Brevet FR2779392A1 — publié le 19991210

L'invention concerne un système d'alimentation, classiquement dit par le sol, pour véhicule électrique urbain équipé de frotteurs permettant un captage d'énergie lors du déplacement du véhicule au long d'un trajet matérialisé par une piste d'alimentation en énergie avec laquelle les frotteurs viennent en contact. Elle concerne plus particulièrement un système destine à équiper des voies ou chaussées de circulation de véhicules ayant des pistes d'alimentation en energie installées en partie supérieure de caniveaux prévus pour elles dans les chaussées, ainsi que les véhicules électriques susceptibles d'utiliser ce système. L'alimentation de véhicules électriques en déplacement, qui captent l'énergie dont ils ont besoin auprès de moyens d'alimentation fixes avec lesquels ces véhicules restent électriquement en liaison, s'effectue le plus généralement par l'intermédiaire d'un réseau de lignes aériennes de contact s'étendant au long des trajets prévus pour les véhicules ou par l'intermédiaire de rails d'alimentation en énergie placés au sol, dans le cas de véhicules circulant en site propre. L'installation de lignes aériennes impose une présence permanente et visuellement inévitable d'un réseau de fils et d'un ensemble de movens de support pour ce réseau de fils au-dessus et au voisinage des chaussées de circulation des véhicules. Ceci peut constituer un inconvénient considéré comme rédhibitoire dans le cadre de secteurs touristiques sauvegardés et par exemple dans des centres urbains classés. Par contre, l'installation d'un réseau d'alimentation en énergie électrique par l'intermédiaire de pistes d'alimentation en énergie placées au sol remédie aà cet inconvénient, lorsque les pistes d'alimentation et au moins une partie des moyens qui leur sont associées sont disposées dans des caniveaux, préférablement fermés qui sont réalisés dans les chaussées de circulation des véhicules. Les systèmes d'alimentation par le sol sont connus depuis longtemps, ils présentent l'inconvénient d'exiger la réalisation de caniveaux pour le passage des pistes conductrices dans les chaussées de circulation. Il est alors nécessaire de couvrir ces caniveaux, lorsque les chaussées qui les comportent ne sont pas réservées aux seuls véhicules électriques et qu'il est nécessaire que des véhicules très divers et notamment à seulement deux roues puissent passer sur les caniveaux. De plus pour des raisons évidentes de sécurité, il est indispensable que tout soit fait pour que rien mis à part un frotteur de captage d'un véhicule électrique ne puisse être électriquement mis en contact avec une partie sous tension d'une piste conductrice d'un tel système d'alimentation par le sol. Le document EP-A- 0761493 décrit un système d'alimentation par le sol répondant à ces critères. Il prévoit la réalisation d'une piste conductrice composée d'une succession de plaques électriquement isolées les unes des autres qui recouvrent un caniveau au fond duquel s'étend un ruban élastiquement déformable contenant un matériau ferromagnétique dont les deux faces sont recouvertes d'un matériau conducteur. La face supérieure du ruban est reliée à une ligne d'alimentation. Le ruban peut être magnétiquement attire par des aimants portés par un véhicule électrique de manière a venir en contact par sa face supérieure avec au moins une plaque de la piste conductrice contre laquelle se déplace un frotteur de captage du véhicule. Les autres plaques de la piste conductrice, sur lesquelles le ruban repose, sont reliées à un très faible potentiel par la face inférieure du ruban qui sert de liaison de retour d'alimentation. L'invention propose un système d'alimentation par le sol, de constitution modulaire, pour véhicule électrique, guidé ou non, présentant une grande simplicité de fonctionnement, ayant un temps de réponse minimal et permettant d'obtenir une sécurité et une fiabilité accrues. Ce système d'alimentation par le sol est prévu pour être associé à des véhicules électriques qui sont équipés de frotteurs de captage d'énergie alignés selon un axe longitudinal, préférablement médian, du véhicule, il comporte une succession de segments conducteurs, électriquement isolés l'un de l'autre, qui forment une piste conductrice pour les frotteurs de captage et qui sont disposés de manière à recouvrir un caniveau ménagé dans une chaussée de roulement de véhicules au niveau de laquelle les segments viennent affleurer. Selon une caractéristique de l'invention, chaque segment est doté de moyens