Brevet FR2960191A1 — publié le 20111125

Dispositif d'alimentation supérieure pour véhicule électrique La présente invention concerne notamment les systèmes d'alimentation pour des véhicules électriques en assurant non seulement la traction, mais également de préférence le stockage éventuel d'énergie. Les véhicules électriques comportent généralement un moteur à propulsion électrique fonctionnant en alternatif ou continu et au moins une batterie de stockage de courant continu. L'énergie électrique nécessaire au moteur électrique peut être fournie notamment par l'intermédiaire de la batterie (en totalité ou en partie) et/ou par l'intermédiaire de fils, câbles ou rails électriques. L'invention s'applique plus particulièrement aux véhicules électriques alimentés en totalité ou partie par l'intermédiaire de fils, câbles ou rails électriques (ci-après dénommés fils d'une manière générale). Les véhicules électriques actuels sont de deux types suivant qu'ils transportent ou non leur source d'énergie. Le premier type représenté par les trolleybus implique une liaison permanente au minimum bipolaire avec une infrastructure liée à la production d'électricité et une trajectoire imposée. Le second type nécessite la présence à bord d'un moyen de stockage de l'énergie électrique sous forme chimique (accumulateurs), électrostatique (super-condensateurs), ou mécanique (volant d'inertie). Ces différents dispositifs de stockage imposent une recharge fréquente par connexion électrique, donc un stationnement en des lieux spécialement aménagés ou au garage. L'application de la présente invention aux véhicules du premier type apporte la possibilité de se dépasser et de circuler obliquement par rapport aux conducteurs d'alimentation. L'application de la présente invention aux véhicules de second type apporte la possibilité de recharger le dispositif de stockage d'énergie, en mouvement ou à l'arrêt conjointement ou non avec l'alimentation du ou des moteurs de propulsion. 35 Les performances de certains dispositifs de stockage d'énergie permettent d'obtenir une recharge conséquente en quelques minutes, et même quelques secondes seulement pour les super-condensateurs. Le système d'alimentation pour véhicules selon l'invention comporte notamment une installation fixe comprenant plusieurs fils parallèles au sol et parallèles entre eux (au minimum deux) ; ces fils parallèles, lorsqu'ils sont trois ou plus sont de préférence sensiblement équidistants et reliés de préférence un sur deux aux deux pôles d'une source d'alimentation. Ils io peuvent également être reliés successivement aux phases d'une source de courant alternatif polyphasé (par exemple trois fils pour une alimentation triphasée). Au moins un capteur mobile coopère avec l'un au moins de ces fils 15 parallèles. Le dit capteur comporte au moins deux frotteurs dont la plus grande dimension est inférieure à la distance entre deux fils parallèles en fonctionnement consécutifs (chaque frotteur ne doit de préférence toucher qu'un seul fil au même instant). 20 Au moins un frotteur est supporté par une structure isolante de dimension supérieure à la distance entre deux fils parallèles consécutifs, formant un glacis autour dudit frotteur qui est ainsi en légère saillie. Le capteur peut être rigide ou articulé pour occuper un volume restreint lorsqu'il n'est pas actif. 25 Les potentiels électriques recueillis par le contact des frotteurs avec les fils parallèles sont transmis par des organes de commutation électronique connus en soi pour l'alimentation du véhicule électrique. Le système d'alimentation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il 30 comprend un certain nombre de fils parallèles entre eux, tendus parallèlement au sol au dessus des dits véhicules, les dits fils conducteurs étant reliés alternativement un sur deux à chacun des deux pôles de la source d'alimentation. Au moins un capteur coopérant avec les dits fils, le dit capteur comportant au moins deux frotteurs de contact de dimension 35 inférieure à l'intervalle entre deux fils. 5 20 Un dispositif d'aiguillage des potentiels recueillis par les dits frotteurs permet de relier électriquement chacun des frotteurs à l'un ou l'autre des pôles d'utilisation à bord du