un axe, comme cela apparaîtra mieux ci-dessous, il n'y a pas d'usure de ces nombreuses extrémités de fils qui émergent à la périphérie, lors du fonctionnement. L'axe 18C du rouleau 18 est porté par un levier 59 articulé en 62 sous le chassis du véhicule 1; plus précisément, les deux extrémités du levier 59 sont en forme de fourches 63, 64 reliées par un segment rectiligne 65 ; à l'intérieur de la fourche 63 articulée sur le chassis du véhicule, dans le sens transversal par rapport au véhicule, le chassis porte un boîtier cylindrique 68 en matériau amagnétique, par exemple en plastique, disposé verticalement et dans lequel coulisse un aimant 14 ; l'aimant 14 porte une queue 67 chevauchant une entretoise 66 portée par les branches de la fourche 63, ladite entretoise 66 traversant des échancrures 73 longitudinales ménagées dans la paroi du boîtier 68, les échancrures 73 se faisant face.Un vérin 69 est articulé d'un côté en 70 sur le levier 59 et de l'autre en 71 sur le chassis du véhicule 1; lorsque le vérin 69 n'est pas alimenté, un ressort 72 le met dans sa position rétractée pour laquelle le levier 59 est en position haute, en appui sur une butée 74 prévue sur la carrosserie du véhicule; c'est la position représentée en traits mixtes sur la figure 4 ; lorsque le vérin 69 est alimenté, son extension met le patin 18 en appui contre le sol 2, sur laquelle le patin en forme de rouleau 18 peut rouler, contre l'action du ressort 72 ; le vérin 69 peut être de tout type, hydraulique, pneumatique, ou électrique; on comprendra que, pour des questions de sécurité de fonctionnement, le levier 59 est incliné vers 1' arrière du véhicule, le véhicule roulant en marche avant de la droite vers la gauche sur la figure 4. Lorsque le levier 59 est en position haute, l'aimant est à une distance, mesurée verticalement, D du sol ; lorsqu'il est en position basse, cette distance est E; lorsque l'aimant est à l'aplomb du plot 16 et donc de la bille 12, les positions des éléments concernés sont par construction telles que la distance E permet à l'aimant 14 d'attirer la bille 12, qui relie alors les contacts 20 et 22, tandis que la distance D rend inefficace l'action de l'aimant 14 sur la bille 12 qui reste en position basse pour laquelle les contacts 20 et 22 ne sont pas reliés. Comme cela a été dit plus haut, le véhicule 1 est donc équipé de deux patins ou rouleaux 18, 19 portés chacun par un levier 59 comme cela vient d'être décrit et associés donc chacun à un aimant 14, 15 ; le schéma de la figure 2 montre les rouleaux 18 et 19 au contact des plots 16 et 17 et leurs liaisons électriques 52 à 57 à la transmission 50 et à la batterie 51 telles qu'explicitées à propos de la figure 3 ; l'aimant 14 attire la bille 12 vers les contacts 20 et 22, et l'aimant 15, associé au rouleau 19, attire sa bille associée 13 qui relie un contact 21 lié par une connexion 1 1 au plot 17 et un contact 25 lié par une connexion 9 à l'autre ligne 7 d'alimentation. Dans la variante décrite, l'axe 18C du rouleau 18 est solidaire du rouleau et tourillonne dans l'extrémité du levier 59 ; bien entendu, cela pourrait être l'inverse, c'est-à-dire que l'axe 18 C pourrait être solidaire du levier 59 et le rouleau 18 tourillonner sur l'axe 18C ; avantageusement, un contact tournant non représenté relie le rouleau 18 à la liaison 52 ; il en est de même pour le rouleau 19. Pour faciliter la suite de l'exposé de la présente invention, nous supposerons que les lignes d'alimentation 6 et 7 encastrées dans le sol sont des lignes d'alimentation en courant continu, la ligne 6 étant la ligne "Moins" et la ligne 7 la ligne "Plus" ; bien entendu, ces lignes pourraient aussi être des lignes d'alimentation en courant alternatif, auquel cas un convertisseur logé à bord du véhicule effectuerait la conversion si nécessaire, notamment pour l'alimentation de la batterie 51, la ligne 6 étant alors le "Neutre" et la ligne 7 la "Phase". L'invention prévoit des dispositions assurant la sécurité physique des