de commutation individuels, de type statique, logés sous lui dans le caniveau o circulent une liaison d'alimentation et une liaison de retour d'alimentation communes aux segments, ces moyens de commutation individuels assurant une continuité électrique du segment auquel ils sont affectés avec la liaison de retour d'alimentation, tant qu'un signal de commande de connexion du segment à la liaison d'alimentation n'a pas éte reçu d'un véhicule, soit directement par le segment considéré, soit par l'un ou l'autre des segments immédiatement voisins de lui dans la succession de segments formant la piste conductrice. L'invention concerne aussi les véhicules roulants équipés pour exploiter le système d'alimentation évoqué ci-dessus. Selon une caractéristique de l'invention un tel véhicule comporte des moyens pour transmettre un signal de commande de connexion de segment vers un segment de piste avec lequel ce véhicule est en liaison électrique par l'intermédiaire d'un frotteur d'alimentation. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous. La figure 1 présente un double exemple d'implantation de systèmes d'alimentation par le sol selon l'invention. La figure 2 présente une vue en coupe transversale d'une chaussée dotee d'un caniveau équipé d'un système d'alimentation par le sol selon l'invention. La figure 3 présente un schéma synoptique d'un système d'alimentation selon l'invention et d'un véhicule électrique prévu pour un tel svstème. Le dessin de la figure I représente une chaussée de roulement 1 permettant une circulation de véhicules et de piétons, les véhicules pouvant être de types tres divers et étant symbolisés ici par des voitures individuelles 2 dont au moins certaines sont supposées être des véhicules électriques ou mixtes, ainsi que par un matériel roulant de transport en commun 3 électrique ou mixte, ici supposé être un tramway circulant sur des rails 4. Il est prévu que des véhicules électriques, ou mixtes et alors supposés dotés d'un moteur électrique associé à un moteur à combustion interne, puissent être électriquement alimentés par le sol par l'intermédiaire de frotteurs destinés à rester en contact avec une piste conductrice présente au niveau d'une voie et notamment d'une voie d'une chaussée sur laquelle ces véhicules et éventuellement d'autres véhicules peuvent circuler. Deux pistes conductrices 5 et 6 destinées à alimenter des véhicules différents sont représentées sur la figure 1. La piste conductrice 5 est plus particulièrement destinée à alimenter du matériel roulant de transport en commun et par exemple des tramways à roues métalliques roulant sur des rails comme représenté, des tramways équipes de roues à pneu roulant directement sur la chaussée ou encore des trolleybus alors équipés de frotteurs de captage en bas de caisse, comme les autres vehicules envisages ici. La piste conductrice 5 est ici supposée destinée à fournir une alimentation sous haute tension aux véhicules, ainsi qu'éventuellement un retour d'alimentation. Ce retour peut aussi être assuré par les rails dans le cas de véhicules roulant sur des rails électriquement conducteurs. La tension d'alimentation est par exemple une tension continue, ou encore une tension alternative monophasée correspondant à l'une des phases d'une alimentation triphasée. La piste conductrice 6 est plus particulièrement destinée à alimenter des véhicules individuels électriques ou mixtes dotés de frotteurs de captage comprenant au moins un frotteur d'alimentation et un frotteur de retour. Elle peut éventuellement être exploitée par des véhicules ne comportant qu'un ou plusieurs frotteurs d'alimentation, le courant de retour circulant alors par d'autres movens. Les véhicules mixtes sont supposes équipes de movens leur permettant de se mouvoir dans la circulation soit en s'alimentant à partir d'une piste conductrice qu'ils suivent en cours de déplacement, soit indépendamment en utilisant un autre source d'énergie et par exemple à partir de batteries d'accumulateur qu'ils emportent Les pistes conductrices 5 et 6 sont susceptibles d'être réalisées de manière semblable, elles sont différentes dans la mesure o les caractéristiques, notamment de taille et de puissance, des véhicules pour lesquelles elles sont prévues, sont différentes. Dans tous les cas, chaque piste conductrice destinée à coopérer avec des frotteurs de captage de véhicule est constituée d'une succession de segments conducteurs, A, 5B, 5C.... ou 6A, 6B, 6C, 6D,... pratiquement jointifs quoiqu'etant électriquement isolés l'un de l'autre