véhicule. La source d'alimentation comportera au moins deux pôles raccordés chacun aux fils conducteurs adjacents successifs, de préférence trois pôles pour une alimentation en alternatif triphasé. io Selon une variante préférentielle, le ou les capteurs comportera(ont) au moins deux frotteurs et sera orientable(s) angulairement et éventuellement déplaçable(s) longitudinalement par rapport au véhicule, pour rester en contact avec les dits fils parallèles, avec de préférence trois frotteurs orientables (uniquement) angulairement, pour que deux d'entre eux au 15 moins, restent constamment en contact avec deux des dits fils parallèles. Selon une autre variante, le capteur comportera quatre frotteurs orientables angulairement, pour que trois d'entre eux au moins, restent constamment en contact avec trois fils parallèles. Selon encore une autre variante, le capteur comportera au moins quatre frotteurs dont deux au moins restent en contact avec deux fils parallèles, le dit capteur n'étant pas orientable par rapport au véhicule. 25 Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'aiguillage des potentiels sera composé de deux diodes par frotteur, (ou bien avec de préférence un ou deux semi-conducteurs commandés par frotteur (par exemple de type triac ou IGBT) suivant la nature du courant transmis. 30 L'invention concerne donc un système d'alimentation pour véhicule électrique caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de fils conducteurs parallèles entre eux, tendus parallèlement au sol au dessus de la voie de circulation, et/ou des lieux de stationnements, lesdits fils conducteurs étant reliés alternativement à chacun des pôles d'une source d'alimentation ; au 35 moins un capteur du véhicule électrique étant apte à coopérer avec lesdits 20 fils, ledit capteur comportant au moins deux frotteurs de contact de dimension inférieure à l'intervalle entre deux fils, un dispositif d'aiguillage des potentiels recueillis par lesdits frotteurs permettant de relier électriquement chacun des frotteurs à l'un des pôles d'utilisation à bord du véhicule. Selon une réalisation, la source d'alimentation comporte au moins deux pôles raccordés chacun aux fils conducteurs adjacents successifs. Selon une réalisation, la source d'alimentation comporte trois pôles pour une io alimentation en courant alternatif triphasé. Selon une réalisation, le capteur comporte au moins deux frotteurs orientables angulairement par rapport au véhicule et éventuellement déplaçables longitudinalement par rapport au véhicule, pour rester en contact 15 avec les dits fils parallèles. Selon une réalisation, le capteur comporte trois frotteurs orientables angulairement, pour que deux d'entre eux au moins restent constamment en contact avec deux des dits fils parallèles. Selon une réalisation, le capteur comporte quatre frotteurs orientables angulairement de sorte que trois d'entre eux au moins restent constamment en contact avec trois fils parallèles. 25 Selon une réalisation, le capteur comporte au moins quatre frotteurs dont deux au moins restent en contact avec deux fils parallèles, le dit capteur n'étant pas orientable par rapport au véhicule. Selon une réalisation, le dispositif d'aiguillage des potentiels est composé de 30 deux diodes par frotteur. Selon une réalisation, le dispositif d'aiguillage des potentiels comporte un ou plusieurs semi-conducteurs commandés par frotteur par exemple de type triac ou IGBT. 35 Selon une réalisation, l'alimentation est utilisée en courant alternatif triphasé, caractérisé en ce que le dispositif d'aiguillage des potentiels est piloté pour relier trois fils parallèles consécutifs à trois bornes à bord du véhicule en respectant l'ordre des phases de la source de courant triphasé. