Brevet FR3024799A1 — publié le 20160212

Commutateur de toit pour véhicule ferroviaire adapté à des conditions de givre La présente invention concerne un commutateur électrique pour véhicule ferroviaire, du type comprenant : un support disposé horizontalement ; un bras disposé au-dessus du support, le bras étant mobile en rotation par rapport au support autour d'un axe vertical ; un contact mobile solidaire du bras ; un contact fixe solidaire du support ; une rotation du bras étant apte à déplacer le contact mobile entre une position de connexion, en appui contre le contact fixe, et une position de déconnexion, à l'écart du contact fixe. L'invention s'applique particulièrement à des véhicules ferroviaires pouvant être soumis à des températures extérieures basses, notamment inférieures à 0 °C. Dans de telles conditions, de la glace ou du givre est susceptible de s'accumuler sur la locomotive et d'emprisonner des pièces mécaniques du commutateur, gênant alors son fonctionnement. La présente invention a pour but de fournir un commutateur électrique destiné à être installé à l'extérieur d'un véhicule ferroviaire, notamment sur le toit, et apte à fonctionner même en présence de givre ou de glace sur le toit. A cet effet, l'invention a pour objet un commutateur électrique pour véhicule ferroviaire du type précité, dans lequel, au-delà d'un rayon inférieur ou égal à 30 mm par rapport à l'axe vertical de rotation, une distance verticale entre le bras et le support est supérieure ou égale à 10 mm. Suivant des modes particuliers de réalisation, le commutateur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniques possibles : - le bras comporte un moyeu autour de l'axe de rotation et une pièce latérale s'étendant à partir du moyeu, le moyeu ayant une forme de révolution autour de l'axe de rotation ; - le moyeu a une hauteur supérieure ou égale à 10 mm à partir du support, selon l'axe de rotation ; - l'un des contacts est surplombé par un capot, le capot étant configuré de sorte à surplomber les deux contacts en position de connexion ; - le commutateur comprend une butée solidaire du bras, la butée ayant une forme cylindrique et s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe vertical, la butée étant 3024799 2 configurée de sorte à venir, en position de connexion, au contact d'une contre-butée solidaire du support ; - le commutateur comprend : un premier et un deuxième contacts mobiles, solidaires du bras et s'étendant de part et d'autre d'un plan passant par l'axe vertical ; un 5 premier et un deuxième contacts fixes, solidaires du support ; une rotation du bras étant apte à déplacer les contacts mobile entre : une position de connexion des premiers contacts fixe et mobile en appui l'un contre l'autre et de déconnexion des deuxièmes contacts fixe et mobile à l'écart l'un de l'autre, et une position de déconnexion des premiers contacts fixe et mobile à l'écart l'un de l'autre et de connexion des deuxièmes 10 contacts fixe et mobile en appui l'un contre l'autre. - les premiers contacts électriques fixe et mobile sont situés plus bas que les deuxièmes contacts électriques fixe et mobile selon l'axe vertical, l'un des premiers contacts électriques étant préférentiellement surplombé par un capot tel que décrit ci-dessus ; 15 - le commutateur comprend un câble électrique reliant à une masse électrique le ou les contacts mobiles. L'invention a également pour objet un ensemble comprenant un commutateur tel que décrit ci-dessus et un disjoncteur relié au contact électrique fixe ou à l'un des contacts électriques fixes. 20 Suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, le disjoncteur est solidaire du support. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins, sur lesquels : 25 la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble comprenant un commutateur électrique et un disjoncteur électrique, selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 2, 3 et 4 sont des vues de détail, en perspective, du commutateur de la figure 1. 