Brevet FR3083534A1 — publié le 20200110

DISPOSITIF MOTORISÉ D'ENROULEMENT/DÉROULEMENT D'UN ÉLÉMENT FLEXIBLE FILIFORME TEL QU'UN CÂBLE ÉLECTRIQUE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine de l'enroulement / déroulement motorisé des éléments flexibles filiformes, notamment les câbles électriques. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif motorisé d'enroulement / déroulement d'un élément flexible filiforme et, notamment, un dispositif motorisé d'enroulement / déroulement d'un câble électrique. [2] La recharge des batteries des véhicules électriques et hybrides avec des systèmes de recharge sans contact présente un intérêt certain. La recharge électrique d'un véhicule à une station de recharge électrique est une tâche fastidieuse pour l'utilisateur. L'utilisateur doit se garer à proximité immédiate de la station de recharge et raccorder le véhicule à celle-ci au moyen d'un câble de connexion électrique. L'emboitement de prises électriques mâle et femelle et le déroulement / enroulement du câble électrique de connexion doivent être gérés manuellement par l'utilisateur. [003] Les systèmes de recharge électrique par induction électromagnétique, qui autorisent un transfert d'énergie électrique sans contact, sont appelés à se développer pour la recharge des véhicules électriques et hybrides. Ces systèmes ne requièrent plus d'emboitement de prises et, s'ils sont équipés d'une bobine primaire mobile de recharge, peuvent apporter une certaine flexibilité pour l'emplacement du stationnement de recharge du véhicule. Cette flexibilité est toutefois limitée par la longueur du câble électrique qui relie la bobine primaire mobile de recharge à la station de recharge fixe. La réalisation d'un système automatique de recharge électrique par induction avec bobine primaire mobile demande la disponibilité un dispositif motorisé capable de gérer efficacement les opérations d'enroulement / déroulement du câble électrique, en particulier lorsque ce câble est de grande longueur pour davantage de flexibilité dans le stationnement de recharge du véhicule. [004] Par WO2012059989A1, il est connu un enrouleur de câble électrique comprenant une bobine de câble sur laquelle est enroulé le câble. La bobine de câble est montée rotative sur un axe vertical. Un moteur électrique est prévu pour la rotation de la bobine de câble. Le moteur électrique délivre un couple qui est fonction de vitesse de rotation de la bobine de câble et qui est appliqué dans le sens de la rotation de la bobine de câble. Dans cet enrouleur de la technique antérieure, lors des opérations d'enroulement / déroulement, le câble électrique frotte sur le flasque inférieur de la bobine qui est disposée verticalement. 2 Ce frottement du câble électrique non seulement affecte la durée de vie du câble par une usure prématurée liée à l'échauffement et l'arrachement des matériaux, mais peut aussi conduire à un risque sécuritaire par une altération possible de la gaine d'isolation électrique. L'enroulement du câble électrique est fait sur plusieurs couches et engendre une courbure 5 variable qui accroît les contraintes de conception. Par ailleurs, le guidage et l'alignement du câble électrique lors des opérations d'enroulement / déroulement ne sont pas gérés, ce qui induit des contraintes sur un dispositif desservi par cet enrouleur de câble électrique. [5] Il existe donc un besoin pour un dispositif motorisé d'enroulement / déroulement d'un élément flexible filiforme, et notamment d'un câble électrique, qui n'ait pas les 10 inconvénients susmentionnés. [6] Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif motorisé d'enroulement / déroulement d'un élément flexible filiforme comprenant un arbre fixe de fixation à un bâti vertical, un arbre tournant monté en rotation sur l'arbre fixe, l'arbre tournant étant couplé mécaniquement à un moteur électrique, et un récepteur d'enroulement d'élément flexible 15 filiforme monté sur l'arbre tournant pour une rotation avec celui-ci. Conformément à l'invention, l'arbre fixe, l'arbre tournant et le récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme ont un axe central commun disposé horizontalement lorsque l'arbre fixe est fixé au bâti vertical, et le dispositif comprend des moyens de translation agencés de façon à produire une translation du récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme suivant l'axe 20 central commun conjointement à une rotation du récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme, la direction de la translation