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants décrits conjointement avec les figures qui représentent des descriptions ci-après qui concernent : - la figure 1, un capteur à 5 frotteurs vu en coupe verticale ; io - la figure 2, une nappe de fils parallèles, un capteur à cinq frotteurs circulaires identiques représentés en vue de dessus dans deux positions caractéristiques différentes ; - la figure 3, un dispositif de commutation comportant cinq paires de diodes ; - la figure 4, un capteur à quatre frotteurs circulaires ; 15 - la figure 5, un capteur orientable comportant trois frotteurs rectilignes représentés dans trois positions caractéristiques différentes ; - la figure 6, un dispositif de commutation spécifique d'une liaison triphasée comportant cinq groupes de trois semi-conducteurs de puissance ; 20 Les éléments identiques, analogues ou similaires conservent les mêmes références d'une figure à l'autre. Description et fonctionnement 25 Sur la figure 1, est représenté en coupe verticale un capteur. Le capteur se compose d'une structure isolante (1) liée au véhicule et mobile verticalement. La structure (1) supporte au moins deux curseurs (2) dont deux seulement sont représentés en coupe. Chaque curseur est composé d'une structure isolante (3) comportant en partie supérieure un glacis conique, et d'un 30 frotteur (4) en matériau conducteur en légère saillie sur la structure isolante (3). Les capteurs des Figures 2, 4 et 5 sont positionnés sous une nappe de fils parallèles (5a-5n). Les dits frotteurs (4) ont un diamètre extérieur inférieur à l'intervalle entre 35 deux fils parallèles (5) consécutifs. Les curseurs (2) sont poussés individuellement vers le haut par un ressort (non représenté) ou par tout autre procédé de type connu. Le frotteur (4) est ainsi maintenu en contact avec un seul fil parallèle (5) pendant que le véhicule se déplace horizontalement. Le contact est interrompu lorsque le dit frotteur (4) ne se trouve plus sous un fil parallèle. La structure isolante (2) est alors en contact par son glacis conique (3) avec un ou deux fils parallèles (5). On pourra pour plus de détails sur le principe général de fonctionnement se référer à l'addition 93 161 au brevet français 1 481 953, et en particulier aux io figures 5 et 8. Sur la figure 2 sont représentés en vue de dessus, plusieurs fils parallèles (5), un premier capteur (1) , et un second capteur (1') identique au capteur (1) dans une position différente ainsi que les frotteurs (4) portés par les 15 curseurs (2) des dits capteurs. Dans la position du premier capteur (1) on voit que les frotteurs (4a, 4b, et 4e) ne sont en contact avec aucun fil parallèle, que le frotteur (4c) est en contact avec le fil parallèle (5c), et que le frotteur (4d) est en contact avec le 20 fil parallèle (5b). Dans la position du second capteur (1') on voit que les frotteurs (4c et 4d) ne sont en contact avec aucun fil parallèle, que le frotteur (4'a) est en contact avec le fil parallèle (5b), que le frotteur (4'b) est en contact avec le fil parallèle (5c) et que le frotteur (4'e) est en contact avec le fil parallèle (5a). 25 Ainsi, quelle que soit la position horizontale ou angulaire d'un capteur tel que le premier capteur (1) au moins un premier frotteur tel que (4) est en contact avec un premier fil parallèle (5) et un second frotteur tel que (4) est en contact avec un second fil parallèle (5). 30 Sur la figure 3 sont représentés suivant leur schéma électrique plusieurs organes de commutation électronique unipolaire (6) et en (7) et (8) prenant la forme de semi-conducteurs de type diode. Ces diodes sont connectées d'une façon connue entre elles pour réaliser un pont de redressement polyphasé. 35 Les points d'entrée (9) sont reliés chacun à un frotteur tel que (4). Les sorties 30 constituent le pôle positif (10) et le pôle négatif (11) de la source de courant utilisée par le véhicule. De cette façon, le potentiel positif porté par un fil parallèle tel que (5) est conduit au pôle positif (10) de la source de courant du véhicule, et le potentiel négatif porté par un fil parallèle tel que (5) est conduit au pôle négatif (11) de la source de courant du véhicule. Si plusieurs fils parallèles tels que (5) sont ainsi reliés en même temps au dispositif de commutation électronique, c'est le potentiel instantané le plus élevé qui est transmis. io Sur la figure (4) est représenté un capteur (1 a) comportant quatre curseurs (2) de diamètres différents. Les frotteurs (4f, 4g, 4h, 4i) des dits curseurs sont en contact avec les fils parallèles (5). On voit aisément qu'au moins deux des dits frotteurs sont en 15 contact permanent avec deux fils parallèles (5) différents quelques soient les positions angulaires et transversales du dit capteur. Cette disposition permet un encombrement moindre qu'avec la disposition à cinq curseurs pour un même réseau de fils parallèles. 