30 Un ensemble 10 représenté à la figure 1 est destiné à un équipement électrique haute tension d'un véhicule ferroviaire, en particulier d'une locomotive (non représentée). Plus précisément, l'ensemble 10 est destiné à être fixé sur le toit de la locomotive. L'ensemble 10 comporte un commutateur 12 et un disjoncteur 14. Dans l'exemple de la figure 1, le commutateur 12 est destiné à la mise à la terre du disjoncteur 14 durant des opérations de maintenance. 3024799 3 Le commutateur 12 comporte un support 16, disposé horizontalement. Dans l'exemple de la figure 1, le disjoncteur 14 est fixé sur le support 16, de manière à former un ensemble 10 monobloc. Le commutateur 12 est représenté selon différentes vues de détail aux figures 2, 3 5 et 4. Le commutateur 12 comporte un bras 18, situé au-dessus du support 16. Le bras 18 est mobile en rotation par rapport au support 16, autour d'un axe vertical 20 de rotation. Le bras 18 comporte d'une part un moyeu 22 autour de l'axe 20 de rotation, d'autre part d'une pièce latérale 24, s'étendant à partir du moyeu à l'écart de l'axe 20 de rotation. Dans l'exemple des figures 1 à 4, le bras 18 est constitué du moyeu 22 et de la 10 pièce latérale 24. Le moyeu 22 et la pièce latérale 24 sont formés d'une seule pièce ou bien résultent de l'assemblage de plusieurs pièces. Le moyeu 22 est solidaire d'une extrémité d'un arbre 26 de rotation. L'arbre 26 traverse le support horizontal et le toit de la locomotive (non représentée). Une autre extrémité de l'arbre 26 est reliée à une poignée (non représenté) située à l'intérieur de la 15 locomotive. Une rotation de la poignée autour de l'axe de rotation 20 est apte à entraîner en rotation le bras 18 par l'intermédiaire de l'arbre 26. Le moyeu 22 du bras 18 a de préférence une forme de révolution autour de l'axe vertical 20. Le moyeu 22 a par exemple une forme cylindrique de révolution. A partir d'une surface supérieure 28 du support 16, une hauteur 30 du moyeu selon l'axe 20 est au 20 moins égale à 10 mm, de préférence au moins égale à 15 mm. Dans l'exemple de la figure 1, la pièce latérale 24 a sensiblement la forme d'une équerre, dont une branche est disposée parallèlement à la surface supérieure 28 du support 16. Selon l'axe 20, une distance 32 entre la pièce latérale 24 et la surface supérieure 28 du support est au moins égale à 10 mm, de préférence au moins égale à 25 15 mm. Autrement dit, la pièce latérale 24 est espacée d'au moins 10 mm du support 16. Plus généralement, au-delà d'un rayon 33 par rapport à l'axe de rotation 20, une distance verticale 32 entre le bras 18 et le support 16 est supérieure ou égale à 10 mm. Autrement dit, au-delà du rayon 33 par rapport à l'axe de rotation 20, le bras 18 est espacé d'au moins 10 mm du support 16. 30 Préférentiellement, le rayon 33 est inférieur ou égal à 30 mm, plus préférentiellement inférieur ou égal à 20 mm, encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 15 mm. Dans l'exemple des figures 1 à 4, le rayon 33 correspond au rayon du moyeu 22 cylindrique. Le commutateur 12 comporte en outre un premier contact électrique mobile 34, 35 solidaire de la pièce latérale 24 du bras 18. Le premier contact mobile 34 s'étend 3024799 4 perpendiculairement à l'axe de rotation 20. Dans l'exemple de la figure 1, le premier contact mobile 34 est un contact électrique mâle de type couteau, formé d'une lame métallique horizontale. Le commutateur 12 comporte en outre un premier contact électrique fixe 36, 5 solidaire du support 16. Dans l'exemple de la figure 1, le premier contact fixe 36 est un contact femelle de type pince, formé de deux lames métalliques recourbées en U. La première pince 36 est montée sur un socle 38 fixé sur la surface supérieure 28 du support 16. Sur les figures 1 à 4, le bras 18 est représenté dans une position de connexion du 10 premier couteau 34 avec la première pince 36. Le premier couteau 34 se trouve alors inséré entre les deux lames en U de la première pince 36. L'appui du couteau 34 contre les lames en U de la pince 36 assure une liaison électrique. La partie latérale 24 du bras 18 est solidaire d'un capot 42 qui surplombe ou surmonte le premier couteau 34, c'est-à-dire qu'une surface du capot 42 s'étend au- 15 dessus du premier couteau 34. Le capot 42 est configuré de sorte que, dans la position du bras 18 représentée aux figures 1 à 4, le capot 42 surplombe également la première pince 36 connectée au premier couteau 