étant fonction du sens de rotation du récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme. [7] Selon une forme de réalisation particulière, les moyens de translation comprennent une rainure hélicoïdale agencée sur l'arbre fixe dans laquelle est logé un galet de came du 25 récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme. [8] Selon une caractéristique particulière, les moyens de translation comprennent trois galets de came répartis angulairement avec un angle de décalage de 120 degrés entre galets. [9] Selon une autre caractéristique particulière, le récepteur d'enroulement d'élément 30 flexible filiforme comporte une gouttière hélicoïdale formant un logement pour l'élément flexible filiforme. 3 [0010] Selon encore une autre caractéristique particulière, le moteur électrique est de type pas-à-pas. [0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, le dispositif comprend une pluralité de rouleaux de maintien qui sont répartis autour du récepteur d'enroulement 5 d'élément flexible filaire de façon à garantir un maintien en position de l'élément flexible filaire. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, les rouleaux de maintien sont au nombre de six et sont répartis angulairement avec un angle de décalage de 60 degrés entre rouleaux. 10 [0013] L'invention concerne aussi un dispositif motorisé d'enroulement / déroulement d'un élément flexible filiforme tel que décrit brièvement ci-dessus dans lequel l'élément flexible filiforme est un câble électrique, comprenant un collecteur rotatif à balai et le collecteur rotatif à balai ayant un organe fixe relié électriquement à un câble d'alimentation électrique et monté sur l'arbre fixe et un organe mobile relié électriquement au câble électrique. 15 [0014] L'invention concerne aussi un système automatique de recharge électrique par induction électromagnétique ayant une bobine primaire mobile, comprenant un dispositif tel qu'indiqué ci-dessus pour l'enroulement / déroulement d'un câble électrique alimentant le système. [0015] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaïtront plus 20 clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'une forme de réalisation particulière de l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig.1 est une vue en perspective montrant une forme de réalisation particulière d'un dispositif motorisé selon l'invention pour l'enroulement / déroulement d'un câble électrique ; et 25 - les Figs.2A et 2B sont des vues en coupe longitudinale du dispositif motorisé d'enroulement/ déroulement de câble électrique de la Fig.1, montrant le dispositif dans des états « câble enroulé » et « câble enroulé ». [0016] En référence aux Figs.1 et 2A, 2B, il est maintenant décrit une forme de réalisation particulière EDM d'un dispositif motorisé d'enroulement / déroulement de câble électrique 30 selon l'invention. Le dispositif EDM est décrit ici dans un contexte d'utilisation avec un 4 système de recharge par induction à bobine primaire mobile pour les batteries des véhicules électriques et hybrides. [0017] Comme bien visible à la Fig.1, le dispositif EDM selon l'invention est conçu pour être fixé en position horizontale sur un bâti vertical BAT. Le dispositif EDM comprend 5 notamment un arbre fixe 1, un arbre tournant 2, un récepteur d'enroulement de câble 3, et une pluralité de rouleaux cylindriques de maintien 4. L'arbre fixe 1, l'arbre tournant 2 et le récepteur d'enroulement de câble 3 sont des pièces comprises dans des enveloppes cylindriques et ayant un axe central commun Ax. L'axe central commun Ax est horizontal et correspond à l'axe X d'un repère spatial orthogonal XYZ montré à la Fig.1. 10 [0018] L'arbre fixe 1 est fixé solidairement sur le bâti BAT, ainsi que les rouleaux de maintien 4. Dans cette forme de réalisation particulière, le nombre des rouleaux de maintien 4 est de six. [0019] L'arbre tournant 2 et le récepteur d'enroulement de câble 3 sont liés en rotation et forment un ensemble mobile. Cet ensemble mobile est entrainé en rotation réversible autour 15 de l'axe Ax par un moteur électrique 5, un sens de rotation correspondant à l'enroulement du câble électrique CE et l'autre sens de rotation correspondant au déroulement de celui-ci. Typiquement, le moteur électrique 5 est un moteur de type pas-à-pas, mais pas exclusivement. Le moteur électrique 5 est couplé mécanique à l'arbre tournant 2 par un engrenage 6. 