personnes, notamment des usagers du sol, à savoir tout risque d'électrocution; ainsi, l'invention prévoit que les plots 16 et 17, respectivement "Moins" et "Plus", sont alimentés individuellement l'un après l'autre et uniquement au passage et pendant la durée du passage d'un véhicule en leur aplomb ; pour ce faire, un capteur 60, figure 3, situé à l'avant du véhicule 1 envoie un signal de présence reçu par un capteur 61 prévu dans le sol qui active un interrupteur de présence 24 qui ferme une interruption de la liaison 8 du contact 22 à la ligne 6 (figures 2 et 8) ; pour assurer également la sécurité financière des organismes fournisseurs de courant sur les lignes 6 et 7, on peut prévoir que les capteurs 60, 61 réveillent également des moyens de monétique à bord du véhicule et qu'après un certain temps, d'une seconde par exemple, nécessaire à la vérification d'une monétique suffisante, cette information pilote également l'interrupteur 24 qui est alors non seulement un interrupteur de présence véhicule mais également de présence monétique. Pour augmenter la sécurité physique des personnes, l'invention prévoit également que le plot "Plus" 17 n'est alimenté que si le plot "Moins" 16 l'est ; ainsi, la fermeture de l'interrupteur 24 et la mise en liaison des contacts 22 et 20 par la bille 12 au passage de l'aimant 14 provoque la fermeture d'un interrupteur 75 disposé sur la connexion 9 du contact 25 à la ligne "Plus" 7. Pour éviter que ne soit dangereuse la pratique du sol à proximité du véhicule par temps de pluie par exemple, indépendamment d'une structure classique prévue au voisinage des plots facilitant l'écoulement des eaux, selon l'invention, chaque plot 16, 17 est entouré d'un anneau 36, 37 métallique de sécurité, comme cela est visible sur le schéma de la figure 7 sur laquelle le véhicule 1 est amené à se déplacer de la gauche vers la droite de la figure en marche avant; le plot et son anneau sont reliés à un circuit électrique de faible puissance; si un corps étranger, comme l'eau de pluie par exemple, court-circuite le plot et son anneau, le circuit électrique de faible puissance active un interrupteur 23 (figures 2 et 8) qui coupe la liaison 8 à la ligne 6 "Moins" : dès lors, ni le plot "Moins" 16, ni le plot "Plus" 17 n'est alimenté.Bien entendu, les patins 18 ou 19 ne doivent pas fermer le circuit électrique de faible puissance ; c'est la raison pour laquelle les patins ou rouleaux sont constitués de trois tronçons, et, en outre, la distance S, figure 6, séparant l'anneau de son plot associé est supérieure à la longueur d'un tronçon conducteur et inférieure à la somme des longueurs d'un tronçon conducteur et du tronçon central isolant. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant. Lorsque le véhicule 1 se présente sur un sol 2 équipé comme décrit ci-dessus, les capteurs 60 et 61 déclenchent une fermeture de l'interrupteur 24 d'alimentation par la ligne "Moins" 6 du plot "Moins" 16, fermeture confirmée si la monétique, réveillée par les capteurs 60 et 61, est suffisante ; l'aimant 14 soulève la bille 12 qui relie les contacts 20 et 22, et la liaison plot 16 - ligne 6 est effective cette liaison ferme l'interrupteur 75 d'alimentation du plot "Plus" 17 qui est effectivement alimenté du fait que l'aimant 15 a soulevé la bille 13 ; le véhicule est alimenté électriquement par les lignes 52 et 55 mises sous tension par la descente des patins 18, 19 jusqu'au contact des plots 16 et 17, descente provoquée par un circuit d'alimentation des vérins, circuit mis en oeuvre à la fermeture de l'interrupteur 24. Comme on le voit, un tel dispositif est d'une grande sûreté de fonctionnement. Pour accroître encore celle-ci, il est préférable de n'autoriser le fonctionnement du dispositif qu'uniquement en marche avant et/ou à l'arrêt : pour cela, des moyens sont prévus pour que l'enclenchement de la marche arrière inhibe le capteur 60. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'alimentation en courant électrique d'un véhicule électrique (1) qui consiste à prévoir un réseau de lignes (6, 7) d'alimentation encastré dans le sol (2) et adapté à alimenter des plots conducteurs (16, 17) avec lesquels vont coopérer au moins deux patins conducteurs (18, 19) portés par le véhicule (1), lesdits deux patins (18, 19) étant reliables électriquement aux bornes d'un circuit électrique d'alimentation en courant d'au moins un moteur (60) électrique de traction du véhicule (1) et/ou aux bornes d'une batterie (51) d'accumulation de courant portée par le véhicule, lesdits plots (16, 17) n 'étant alimentés par le réseau (6, 7) qu'en présence du véhicule (1). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les plots (16, 17) sont alimentés individuellement l'un après l'autre, l'un des plots (17) n'étant alimenté que si l'autre (16) l'est. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les plots (16, 17) ne sont alimentés que si une monétique présente à bord du véhicule est suffisante. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'en cas de présence d'un corps conducteur au contact de l'un des plots (16, 17), l'alimentation des plots (16, 17) par les lignes (6, 7) est interrompue. 5 procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le véhicule (1) est alimenté tandis qu'il est arrêté ou qu'il roule. 6 - Dispositif d'alimentation d'un véhicule électrique pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les plots (16, 17) sont constitués d'une plaque métallique de forme générale allongée logée à la surface du sol. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque plot (16, 17) est alimenté par le réseau (6, 7) à travers un interrupteur à bille sphérique métallique (12, 13) logée dans le sol et déplacée par un aimant (14, 15) monté coulissant sur le véhicule (1). 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la bille (12, 13) est traversée d'un alésage (42) par lequel elle coulisse sur une tige (40) verticale ancrée dans le fond (41) d'un logement (58) du sol (2). 9 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les patins conducteurs (18, 19) sont constitués d'un rouleau formé d'au moins un tronçon 18A en matériau conducteur. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que les patins conducteurs (18, 19) sont portés par un levier (59) articulé sous le chassis du véhicule (1). 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'aimant (14, 15) est monté coulissant verticalement dans un boîtier cylindrique (68) en matériau amagnétique porté par le chassis du véhicule (1), ledit aimant (14, 15) étant attelé au levier (59). 12 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le levier (59) est déplaçable en rotation par action d'un vérin (69) contre l'action d'un ressort (72) qui, lorsque le vérin (69) n'est pas alimenté, maintient le levier (59) dans une position de repos pour laquelle le patin (18, 19) est éloigné du sol. 13 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le circuit (8) d'alimentation de l'un (16) des plots par la ligne (6) "Moins" ou "Neutre" du réseau comporte un interrupteur (24) fermé sous l'action de capteurs (60, 61) de présence du véhicule et/ou de monétique, l'un (60) des capteurs étant prévu à l'avant du véhicule (1) et l'autre (61) étant prévu au sol au voisinage des plots (16, 17). 14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le circuit (9) d'alimentation de l'un (17) des plots par la ligne (7) "Plus" ou "Phase" du réseau comporte un interrupteur (75) fermé lorsque le circuit (8) d'alimentation de l'autre (16) plot est fermé. 15 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé par le fait que chaque plot (16, 17) est entouré d'un anneau (36, 37) métallique de sécurité, chaque plot et son anneau associé constituant les bornes d'un circuit électrique alimenté sous faible puissance qui, lorsque lesdites bornes sont court-circuitées, est parcouru par un couranr qui active un interrupteur (23) qui coupe le circuit (8) d'alimentation du plot (16) "Moins" ou "Neutre".