Brevet FR3041592A1 — publié le 20170331

Dispositif de production d'énergie asservi à un essieu de véhicule ferroviaire. L'invention concerne principalement un dispositif embarqué sur un véhicule ferroviaire pour produire de l'énergie. L'invention porte également sur un véhicule ferroviaire équipé d'au moins un tel dispositif. Une structure de caisse de matériel ferroviaire équipée d'un moteur dispose io de sa propre énergie permettant d'alimenter un ou plusieurs systèmes annexes, par exemple un système de lubrification de boudins de roues. En revanche, une structure de caisse remorquée, comme c'est notamment le cas pour les matériels de transports de marchandises, ne dispose pas d'énergie propre pour alimenter des systèmes annexes. 15 Dans ce contexte, la présente invention vise un dispositif de production d'énergie apte à fonctionner notamment sur une structure de caisse non motorisée. A cet effet, le dispositif de production d'énergie asservi à un essieu de véhicule ferroviaire de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il 20 comporte des moyens de transmission du mouvement rotatif du dit essieu à une pièce rotative désaxée par rapport à l'essieu et dont la rotation est apte à activer un système de production d'énergie pour alimenter un système annexe. Le dispositif de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons 25 techniques possibles : - les moyens de transmission du mouvement rotatif de l'essieu à la pièce rotative fonctionnent dans les deux sens de rotation horaire et antihoraire de l'essieu, et le système de production d'énergie est activé par la pièce rotative quel que soit son sens de rotation horaire ou antihoraire. 30 - les moyens de transmission du mouvement rotatif de l'essieu comportent une roue dentée rapportée autour du dit essieu, et une courroie ou chaîne d'entraînement montée entre la dite roue dentée de l'essieu et la pièce rotative désaxée. 3041592 2 - la roue dentée est constituée de deux demi-roues crantées solidarisées entre elles au niveau de leurs extrémités libres respectives. - la pièce rotative est une roue dentée de diamètre égal ou supérieur au diamètre de la roue dentée qui est rapportée autour de l'essieu. - la pièce rotative et le système de production d'énergie sont coaxiaux. - selon une première variante de réalisation, le système de production d'énergie est un compresseur réversible fonctionnant dans les deux sens de rotation horaire et antihoraire de l'essieu. - le compresseur est relié à un premier circuit de circulation d'air formant io premier circuit d'aspiration d'air lorsque le compresseur tourne dans le sens horaire, et second circuit d'expulsion d'air vers un accumulateur d'air lorsque le compresseur tourne dans le sens antihoraire, et le compresseur est relié à un second circuit de circulation d'air formant second circuit d'aspiration d'air lorsque le compresseur tourne dans le sens antihoraire et premier circuit d'expulsion d'air 15 vers l'accumulateur lorsque le compresseur tourne dans le sens horaire. - chacun des premier et second circuits d'aspiration et d'expulsion d'air comporte deux clapets en opposition de sens, les clapets actionnés en ouverture lorsque le circuit de circulation associé forme circuit d'expulsion d'air étant reliés à l'accumulateur via des première et seconde lignes d'alimentation en air. 20 - une vanne de débit proportionnelle reliée d'une part à l'accumulateur et d'autre part au système annexe est apte à transmettre l'énergie pneumatique depuis l'accumulateur vers le système annexe lorsqu'une pression seuil est atteinte dans l'accumulateur. - selon une seconde variante, le système de production d'énergie est un 25 générateur électrique. - le générateur électrique est une machine dynamoélectrique délivrant un courant de polarité positive lorsque l'essieu tourne selon un premier sens horaire ou anti horaire, et un courant de polarité négative lorsque l'essieu tourne selon un second sens antihoraire ou horaire. 30 - le générateur électrique est relié à un système de stockage d'énergie lui- même relié au système annexe en étant apte à délivrer l'énergie électrique stockée au dit système annexe. L'invention porte également sur un véhicule ferroviaire équipé d'au moins dispositif tel que précédemment décrit. 