20 [0020] Le récepteur d'enroulement de câble 3 comporte un alésage intérieur dans lequel est contenu l'arbre tournant 2. Le récepteur d'enroulement de câble 3 peut coulisser sur l'arbre tournant 2. Par contre, la rotation du récepteur d'enroulement de câble 3 autour de l'arbre tournant 2 est interdite par des murets de guidage axiaux 20 de l'arbre tournant 2 qui sont insérés dans des rainures axiales correspondantes présentes dans l'alésage intérieur 25 du récepteur d'enroulement de câble 3. [0021] Le récepteur d'enroulement de câble 3 comprend sur son pourtour extérieur une gouttière hélicoïdale 30 qui forme un logement pour le câble électrique CE. L'enroulement du câble électrique CE dans le récepteur d'enroulement de câble 3 est effectué sur une seule couche d'enroulement. La gouttière hélicoïdale 30 détermine précisément la position 30 occupée par le câble électrique CE dans le récepteur d'enroulement de câble 3. Les six rouleaux de maintien 4 sont répartis tout autour du récepteur d'enroulement de câble 3, avec 5 un décalage angulaire de 60° entre rouleaux, et garantissent le maintien en position du câble électrique CE dans la gouttière 30. [0022] Conformément à l'invention, lors de sa rotation conjointement avec l'arbre tournant 2, le récepteur d'enroulement de câble 3 effectue également une translation selon l'axe X 5 qui accompagne le défilement du câble électrique CE pendant son enroulement ou déroulement. [0023] Dans la présente forme de réalisation, l'opération d'enroulement du câble électrique CE dans le récepteur 3 demande une rotation de l'ensemble mobile dans le sens horaire et une translation en +X du récepteur 3. L'opération de déroulement du câble 10 électrique CE demande elle une rotation de l'ensemble mobile dans le sens anti-horaire et une translation en -X du récepteur 3. A la Fig.1, le dispositif EDM est montré dans un état dans lequel le câble électrique CE est déroulé en quasi-totalité. [0024] On notera que le mouvement combiné du récepteur 3, associant un déplacement axial en translation à la rotation de celui-ci, permet d'obtenir un point de passage de câble 15 PC qui reste fixe quel que soit l'état d'enroulement / déroulement du câble électrique CE. Cette caractéristique autorise un alignement aisé du dispositif EDM avec le système de recharge par induction à bobine primaire mobile, sans contraintes de surchauffe, de courbure, de torsion du câble sur lui-même et de frottement du câble. De manière générale, on notera que le dispositif EDM de l'invention autorise une optimisation des opérations 20 d'enroulement / déroulement aussi bien pour un câble électrique de petit diamètre, souple et flexible et ayant un faible rayon de courbure, que pour un câble électrique de très gros diamètre, moins souple et moins flexible et ayant un rayon de courbure très important. Par ailleurs, le poids du câble est uniformément réparti dans le récepteur d'enroulement de câble, ce qui limite la fatigue et l'usure des pièces en rotation. 25 [0025] Les Figs.2A et 2B montrent de manière détaillée l'agencement des différents éléments fonctionnels du dispositif EDM selon l'invention. Le dispositif EDM est montré dans un état « câble enroulé » à la Fig.2A et dans un état « câble déroulé » à la Fig.2B. [0026] Comme visible aux Figs.2A et 2B, dans cette forme de réalisation particulière, l'arbre fixe 1 est formé de deux pièces 10 et 11 qui sont assemblées par vis. 30 [0027] La pièce 10 comporte une rainure hélicoïdale 100 dans laquelle sont logés des galets de came 31 du récepteur d'enroulement de câble 3. Dans cette forme de réalisation 6 particulière, les galets de came 31 sont au nombre de trois et sont répartis angulairement avec un décalage angulaire de 120° entre galets. L'entrainement en rotation du récepteur d'enroulement de câble 3 par l'arbre tournant 2 provoque ainsi la translation du récepteur d'enroulement de câble 3 suivant l'axe X. 5 [0028] La pièce 11 supporte le montage en rotation de l'ensemble mobile. L'arbre tournant 2 est emmanché dans la pièce 11. La rotation de l'arbre tournant 2 sur la pièce 11 est guidée à l'aide d'un premier roulement à billes 110 et d'un deuxième roulement à billes 70. Le premier roulement à billes 110 est monté sur la pièce 11. Le deuxième roulement à billes 70 est monté sur un flasque de fixation fixe 7 et reçoit une extrémité extérieure de l'arbre 10 tournant 2. [0029] La connexion électrique du câble CE à un câble d'alimentation électrique CA est assurée par l'intermédiaire d'un collecteur rotatif 8 qui est emmanché sur la pièce 11 et permet de garder un contact électrique permanent lors de l'enroulement et/ou le déroulement du câble CE. Typiquement, le collecteur rotatif 8 comporte une pluralité de 15 balais et de pistes de glissement et est prévu pour la connexion des fils électriques, en mode monophasé ou triphasé, selon la forme de réalisation. Le câble d'alimentation électrique CA est relié électriquement à un organe fixe du connecteur rotatif 8. Un câble de raccordement électrique RA traverse une paroi extérieure de l'arbre tournant 2 et relie électriquement le câble électrique CE à un organe mobile du connecteur rotatif 8. 