par un matériau isolant approprié d'épaisseur minimale déterminée qui est notamment fonction de la tension d'alimentation fournie aux véhicules. Chaque segment a une longueur qui est dépendante de la longueur des véhicules à alimenter. La largeur des segments est choisie suffisante pour pouvoir assurer un contact sur toute la largeur d'un frotteur en tenant compte des mouvements latéraux éventuels du frotteur, lorsque celui-ci parcoure un segment dans le sens de sa longueur,. Dans un exemple de réalisation, la longueur d'un segment est de l'ordre d'un à deux mètres, alors que sa largeur est de l'ordre de trente centimètres. Les segments successifs répartis sur la longueur d'une piste sont disposés de manière à recouvrir un caniveau 7 ménagé sur au moins une partie de la longueur d'une chaussée qui peut éventuellement être empruntée par des piétons et sur laquelle sont susceptibles de rouler des véhicules potentiellement très différents allant du véhicule léger de type deux roues aux véhicules lourds de transport. Dans une forme préférée de réalisation, un caniveau de système d'alimentation selon l'invention et la succession de segments formant la piste conductrice qui le recouvre sont disposés au centre d'une voie de circulation sur la chaussée dans laquelle ce caniveau est ménagé, de manière que les frotteurs des véhicules puissent être alignés selon un axe longitudinal, préférablement médian du véhicule qui les comporte. Ceci permet en effet de mettre plus facilement hors d'atteinte les frotteurs d'un véhicule et les segments de piste qui sont sous tension lors du passage d'un véhicule alimenté par une piste. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le segment SA, represente coupé transversalement, est supposé positionné dans un châssis 8 en matériau isolant susceptible de supporter de fortes charges, de même que le segment, lors d'un passage d'un véhicule. Chaque segment est réalise en matériau électriquement conducteur de forte rigidité et il vient se monter dans le châssis 8 o il se positionne de manière à fermer une section de caniveau 7, au-dessus de laquelle ce châssis est immobilisé. Le caniveau est alors fermé de manière étanche par l'ensemble formé par l'alignement de châssis 8 prévus pour les segments et par les segments positionnes dans ces châssis. Ces châssis et les segments sont ici prévus pour venir affleurer au niveau de la chaussée 1, ils peuvent éventuellement être légèrement en saillie comme montré sur la figure 2, si la piste est ménagée dans une voie de circulation en site propre qui est donc réservée à un type de véhicule déterminé et par exemple à un tramway sur rail. Chaque segment de piste conductrice est préférablement associé à une structure 1 5 modulaire qui lui est propre et dans laquelle il est associé au châssis qui le porte et à des moyens décrits plus loin qui lui sont également propres, ceci favorisant le remplacement des éléments usés ou défectueux. Dans une forme préférée de réalisation, chaque module propre à un segment de piste conductrice comporte un boîtier individuel 9 dans lequel sont logés les moyens permettant de commander l'alimentation du segment et accessoirement d'agir sur les moyens correspondants des segments immédiatement voisins de ce segment. Ce boîtier individuel 9 vient se loger sous un segment dans la section de caniveau que recouvre ce segment. Les moyens de commande de l'alimentation d'un segment comporte essentiellement des moyens de commutation individuels 11, de type statique, et des movens individuels 12 de prise en compte du signal de commande de connexion transmis depuis un véhicule, - voir figure 3 -. Les moyens de commutation individuels 11 d'un segment qui sont ici schématisés par un contact repos de type inverseur, sont constitués par un classique circuit électronique de puissance qui assure une mise en liaison du segment avec une liaison de retour d'alimentation 13 portée à un potentiel théoriquement nul et pratiquement suffisamment faible pour être sans danger, tant qu'un signal de commande de connexion du segment à une liaison d'alimentation 14 n'est par reçu d'un véhicule. Les moyens de commutation individuels de chaque segment d'une piste conductrice sont reliés d'une part à une liaison d'alimentation 14 et d'autre part à une liaison de retour d'alimentation 13 qui sont communes aux segments de la piste considérée, comme montré sur la figure 3, Ces liaisons sont ici supposées circuler dans le caniveau 7 o se logent les boîtiers contenant les movens de commutation 11, comme