34. Le commutateur 12 comporte en outre une première butée 40, solidaire de la pièce latérale 24 du bras 18. Lorsque le bras 18 est dans la position de connexion du 20 premier couteau 34 avec la première pince 36, la butée 40 vient au contact du socle 38. La première butée 40 a par exemple une forme cylindrique de révolution et s'étend horizontalement, perpendiculairement à la pièce latérale 24. Le commutateur 12 comporte en outre un deuxième contact électrique mobile 43, visible sur la figure 1. Le deuxième contact électrique mobile 43 est solidaire de la pièce 25 latérale 24 du bras 18 et s'étend perpendiculairement à l'axe de rotation 20. Dans l'exemple de la figure 1, le deuxième contact électrique mobile 43 est un contact femelle de type pince. Le premier couteau 34 et la deuxième pince 43 sont situés de part et d'autre du bras 18 par rapport à un plan passant par l'axe de rotation 20. 30 La deuxième pince 43 est apte à coopérer avec un deuxième contact électrique fixe 44, en l'espèce un deuxième couteau 44, solidaire du disjoncteur 14 et relié électriquement au disjoncteur 14. Dans l'exemple de la figure 1, la deuxième pince 43 et le deuxième couteau 44 sont situés plus haut, selon l'axe 20, que le premier couteau 34 et la première pince 36. 3024799 5 Dans la position du bras 18 représentée aux figures 1 à 4, la deuxième pince 43 et le deuxième couteau 44 sont déconnectés, à l'écart l'un de l'autre. A partir de cette position, une rotation du bras 18 est apte à déplacer la deuxième pince 43 jusqu'à une position de connexion avec le deuxième couteau 44. Dans cette autre position non 5 représentée du bras 18, le premier couteau 34 et la première pince 36 sont déconnectés et à l'écart l'un de l'autre. Le commutateur 12 comporte en outre une deuxième butée 46, solidaire de la pièce latérale 24 du bras 18. Lorsque le bras 18 est dans la position de connexion de la deuxième pince 43 et du deuxième couteau 44, la deuxième butée 46 vient au contact 10 d'un plot 48 fixé sur la surface 28 supérieure du support 16. La deuxième butée 46 a par exemple une forme cylindrique de révolution et s'étend horizontalement, perpendiculairement à la pièce latérale 24. Les butées 40, 46 sont situées de part et d'autre du bras 18 par rapport à un plan passant par l'axe de rotation 20. 15 Le commutateur 12 comprend en outre un câble électrique 50, visible sur la figure 1. Le câble 50 relie électriquement le premier couteau 34 et la deuxième pince 43 au support 16, lui-même relié au toit de la locomotive (non représentée). Un procédé de fonctionnement de l'ensemble 10 va maintenant être décrit. Lorsque la locomotive (non représentée) équipée de l'ensemble 10 est en 20 fonctionnement, le disjoncteur 14 est parcouru par un courant haute tension. Le commutateur 12 est en position d'ouverture, c'est-à-dire que le bras 18 est dans la position représentée aux figures 1 à 4. Le premier couteau 34 est connecté à la première pince 36. Lorsque des opérations de maintenance sont requises sur le disjoncteur 14, il est 25 nécessaire de relier le disjoncteur 14 à une masse électrique, notamment à la terre. La poignée (non représentée) située à une extrémité de l'arbre 26 est alors actionnée, de manière à faire pivoter l'arbre 26 et le bras 18 jusqu'à mettre en contact la deuxième pince 43 et le deuxième couteau 44. Par l'intermédiaire du câble 50 et de la locomotive (non représentée), le disjoncteur 14 est alors relié à la terre. 30 L'environnement de la locomotive pouvant donner lieu à des températures extérieures très basses, de la glace ou du givre est susceptible de s'accumuler sur le toit de la locomotive et sur l'ensemble 10. De plus, le commutateur 12 étant sur le toit et l'arbre 18 étant actionné depuis l'intérieur de la locomotive, il est difficile à l'opérateur de dégivrer manuellement le commutateur 12 avant d'actionner la poignée. 3024799 6 La forme de révolution du moyeu 22 permet audit moyeu de pivoter sur lui-même plus facilement, malgré la présence d'une couche de glace sur la surface supérieure 28 du support 16, l'épaisseur de la glace pouvant aller jusqu'à 10 mm. La hauteur 30 du moyeu 22 est adaptée en fonction des conditions extérieures prévues pour l'ensemble 10. 