20 [0030] Dans le système de recharge par induction à bobine primaire mobile, le dispositif EDM selon l'invention peut être piloté de façon à ce que le câble électrique reste tendu au-dessus du sol pendant toutes les phases de déplacement de la bobine primaire mobile. Le pilotage du dispositif EDM selon l'invention est alors effectué de manière synchronisée avec le déplacement de la bobine primaire mobile. Un tel pilotage du dispositif EDM selon 25 l'invention évite un frottement du câble électrique sur le sol pendant les phases de déplacement de la bobine primaire mobile. [0031] L'invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d'exemple. De manière générale, l'invention trouvera des applications dans l'enroulement / déroulement d'éléments flexibles filiformes tels que des câbles et faisceaux 30 de câbles électriques, des câbles de liaison informatique, des câbles de liaison mécanique, des tuyaux flexibles de transport de fluides et autres. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif motorisé d'enroulement / déroulement d'un élément flexible filiforme (CE) comprenant un arbre fixe (1) de fixation à un bâti vertical (BAT), un arbre tournant (2) monté en rotation sur ledit arbre fixe (1), ledit arbre tournant (2) étant couplé mécaniquement à un moteur électrique (5), et un récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3) monté sur ledit arbre tournant (2) pour une rotation avec celui-ci, caractérisé en ce que lesdits arbre fixe (1), arbre tournant (2) et récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3) ont un axe central commun (Ax) disposé horizontalement lorsque ledit arbre fixe (1) est fixé audit bâti vertical (BAT), et en ce que ledit dispositif comprend des moyens de translation (100, 31) agencés de façon à produire une translation dudit récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3) suivant ledit axe central commun (Ax) conjointement à une rotation dudit récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3), la direction de ladite translation étant fonction du sens de rotation dudit récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de translation (100, 31) comprennent une rainure hélicoïdale (100) agencée sur ledit arbre fixe (1) dans laquelle est logé au moins un galet de came (31) dudit récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de translation (100, 31) comprennent trois dits galets de came (31) répartis angulairement avec un angle de décalage de 120 degrés entre galets. 4. Dispositif selon l'une quelconque de revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit récepteur d'enroulement d'élément flexible filiforme (3) comporte une gouttière hélicoïdale (30) formant un logement pour ledit élément flexible filiforme (CE). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moteur électrique (5) est de type pas-à-pas. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de rouleaux de maintien (4) qui sont répartis autour dudit récepteur d'enroulement d'élément flexible filaire (3) de façon à garantir un maintien en position dudit élément flexible filaire (CE). 8 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits rouleaux de maintien (4) sont au nombre de six et sont répartis angulairement avec un angle de décalage de 60 degrés entre rouleaux. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour l'enroulement / 5 déroulement d'un élément flexible filiforme sous la forme d'un câble électrique (CE), caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur rotatif à balai (8), ledit collecteur rotatif à balai (8) ayant un organe fixe relié électriquement à un câble d'alimentation électrique (CA) et monté sur ledit arbre fixe (1) et un organe mobile relié électriquement audit câble électrique (CE). 10 9. Système automatique de recharge électrique par induction électromagnétique ayant une bobine primaire mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon la revendication 8 pour l'enroulement / déroulement d'un câble électrique (CE) alimentant ledit système.