3041592 3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un bogie de véhicule 5 ferroviaire équipé d'un dispositif de l'invention monté sur l'un de ses deux essieux, - la figure 2 est une vue schématique de côté du dispositif de l'invention selon la flèche II de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique agrandie de la partie fléchée III sur la figure 2 et représentant de face la demi-roue dentée supérieure montée sur io l'essieu ainsi qu'une partie de la courroie de transmission du mouvement rotatif de l'essieu à la pièce rotative désaxée non visible sur cette figure, - la figure 4 est une représentation schématique du circuit d'alimentation en énergie du dispositif de l'invention lorsque le système de production d'énergie est un compresseur réversible selon une première variante, et 15 - la figure 5 est une représentation schématique du circuit d'alimentation en énergie du dispositif de l'invention lorsque le système de production d'énergie est un générateur électrique selon une seconde variante. Le dispositif de l'invention permet la production d'énergie pneumatique ou électrique utilisant la rotation d'un essieu, sur lequel essieu sont agencés des 20 moyens de transmission du mouvement rotatif de l'essieu à une pièce rotative désaxée. La rotation de la pièce rotative entraîne alors un système de production d'énergie pneumatique ou électrique situé dans l'axe de cette pièce rotative. En référence à la figure 1, un bogie 1 de véhicule ferroviaire monté mobile par rapport à une structure de caisse non représentée reçoit un essieu avant 2 et 25 un essieu arrière 3. Chaque essieu 2,3 comporte un axe 4,5 aux extrémités duquel sont montées deux roues opposées 6,7 8,9. Comme visible sur les figures 1 et 2, en considérant l'essieu avant 2 au niveau duquel est monté le dispositif de l'invention 10, la rotation des roues opposées 6,7, et donc de l'essieu 2 dans sa globalité, s'effectue autour d'un 30 premier axe AA' coïncidant avec l'axe principale de l'axe 4 de l'essieu 2. Le dispositif de l'invention 10 comporte une roue dentée 11 constituée de deux demi roues dentées 11 a,11 b comme il sera décrit plus loin, montée autour de l'axe 4 de l'essieu 2, d'une courroie 12 montée autour de la roue dentée 11 de l'axe 4 de l'essieu 2 et d'une seconde roue dentée 13 dont l'axe de rotation BB' 3041592 4 est décalé de et parallèle à l'axe de rotation AA' de l'essieu 2. En alternative, la courroie 12 peut être remplacée par une chaîne ou, plus généralement, par tout système d'entraînement. Dans le même axe BB' de la seconde roue dentée 13 est agencé un 5 système de production d'énergie 14 qui est entraîné en rotation par la seconde roue dentée 13, elle-même entraînée en rotation par la rotation de l'axe 4 de l'essieu 2 via la courroie 12. Pour que la production de l'énergie s'effectue quel que soit le sens d'avancement du matériel ferroviaire, la seconde roue dentée 13 doit pouvoir être activée en rotation dans le sens horaire et antihoraire, la courroie 12 doit pouvoir fonctionner dans un sens comme dans le sens inverse de façon que la rotation horaire ou antihoraire de l'axe 4, et donc de la roue dentée 11 de l'axe 4, entraîne bien en rotation la seconde roue dentée 13. Par ailleurs, le système de production d'énergie doit fonctionner dans les deux sens horaire et antihoraire de rotation de la seconde roue dentée 13. Il en résulte que le système de production d'énergie 10 est asservi à l'essieu 2 en ce sens que la production d'énergie est directement issue de la rotation dans les deux sens horaire et antihoraire de l'essieu 2. Au regard de la vitesse de rotation de l'essieu 2 qui peut atteindre 1000 20 tours par minute, le diamètre de la roue dentée 11 rapportée autour de l'axe 4 de l'essieu 2 est de préférence égal au diamètre de la seconde roue dentée 13. Si l'encombrement du système le permet, on peut prévoir que le diamètre de la seconde roue dentée 13 soit supérieure au diamètre de la roue dentée 11 rapportée autour de l'axe 4 de l'essieu 2, de sorte que la vitesse de rotation au 25 sein du système de production d'énergie 14 ne soit pas trop importante. La roue dentée 11 autour de l'axe 4 de l'essieu 2 est constituée de deux demi-roues dentées 11a,11b rapportées autour de l'axe 4 de l'essieu 2 afin d'éviter toute modification de structure de l'essieu 2 et de pouvoir ainsi s'adapter au matériel existant. 