Brevet FR3093587A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : CÂBLE DE PUISSANCE AUTO-ÉCLAIRÉ AVEC RÉCUPÉRATEUR D'ÉNERGIE DÉPORTÉ ET PROCÉDÉ DE FABRICATION ASSOCIÉ [0001] La présente invention se rapporte à un câble de puissance auto-éclairé avec récu- pérateur d'énergie déporté, ainsi qu'à un procédé de fabrication associé. [0002] L'invention appartient au domaine des câbles électriques de puissance destinés au transport d'énergie et/ou à la transmission de données. [0003] Elle trouve à s'appliquer en particulier dans le domaine des câbles miniers. [0004] Les câbles miniers sont régulièrement endommagés, voire détruits par écrasement du fait des engins roulants qui ne les voient pas. [0005] Il existe des câbles photoluminescents, mais la couche de poussière et/ou de saleté qui se dépose sur les câbles les rend rapidement invisibles. Ce type de câble ne résout donc pas le problème du manque de visibilité. [0006] Il existe également des câbles équipés de réflecteurs, mais ils présentent le même in- convénient : la lumière ne parvient pas jusqu'aux réflecteurs, à cause du dépôt de poussière et/ou de saleté sur le câble. [0007] Le document WO 2014/026300 A8 décrit un système récupérateur d'énergie fondé sur le principe de l'auto-induction, qui prélève de l'énergie sur un câble de puissance dans lequel circule du courant électrique et qui alimente un ruban de diodes électroluminescentes pour le balisage d'un conducteur triphasé. Le récupérateur d'énergie est constitué d'un câble ferromagnétique sur lequel est enroulé un bobinage de cuivre. La tension est récupérée aux extrémités de ce bobinage. Un tel agencement présente plusieurs inconvénients : le bobinage de cuivre présente généralement un encombrement relativement important incompatible avec les installations en espace réduit. En outre, la souplesse de l'ensemble peut être insuffisante pour un enroulement autour de conducteurs de petit diamètre. Par ailleurs, cet agencement ne permet pas une intégration facile dans une installation et encore moins dans un câble électrique. [0008] La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l'art antérieur. [0009] Dans ce but, la présente invention propose un câble de puissance comportant une région centrale de bourrage contenant au moins un élément conducteur, remarquable en ce qu'il comporte en outre au moins un ruban disposé dans la région centrale de bourrage, au voisinage de l'au moins un élément conducteur, le câble étant équipé d'un système récupérateur d'énergie sans bobinage qui alimente le ruban en courant électrique à partir de l'énergie disponible dans l'au moins un conducteur, le ruban 2 comportant une pluralité d'éléments produisant de la lumière à partir du courant électrique précité. [0010] Ainsi, le volume de matière de bourrage est réduit et la présence du ruban et du système récupérateur d'énergie n'augmente quasiment pas le diamètre final du câble. [0011] En outre, le câble conforme à l'invention est rendu visible en permanence du fait qu'il est autoalimenté en courant électrique et qu'il produit de cc fait, par l'intermédiaire de ses éléments qui produisent de la lumière à partir de cc courant, une lumière suffisamment intense pour être vue en dépit de la poussière et/ou de la saleté présente sur le câble. En outre, l'allumage du câble s'effectue dès qu'une faible intensité est présente dans le conducteur de puissance. [0012] Par conséquent, la probabilité d'endommagement ou de destruction du câble conforme à l'invention est significativement réduite, ce qui engendre moins de ré- parations et donc moins d'arrêts de production pour les utilisateurs du câble. [0013] Dans un mode particulier de réalisation, le câble comporte en outre une gaine de protection transparente disposée autour de l'au moins un élément conducteur, du au moins un ruban et du système récupérateur d'énergie. [0014] Dans toute la présente demande, on entend par « transparent » un élément ou un matériau laissant passer plus ou moins le flux lumineux et au travers duquel les objets sont visibles avec netteté. Plus particulièrement, c'est un élément ou un matériau à travers lequel une image est observée sans perte significative de contraste : l'interposition de l'élément transparent ou du matériau transparent entre une image et un observateur de celle-ci ne réduit pas significativement la qualité de l'image. [0015] La gaine de protection transparente permet de préserver à la fois le ruban, l'élément conducteur et le système récupérateur d'énergie contre les agressions extérieures, tout en ne dégradant pas la visibilité, du fait du caractère transparent de la gaine de protection. [0016] Dans un mode particulier de réalisation, la gaine de protection transparente est extrudée sur l'ensemble formé par l'au moins un élément conducteur, l'au moins un ruban et le système récupérateur d'énergie. [0017] Cela permet un positionnement optimal de la gaine de protection autour de cet ensemble. [0018] La gaine de protection transparente est par exemple en matière