20 La figure 5 représente un capteur (1 b) porteur de trois curseurs munis chacun d'un frotteur rectiligne (4j, 4k, 41) de longueur inférieure à la distance entre deux fils parallèles (5) consécutifs. Un tel capteur (1 b) est lié au véhicule et est mobile verticalement, en outre, 25 ce capteur est positionné angulairement pour que les frotteurs restent sensiblement perpendiculaires aux fils parallèles (5). Le positionnement angulaire peut être obtenu par tout procédé bien connu de l'homme de métier. Il est visible sur la figure 5 que dans les trois positions caractéristiques représentées, deux frotteurs au moins sont en contact avec deux fils parallèles consécutifs. 15 Il n'y a ainsi aucune interruption de contact lors d'un déplacement du véhicule notamment non parallèlement aux fils (5). De nombreuses variantes de réalisation, notamment concernant les formes et dispositions des frotteurs peuvent être réalisés par l'homme de métier dérivant directement des informations décrites ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention: par exemple, on pourra utiliser des frotteurs en forme de secteurs maintenus en position active par des articulations et repliés dans un volume restreint en position d'attente. Les fils parallèles (5) sont mis en oeuvre par exemple suivant le procédé connu utilisé pour les trolleybus ou les tramways avec un renforcement de la rigidité transversale pour supporter les efforts de frottement obliques ou perpendiculaires. Les fils parallèles (5) peuvent également être constitutifs d'un grillage à large maille dont les fils de chaîne sont conducteurs et les fils de trame sont constitués d'un matériau isolant électrique. 20 L'intervalle horizontal entre les dits fils est déterminé en fonction du gabarit routier des véhicules et de la technologie des curseurs : en pratique cet intervalle peut être un peu inférieur de préférence à 1 mètre et l'alimentation obtenue par raccordement aux trois phases d'un réseau de distribution basse tension, par exemple 230/400 V 50 Hz en France. 25 A titre d'exemple non limitatif, d'un curseur suivant la figure 2, pour une distance (d) entre les fils parallèles consécutifs (5), chacun des frotteurs (4) pourra avoir un diamètre extérieur de l'ordre de 0,975 d et les centres des dits frotteurs seront situés par exemple aux cinq sommets d'un pentagone de côté de l'ordre de 1,025 d. 30 Cette disposition est optimale pour une alimentation en courant continu, mono ou triphasé. La description ci-après est relative à une variante de l'invention lorsqu'on 35 utilise une alimentation en courant triphasé. 25 30 Dans la disposition des frotteurs des figures 2 ou 4, ou bien en ajoutant un quatrième frotteur au capteur représenté sur la figure 5, on choisira les distances entre les frotteurs de manière à obtenir en permanence au moins un frotteur en contact avec 3 fils parallèles consécutifs. En connectant lesdits fils (5a, 5b, 5c) aux 3 phases du réseau d'alimentation triphasé, et en commutant chaque semi-conducteur de puissance à l'aide d'une logique adaptée (13), on disposera à bord du véhicule de l'équivalent io d'une liaison électrique triphasée de puissance (cf Figure 6). Dans l'exemple de la Figure 6, les semi-conducteurs commandés de puissance assurant la liaison entre les frotteurs (4) et le circuit de puissance du véhicule sont référencés 7, 8 et 14 pour chaque frotteur (4). 15 A titre d'exemple non limitatif, la logique 13 peut être constituée de circuits de type connu numérisant les 10 tensions existant par combinaison de chaque frotteur avec les 4 autres. De la comparaison de ces résultats, est déduite la combinaison de frotteurs réalisant la tension triphasée dans le sens désiré des phases. 20 Cette combinaison est utilisée pour rendre conducteurs les semi-conducteurs de puissance nécessaires à la continuité de la liaison. Ladite combinaison est actualisée chaque fois qu'un frotteur quitte le contact avec le fil parallèle correspondant. La fréquence d'échantillonnage de numérisation est adaptée à la vitesse maximale admissible en cas de déplacement perpendiculaire à l'orientation desdits fils parallèles. Celle-ci, obtenue sans difficulté avec les produits logiques courants, est par exemple de l'ordre de 1000 fois par seconde. Lesdits semi-conducteurs de puissance seront favorablement de type à couplage électro-optique pour éviter des potentiels élevés entre les éléments du circuit électronique de pilotage. 