5 De même, la distance 32 ménagée entre la partie latérale 24 et la surface supérieure 28 du support 16 permet à ladite partie latérale de pivoter autour de l'axe 20 malgré la présence d'une telle couche de glace. Par ailleurs, le capot 42 protège le premier couteau 34 et la première pince 36 de la pluie ou de la rosée et diminue le risque de les voir emprisonnés dans la glace. 10 Enfin, la forme cylindrique des butées 40, 48 offre peu d'accroche et permet de libérer facilement les butées d'un éventuel emprisonnement dans la glace, par rotation du bras 18. Selon une variante de réalisation, la deuxième pince 43 et/ou le deuxième couteau 44 sont également surplombés par un capot similaire au capot 42. D'une manière 15 générale, il est souhaitable qu'au moins les contacts électriques 34, 36 situés en partie basse du bras 18 soient équipés d'un capot, pour éviter l'accumulation de glace. REVENDICATIONS1.- Commutateur électrique (12) comprenant : - un support (16) disposé horizontalement, - un bras (18) disposé au-dessus du support, le bras étant mobile en rotation par rapport au support autour d'un axe vertical (20), - un contact mobile (34, 43), solidaire du bras (18), - un contact fixe (36, 44), solidaire du support, une rotation du bras étant apte à déplacer le contact mobile (34, 43) entre une position de connexion, en appui contre le contact fixe (36, 44) et une position de déconnexion, à l'écart du contact fixe, caractérisé en ce que, au-delà d'un rayon (33) inférieur ou égal 30 mm par rapport à l'axe vertical de rotation (20), une distance (32) verticale entre le bras et le support est supérieure ou égale à 10 mm. 2.- Commutateur selon la revendication 1, dans lequel le bras comporte un moyeu (22) autour de l'axe de rotation et une pièce latérale (24) s'étendant à partir du moyeu, le moyeu (22) ayant une forme de révolution autour de l'axe vertical de rotation (20) et une hauteur (30) supérieure ou égale à 10 mm à partir du support, selon l'axe vertical de rotation (20). 3.- Commutateur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'un des contacts (34) est surplombé par un capot (42), le capot étant configuré de sorte à surplomber les deux contacts (34, 36) en position de connexion. 4.- Commutateur selon l'une des revendications précédentes, comprenant une butée (40) solidaire du bras (18), la butée ayant une forme cylindrique et s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe vertical (20), la butée étant configurée de sorte à venir, en position de connexion, au contact d'une contre-butée (38) solidaire du support. 5.- Commutateur selon l'une des revendications précédentes, comprenant : - un premier (34) et un deuxième (43) contacts mobiles, solidaires du bras et s'étendant de part et d'autre du bras par rapport à un plan passant par l'axe vertical de rotation (20), - un premier (36) et un deuxième (44) contacts fixes, solidaires du support, 3024799 8 une rotation du bras étant apte à déplacer les contacts mobile entre : - une position de connexion des premiers contacts fixe et mobile (36, 34) en appui l'un contre l'autre et de déconnexion des deuxièmes contacts fixe et mobile (44, 43) à l'écart l'un de l'autre, et 5 - une position de déconnexion des premiers contacts fixe et mobile (36, 34) à l'écart l'un de l'autre et de connexion des deuxièmes contacts fixe et mobile (44, 43) en appui l'un contre l'autre. 6.- Commutateur selon la revendication 5, dans lequel les premiers contacts 10 électriques fixe et mobile (36, 34) sont situés plus bas que les deuxièmes contacts électriques fixe et mobile (44, 43) selon l'axe vertical. 7.- Commutateur selon la revendication 6, dans lequel l'un (34) des premiers contacts électriques est surplombé par un capot (42) selon la revendication 3. 15 8.- Commutateur selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un câble électrique (50) reliant, à une masse électrique, le ou les contacts mobiles (34, 43). 20 9.- Ensemble (10) comprenant : - un commutateur (12) selon l'une des revendications précédentes, et - un disjoncteur (14) relié au contact électrique fixe (44) ou à l'un des contacts électriques fixes. 25 10.- Ensemble selon la revendication 9, tel que le disjoncteur (14) est solidaire du support (16).