montré sur la figure 2. Elles sont par exemple constituées par des barres de cuivre ou d'aluminium noyées dans une résine isolante étanche et elles sont classiquement reliées à des movens d'alimentation 15 servant de source. Ces derniers sont éventuellement relayés. étant par exemple supposes dupliqués aux extremités des liaisons sur la figure 3 et ils sont classiquement réalisés sous le forme de sous-stations, celles-ci étant équipées de dispositifs de protection usuels en ce domaine. La liaison d'alimentation 14 est destinée à fournir le courant d'alimentation, ici supposé continu, nécessaire aux moteurs des véhicules aptes à être alimentés par l'intermédiaire du système selon l'invention, au travers de leurs frotteurs respectifs et des segments de piste sur lesquels ces frotteurs viennent en cours de déplacement. La tension primaire entre liaisons 13 et 14 est par exemple une tension continue de l'ordre de 350 ou 750 volts, dans le cas de véhicules de transport en commun, ce peut aussi être une tension alternative monophasée de par exemple 400 volts. Selon l'invention, tous les segments d'une piste, telle que par exemple la piste 5, sont normalement en liaison avec la liaison de retour d'alimentation 13 par l'intermédiaire des moyens de commutation 11 individuels qui les desservent respectivement. Seuls sont mis sous tension ceux de ces segments qui ont leurs moyens de commutation temporairement commandés par un signal de commande émanant d'un véhicule de manière à assurer une mise sous tension par connexion temporaire à la liaison d'alimentation 14. Pour réaliser ceci, des moyens individuels 12 de prise en compte sont associés à chaque segment pour capter les signaux de commande de connexion parvenant des véhicules. Ces moyens sont ici supposés logés avec les moyens de commutation 11 propres à chaque segment dans les boîtiers 9 individuellement associés aux segments. Ces moyens de prise en compte 12 captent le signal de commande de connexion transmis par un véhicule au segment auquel ils sont affectés. Ils produisent alors une commande de connexion à destination des moyens de commutation propres à ce segment. Dans une forme préférée de réalisation, une commande de connexion n'est appliquée aux moyens de commutation propres à un segment que tant qu'un signal de commande de connexion fourni par un véhicule est reçu pour le segment considere. Dans la réalisation proposée, la connexion d'un segment d'une piste est réalisée lorsque le signal de commande de connexion fourni par un véhicule est reçu soit directement par le segment considéré, soit par l'un ou l'autre des deux segments immédiatement voisins, soit le, cas échéant, par le seul segment immédiatement voisin dans le cas d'un segment situé à une extrémité d'une piste. Le signal de commande de connexion fourni par un véhicule, tel que par exemple le véhicule 17, est supposé produit par un circuit émetteur 18. Ce circuit émetteur est par exemple relié au frotteur d'alimentation 16, via une interface de transmission non représentée, de manière à transmettre une commande de connexion par conduction électrique sous la forme d'un signal numérique codé, Le frotteur d'alimentation 16 est celui par lequel le véhicule est relié au potentiel d'alimentation positif, via la liaison d'alimentation 14 dans le cas d'une alimentation en courant continu. Dans la réalisation proposée, le signal de commande est permanent, lorsque le véhicule est à alimenter. Il est supposé transmis par le circuit émetteur d'un véhicule vers les moyens de prise en compte 12 associés à un segment, au travers du frotteur d'alimentation 16 de ce véhicule qui est alors en contact avec ce segment, par exemple vers les moyens de prise en compte 12 prévus pour le segment 5B en contact avec le frotteur d'alimentation 16 sur la figure 3. En variante, le signal numérique codé, correspondant à une commande de connexion produite par un circuit émetteur 18 d'un véhicule dont le frotteur d'alimentation 16 est en contact avec un segment, est un signal hyperfréquence envoyé par une antenne en direction du segment, Les movens de prise en compte 12 affectes aux divers segments sont alors munis de récepteurs de signaux appropriés. Selon une forme préférée de l'invention, les moyens de prise en compte propres à un segment sont interconnectés avec ceux des segments immédiatement voisins, ou éventuellement au seul segment immédiatement voisin dans le cas d'un segment situé à une des extrémités d'une piste. Ces interconnexions sont destinées à assurer que le