20 En complément, les semi-conducteurs de puissance seront favorablement choisis parmi ceux de type connu qui assurent le début de la conduction à tension nulle. On note que la continuité de la liaison est assurée successivement sans interruption par chaque frotteur puis par le suivant. Il n'y a ainsi aucune coupure de courant circulant qui serait génératrice d'arc ou de perturbation électromagnétique. io Dans le même but, l'interruption de la liaison avant la sortie de la zone couverte par les fils parallèles, qu'elle soit automatique ou sur commande manuelle sera provoquée par la non activation des semi-conducteurs de puissance. 15 Les choix ci-dessus permettent d'avoir un minimum de perturbations sur le réseau et de parasites. Le comptage en vue de la facturation de l'énergie consommée est aisément obtenu au niveau de l'utilisation, assorti ou non de télétransmission. On note que les dispositifs d'articulation, de déploiement des capteurs, ainsi que les procédés de localisation, de guidage, d'orientation des véhicules et des capteurs mis en oeuvre dans l'invention ne sont pas décrits dans le détail mais pourraient facilement être réalisés par l'homme du métier. 20 25 REVENDICATIONS1 - Un système d'alimentation pour véhicule électrique caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de fils conducteurs parallèles entre eux, tendus parallèlement au sol au dessus de la voie de circulation, et/ou des lieux de stationnements, lesdits fils conducteurs étant reliés alternativement à chacun des pôles d'une source d'alimentation ; au moins un capteur du véhicule électrique étant apte à coopérer avec lesdits fils, ledit capteur comportant au moins deux frotteurs de contact de dimension inférieure à l'intervalle entre io deux fils, un dispositif d'aiguillage des potentiels recueillis par lesdits frotteurs permettant de relier électriquement chacun des frotteurs à l'un des pôles d'utilisation à bord du véhicule. 2 - Système selon la revendication 1, dans lequel la source d'alimentation 15 comporte au moins deux pôles raccordés chacun aux fils conducteurs adjacents successifs. 3 - Système selon la revendication 2, dans lequel la source d'alimentation comporte trois pôles pour une alimentation en courant alternatif triphasé. 4 - Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur comporte au moins deux frotteurs orientables angulairement par rapport au véhicule et éventuellement déplaçables longitudinalement par rapport au véhicule, pour rester en contact avec les dits fils parallèles. 5 - Système selon la revendication 4, dans lequel le capteur comporte trois frotteurs orientables angulairement, pour que deux d'entre eux au moins restent constamment en contact avec deux des dits fils parallèles. 30 6 - Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur comporte quatre frotteurs orientables angulairement de sorte que trois d'entre eux au moins restent constamment en contact avec trois fils parallèles. 5 7 - Système selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le capteur comporte au moins quatre frotteurs dont deux au moins restent en contact avec deux fils parallèles, le dit capteur n'étant pas orientable par rapport au véhicule. 8 - Système selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif d'aiguillage des potentiels est composé de deux diodes par frotteur. 9 - Système selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif io d'aiguillage des potentiels comporte un ou plusieurs semi-conducteurs commandés par frotteur par exemple de type triac ou IGBT. 10 - Système selon la revendication 9, dans lequel l'alimentation est utilisée en courant alternatif triphasé, caractérisé en ce que le dispositif d'aiguillage 15 des potentiels est piloté pour relier trois fils parallèles consécutifs à trois bornes à bord du véhicule en respectant l'ordre des phases de la source de courant triphasé.