30 En référence à la figure 3, les extrémités libres respectives 11a1,11a2 ;11b1,11b2 sont solidarisées deux à deux, par exemple au moyen de boulons 15a,15b, de façon à former la roue dentée 11 rapportée autour de l'axe 4 de l'essieu 2. La roue dentée 11 ainsi formée reçoit la courroie crantée 12 qui 3041592 5 assure une transmission du mouvement rotatif de l'essieu 2 à la seconde roue dentée non visible sur cette figure et ce, sans aucun déphasage. La courroie crantée d'entraînement 12 est dimensionnée de façon à ne plus fonctionner, c'est-à-dire se rompre, au-delà d'un effort extrême défini comme 5 étant équivalent à 2 fois l'effort nécessaire pour entraîner le véhicule en charge. Pour un matériel de transport de marchandise, on applique couramment un effort d'entraînement de 2,5 kilogrammes par tonne, correspondant à un effort extrême de 400 décaNewtons pour un wagon de 80 tonnes. Dans ce cas, la courroie crantée d'entraînement 12 sera ainsi dimensionnée pour se rompre au-delà d'un 10 effort de 5 kilogrammes par tonne. Cette exigence dote la courroie 12 d'une fonction de fusible en protégeant l'essieu 2 en cas de blocage du système de production d'énergie 14. En référence à la figure 4 et selon un premier mode de réalisation dans lequel le système de production d'énergie est un compresseur réversible, la 15 rotation de l'essieu 2 entraîne en rotation le compresseur 14a soit dans un sens horaire 16, soit dans un sens antihoraire 17, via la courroie d'entraînement et la seconde roue dentée non représentées sur cette figure. On décrit en premier lieu le circuit de circulation d'air jusqu'au système annexe du dispositif de l'invention, avant d'en décrire le fonctionnement. Le compresseur 14a est relié d'une part à un premier circuit de circulation d'air 18 formant premier circuit d'aspiration d'air lorsque le compresseur 14a tourne dans le sens horaire 16, et formant second circuit d'expulsion d'air lorsque le compresseur 14a tourne dans le sens antihoraire 17. Le premier circuit de circulation d'air 18 comporte un premier clapet 19 qui est relié à un filtre à air 20, qui est activé en ouverture lorsque le premier circuit de circulation d'air 18 forme circuit d'aspiration d'air et qui est activé en fermeture lorsque le premier circuit de circulation d'air 18 forme circuit d'expulsion d'air. Le premier circuit de circulation d'air 18 comporte également un second clapet 21 qui est relié à un accumulateur d'air 22 via une première ligne 30 d'alimentation en air 23, qui est activé en ouverture lorsque le premier circuit de circulation d'air 18 forme circuit d'expulsion d'air et qui est activé en fermeture lorsque le premier circuit de circulation d'air 18 forme circuit d'aspiration d'air. Le compresseur 14a est relié d'autre part à un second circuit de circulation d'air 24 formant second circuit d'aspiration d'air lorsque le compresseur 14a 3041592 6 tourne dans le sens antihoraire 17, et formant premier circuit d'expulsion d'air lorsque le compresseur 14a tourne dans le sens horaire 16. Le second circuit de circulation d'air 24 comporte un premier clapet 25 qui est relié à un filtre à air 26, qui est activé en ouverture lorsque le second circuit de circulation d'air 24 forme 5 circuit d'aspiration d'air et qui est activé en fermeture lorsque le second circuit de circulation d'air 24 forme circuit d'expulsion d'air. Le second circuit de circulation d'air 24 comporte également un second clapet 27 qui est relié à l'accumulateur d'air 22 via une seconde ligne d'alimentation en air 28 de l'accumulateur 22, qui est activé en ouverture lorsque io le second circuit de circulation d'air 24 forme circuit d'expulsion d'air et qui est activé en fermeture lorsque le second circuit de circulation d'air 24 forme circuit d'aspiration d'air. L'accumulateur d'air 22 est relié d'une part à une vanne de débit proportionnelle à commande