ou les deux voisins immédiats d'un segment déterminé soient connectés à la liaison d'alimentation 14 par leurs moyens de commutation respectifs, lorsque les moyens de prise en compte de ce segment déterminé reçoivent un signal de commande de connexion par l'intermédiaire du segment auquel ils sont affectés. Les moyens de prise en compte propres à chaque segment comportent par exemple une logique électronique associative, non représentée, permettant de contrôler la connexion du segment à la liaison d'alimentation 14 par action sur les moyens de commutation 11 propres à ce segment. Pour permettre la mise en oeuvre du processus évoqué plus haut, une commande de connexion à destination des moyens de commutation propres à un segment peut être produite soit par les movens de prise en compte relatifs à ce segment, soit par ceux d'un des segments qui l'entoure, Le maintien de la connexion d'un segment a la liaison d'alimentation est assuré tant qu'un signal de commande de connexion est reçu, soit par ce segment, soit par l'un ou l'autre des segments immédiatement voisins. Dans l'exemple présenté le courant d'alimentation, supposé continu et fourni par le sol à un véhicule, est appliqué à un convertisseur continu/alternatif 19 via un organe de commande de marche 20, ce convertisseur permettant d'utiliser un moteur 21 à courant alternatif comme cela est connu en la matière. Le retour du courant d'alimentation transmis par l'intermédiaire d'un frotteur d'alimentation peut éventuellement s'effectuer par un rail sur lequel roule le véhicule 17, lorsque ce dernier est doté de roues électriquement conductrices. Il peut aussi être assuré par un rail de guidage de véhicule si ce rail est électriquement relie à la liaison de retour 13 desservant la piste conductrice à laquelle ce rail est associé. Dans une autre forme de réalisation exploitable avec tous les véhicules équipés d'au moins deux frotteurs de captage, dont l'un d'alimentation et un autre de retour ayant donc des polarité différentes, il est prévu que ces frotteurs soient alignés selon un axe longitudinal du véhicule qui les porte. cet axe étant préférablement choisi médian pour des raisons de sécurité. Il est alors prévu un pas entre frotteurs de polarité différente qui soit fonction de la longueur des segments et plus particulièrement un pas supérieur à la somme des longueurs de trois segments dans le cas du système décrit ci-dessus. Comme déjà indiqué, le frotteur d'alimentation 16 commande alors la connexion à la liaison d'alimentation 14 du segment avec lequel il est en contact, si ce dernier n'a pas encore été connecté sous l'action des moyens de prise en compte d'un segment immédiatement voisin. Le retour d'alimentation peut alors être assuré par un frotteur de retour qui est resté relié à la liaison de retour d'alimentation 13, tel le frotteur 22 ici en contact avec un segment SE, dans la mesure o ni ce segment, ni ses voisins immédiats, n'ont reçu de signal de commande de connexion en provenance du véhicule 17. Il doit bien être entendu qu'une pluralité de frotteurs d'alimentation 16 peuvent être répartis sur la longueur d'un matériel roulant, si cela s'avère nécessaire. Il en sera alors de même s'il est prévu des frotteurs de retour 22 pour un retour de courant par l'intermédiaire de segments de la même piste. La commande de connexion peut être produite soit simultanément pour tous les frotteurs, soit individuellement pour chacun d'eux suivant des techniques qui ne sont pas décrites ici dans la mesure o elles ne font pas l'objet de la présente invention. Il est aussi prévu de mettre en service les frotteurs d'un véhicule par abaissement sur les segments et de les mettre hors service par relèvement. Par ailleurs le système selon l'invention peut être associe avec un autre svsteme et par exemple un système d'alimentation de véhicules par lignes aériennes de contact. Chaque système est alors prévu pour fournir une alimentation à des véhicules sur une partie différente d'un trajet déterminé, ces véhicules étant bien entendu prévus pour fonctionner indifféremment avec l'un ou l'autre des svstèmes. REVENDICATIONS 1/ Système d'alimentation par le sol pour véhicule électrique (2, 3, 17) équipe d'un ou de plusieurs frotteurs de captage d'énergie (16, 22) disposé(s) selon un axe longitudinal, préférablement médian, du véhicule, comportant une succession de segments conducteurs (5A, 5B, 5C), électriquement isolés l'un de l'autre, qui forment une piste conductrice pour les frotteurs et qui sont disposes de maniere àa