directe 29 apte à mettre en relation l'accumulateur 15 22 avec un système annexe 30 à alimenter en énergie pneumatique lorsque la pression dans l'accumulateur 22 atteint une certaine pression seuil, et d'autre part à un clapet de sécurité 31 qui est activé en ouverture dans le cas où la vanne 29 est bloquée en position fermée. Lorsque l'essieu 2, et donc également le compresseur 14a, tournent dans 20 le sens horaire 16, le compresseur 14a aspire l'air extérieur via le filtre à air 20, et créé une dépression dans le premier circuit de circulation d'air 18 qui forme alors circuit d'aspiration d'air, ce qui provoque l'ouverture du premier clapet 19 et la fermeture du second clapet 21. Le compresseur 14a expulse l'air aspiré dans le second circuit de circulation d'air 24 qui forme alors circuit d'expulsion d'air, ce qui 25 provoque la fermeture du premier clapet 25 et l'ouverture du second clapet 27. L'air circule alors via la seconde ligne d'alimentation en air 28 jusque dans l'accumulateur 22. Lorsque la pression seuil d'ouverture est atteinte dans l'accumulateur 22, la vanne de débit proportionnelle 29 est activée en ouverture et le système annexe 30 est alors alimenté en énergie pneumatique. A l'inverse, lorsque la pression dans l'accumulateur 22 diminue et que la pression seuil de fermeture est atteinte, la vanne de débit proportionnelle 29 est activée en fermeture. Lorsque l'essieu 2, et donc également le compresseur 14a, tournent dans le sens antihoraire 17, le compresseur 14a aspire l'air extérieur via le filtre à air 3041592 7 26, et créé une dépression dans le second circuit de circulation d'air 24 qui forme alors circuit d'aspiration d'air, ce qui provoque l'ouverture du premier clapet 25 et la fermeture du second clapet 27. Le compresseur 14a expulse l'air aspiré dans le premier circuit de circulation d'air 18 qui forme alors circuit d'expulsion d'air, ce qui 5 provoque la fermeture du premier clapet 19 et l'ouverture du second clapet 21. L'air circule alors via la première ligne d'alimentation en air 23 jusque dans l'accumulateur 22. Lorsque la pression seuil d'ouverture est atteinte dans l'accumulateur 22, la vanne de débit proportionnelle 29 est activée en ouverture et le système annexe 30 est alors alimenté en énergie pneumatique. A l'inverse, io lorsque la pression dans l'accumulateur 22 diminue et que la pression seuil de fermeture est atteinte, la vanne de débit proportionnelle 29 est activée en fermeture. En référence à la figure 5 et selon un second mode de réalisation dans lequel le système de production d'énergie est un générateur électrique de type 15 machine dynamoélectrique 14b ci-après intitulée « dynamo », la rotation de l'essieu 2 entraîne en rotation la dynamo 14b soit dans un sens horaire 16, soit dans un sens antihoraire 17, via la courroie d'entraînement et la seconde roue dentée non représentés sur cette figure. La dynamo 14b est associée à un transformateur non représenté et reliée à 20 un accumulateur 32, par exemple une batterie, par un premier circuit 33 qui fournit à l'accumulateur 32 un courant de polarité par exemple positive lorsque la dynamo 14b tourne dans le sens horaire 16, et par un second circuit 34 qui fournit à l'accumulateur 32 un courant de polarité négative lorsque la dynamo 14b tourne dans le sens antihoraire. 25 Ainsi, lorsque l'essieu 2, et donc la dynamo 14b, tournent dans le sens horaire, la dynamo 14b fournit un courant de polarité positive à l'accumulateur 32 via la première ligne d'alimentation 33 qui va stocker ce courant électrique pour le distribuer au système annexe 30. A l'inverse, lorsque l'essieu 2, et donc la dynamo 14b, tournent dans le 30 sens antihoraire 17, la dynamo 14b fournit un courant de polarité négative à l'accumulateur 32 via la seconde ligne d'alimentation 34 qui va stocker ce courant électrique pour le distribuer au système annexe 30. 3041592 8 En alternative, le générateur électrique peut être un alternateur délivrant un courant alternatif, qui est couplé à un système de redressement délivrant un courant continu sous une tension donnée. REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'énergie asservi à un essieu de véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission (11,11a,11b,12) du mouvement rotatif du dit essieu (2) à une pièce rotative (13) désaxée par rapport à l'essieu (2) et dont la rotation est apte à activer un système de production d'énergie (14) pour alimenter un système annexe (30). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transmission (11,11a,11b,12) du mouvement rotatif de l'essieu (2) à la pièce rotative (13) fonctionnent dans les deux sens de rotation horaire et antihoraire de l'essieu (2), et en ce que le système de production d'énergie (14) est activé par la pièce rotative (13) quel que soit son sens de rotation horaire ou antihoraire. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de transmission (11,11a,11b,12) du mouvement 20 rotatif de l'essieu (2) comportent une roue dentée (11) rapportée autour du dit essieu (2), et une courroie ou chaîne d'entraînement (12) montée entre la dite roue dentée (11) de l'essieu (2) et la pièce rotative désaxée (13). 25 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la roue dentée (11) est constituée de deux demi-roues crantées (11a,11b) solidarisées entre elles au niveau de leurs extrémités libres respectives (11a1,11a2,11b1,11b2). 30 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la pièce rotative (13) est une roue dentée (13) de diamètre égal ou supérieur au diamètre de la roue dentée (11) qui est rapportée autour de l'essieu (2). 304 1 5 9 2 10 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce rotative (13) et le système de production d'énergie (14) sont coaxiaux. 5 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de production d'énergie (14) est un compresseur réversible (14a) fonctionnant dans les deux sens de rotation horaire et antihoraire de l'essieu (2). 10 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le compresseur (14a) est relié à un premier circuit de circulation d'air (18) formant premier circuit d'aspiration d'air lorsque le compresseur (14a) tourne dans le sens horaire (16), et second circuit d'expulsion d'air vers un accumulateur d'air (22) lorsque le compresseur (14a) tourne dans le sens antihoraire (17), et en ce que le 15 compresseur (14a) est relié à un second circuit de circulation d'air (24) formant second circuit d'aspiration d'air lorsque le compresseur (14a) tourne dans le sens antihoraire (17) et premier circuit d'expulsion d'air vers l'accumulateur (22) lorsque le compresseur (14a) tourne dans le sens horaire (16). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des premier (18) et second (24) circuits d'aspiration et d'expulsion d'air comporte deux clapets (19,21 ;25,27) en opposition de sens, les clapets (21,27) actionnés en ouverture lorsque le circuit de circulation associé (18,24) forme circuit d'expulsion d'air étant reliés à l'accumulateur (22) via des première (23) et seconde (28) lignes d'alimentation en air. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'une vanne de débit proportionnelle (29) reliée d'une part à l'accumulateur (22) et d'autre part au système annexe (30) est apte à transmettre l'énergie pneumatique depuis l'accumulateur (22) vers le système annexe (30) lorsque une pression seuil est atteinte dans l'accumulateur (22). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système de production d'énergie (14) est un générateur électrique (14b). 304 1 5 9 2 11 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le générateur électrique (14b) est une machine dynamoélectrique (14b) délivrant un courant de polarité positive lorsque l'essieu (2) tourne selon un premier sens 5 horaire (16) ou anti horaire (17), et un courant de polarité négative lorsque l'essieu tourne selon un second sens antihoraire (17) ou horaire (16). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que le générateur électrique (14b) est relié à un système de io stockage d'énergie (32) lui-même relié au système annexe (30) en étant apte à délivrer l'énergie électrique stockée au dit système annexe (30). 14. Véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un dispositif de production d'énergie asservi à un essieu de véhicule ferroviaire selon 15 l'une quelconque des revendications 1 à 13.