recouvrir un caniveau (7) menage dans une chaussée (1) de roulement de véhicules au niveau de laquelle les segments viennent affleurer, caractérisé en ce que chaque segment est doté de moyens de commutation individuels (11), de type statique, logés sous lui dans le caniveau o circulent une liaison d'alimentation (14) et une liaison de retour d'alimentation (13) communes aux segments, ces moyens de commutation individuels assurant une continuité électrique du segment auquel ils sont affectés avec la liaison de retour d'alimentation, tant qu'un signal de commande de connexion de segment à la liaison d'alimentation n'a pas été reçu d'un véhicule, soit directement par le segment considéré, soit par l'un ou l'autre des segments immédiatement voisins de lui dans la succession de segments formant la piste conductrice. 2/ Système d'alimentation par le sol, selon la revendication 1, dans lequel les moyens de commutation (11) propres à chaque segment sont commandés par des moyens individuels (12) de prise en compte de signal de commande de connexion qui sont sélectivement interconnectés avec ceux des segments immédiatement voisins qui l'entourent dans la succession de segments formant une piste conductrice, ou à défaut avec le segment voisin qui seul existe en cas d'un segment situé à une extrémité de piste, de manière qu'un signal de commande de connexion qui est sélectivement reçu d'un véhicule par un segment entraîne la connexion de ce segment et de celui ou de ceux des segments qui sont immédiatement voisins, à la liaison d'alimentation. 3/ Système d'alimentation par le sol, selon l'une des revendications 1, 2, dans lequel chaque segment est doté de moyens individuels (12) pour prendre en compte un signal de commande de connexion transmis par conduction électrique et sous forme codée à partir d'un véhicule par l'intermédiaire d'un frotteur d'alimentation (16) de ce véhicule alors en contact avec lui. 4/ Système d'alimentation par le sol, selon l'une des revendications 1, 2, dans lequel chaque segment est doté de moyens individuels (12) pour prendre en compte un signal de commande de connexion transmis sous forme hyperfréquence par un véhicule dont un frotteur d'alimentation (16) est alors en contact avec lui. ll / Svstème d'alimentation par le sol, selon l'une des revendications I a 4, dans lequel les moyens individuels (12) de prise en compte de signal de commande de connexion affectés à un segment (5C) sont agences pour assurer un maintien, pour la durée de réception du signal de commande qu'ils reçoivent, de la connexion de ce segment et du ou des segments voisins (5B, 5D) à la liaison d'alimentation (14) par l'intermédiaire des moyens de commutation qui sont propres à ces divers segments. 6/ Svstème d'alimentation selon l'une des revendications I à 5, auquel est associé au moins un rail (4) de roulement et/ou de guidage pour véhicule qui est électriquement relié à la liaison de retour d'alimentation (13) desservant la piste conductrice à laquelle ce rail est associe. 7/ Système d'alimentation selon l'une des revendications I à 5, dans lequel la liaison d'alimentation et la liaison de retour sont soumises à une tension alternative monophasée destinée à être exploitée par les véhicules pour leur alimentation en énergie. 8/ Véhicule électrique roulant équipé pour utiliser un système d'alimentation selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (1 8) pour transmettre un signal de commande de connexion de segment vers un segment de piste avec lequel ce véhicule est en liaison électrique par l'intermédiaire d'un frotteur d'alimentation (16). 9/Véhicule électrique selon la revendication 8, comportant des moyens (18), pour transmettre un signal de commande de connexion de segment, produisant un signal électrique codé, de type numérique, qui est transmis par l'intermédiaire d'un frotteur d'alimentation (16) du véhicule au segment avec lequel ce frotteur est en contact. / Véhicule électrique selon la revendication 8, caractérise en ce qu'il comporte des moyens (18), pour transmettre un signal de commande de connexion de segment, produisant un signal hyperfréquence codé transmis par une antenne portée par ce véhicule au segment avec lequel un frotteur d'alimentation (16) est en contact. 11/ Véhicule électrique selon l'une des revendications 9, 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un frotteur d'alimentation (16) et un frotteur de retour (22) séparés l'un de l'autre par une distance correspondant au moins à la somme des longueurs de trois segments.