plastique. [0019] Dans un mode particulier de réalisation, la pluralité d'éléments produisant de la lumière comporte au moins une diode électroluminescente ou DEL (en anglais LED pour « light-ernitting diode »). [0020] Cela constitue un dispositif d'éclairage à la fois puissant, économique et présentant une durée de vie importante. [0021] L'au moins un ruban peut à son tour alimenter en courant électrique au moins un 3 capteur d'au moins un paramètre relatif à l'état du câble. [0022] Cela permet de surveiller l'état du câble sans prévoir une source extérieure d'alimentation électrique. [0023] Dans un mode particulier de réalisation, le système récupérateur d'énergie s'étend hélicoïdalement autour de l'au moins un élément conducteur. [0024] Cette disposition est avantageuse car elle permet une bonne récupération de l'énergie tout au long de l'élément conducteur. [0025] Dans un mode particulier de réalisation, l'au moins un élément conducteur est une phase du câble. [0026] Le câble conforme à la présente invention est par exemple un câble minier. Les envi- ronnements miniers étant souvent sombres, l'invention s'y applique de façon particulièrement avantageuse. [0027] Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un procédé de fabrication d'un câble de puissance tel que succinctement décrit ci-dessus, remarquable en ce qu'il comporte une étape consistant à extruder la gaine de protection sur l'ensemble formé par l'au moins un élément conducteur, l'au moins un ruban et le système récupérateur d'énergie. [0028] Les caractéristiques particulières et les avantages du procédé étant similaires à ceux du câble, ils ne sont pas répétés ici. Brève description des dessins [0029] D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0030] [fig.1] est une représentation schématique d'une section transversale d'un câble conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; et [0031] [fig.2] est une représentation schématique d'une portion d'un ruban et d'un système récu- pérateur d'énergie sans bobinage compris dans le câble de la figure 1. Description de mode(s) de réalisation [0032] Le câble conforme à la présente invention est un câble électrique de puissance destiné par exemple au transport d'énergie etlou à la transmission de données. C'est par exemple un câble minier [0033] La figure 1 montre un mode particulier de réalisation d'un câble de puissance conforme à la présente invention, vu en section transversale. [0034] Le câble comporte une région 13 centrale remplie d'une matière de bourrage. La matière de bourrage est électriquement isolante et est par exemple une matière plastique. Elle est entourée d'une ou plusieurs couche(s) 15 de matière isolante. [0035] Le câble comporte en outre au moins un élément conducteur contenu dans la région 13 centrale de bourrage. Dans le mode particulier de réalisation illustré, le câble est triphasé et la région 13 centrale de bourrage comporte donc trois éléments conducteurs 10, 12 et 14. A titre d'exemple nullement limitatif, l'élément conducteur 10 est par exemple une phase du câble, l'élément conducteur 12 est par exemple un élément neutre et l'élément conducteur 14 est par exemple un élément de masse ou terre. [0036] Le câble représenté sur le dessin comporte des éléments conducteurs 10, 12 et 14 ayant une section transversale de forme circulaire. Néanmoins, cette forme est donnée à titre d'exemple non limitatif. D'autres formes sont possibles, comme par exemple une section transversale sensiblement plate. [0037] Conformément à l'invention, le câble comporte en outre au moins un ruban 16 disposé dans la région 13 centrale de bourrage, entre les éléments conducteurs 10, 12 et 14, donc au voisinage d'au moins un des éléments conducteurs 10, 12 et 14. Dans le mode particulier de réalisation illustré, le câble comporte un ruban 16 disposé au voisinage de l'élément conducteur 10, qui est une phase du câble. [0038] La largeur et l'épaisseur du ruban 16 dépendent de la taille du câble et de l'application considérée. Elles sont choisies de façon à permettre au câble de conserver une flexibilité et une taille acceptables dans cette application. [0039] Le ruban 16 est alimenté en courant électrique à partir de la puissance qui circule dans l'élément conducteur 10 au voisinage duquel il est disposé. [0040] En effet, l'énergie provenant de l'élément conducteur 10 est recueillie par un système 11 récupérateur d'énergie sans bobinage de fil conducteur, compris dans le câble. [0041] Le système 11 récupérateur d'énergie s'étend par exemple hélicoïdalement autour de l'élément conducteur 10. [0042] Le système 11 récupérateur d'énergie peut par exemple être du type décrit ci-après en référence à la figure 2. [0043] Comme le montre la figure 2, ce système 11 récupérateur d'énergie comporte deux tordons 20 ferromagnétiques composés de torons de fils de matériau ferromagnétique de petit diamètre, typiquement de quelques centièmes de millimètres à quelques millimètres, par exemple de 0,1 mm à 0,4 mm, typiquement 0,2 mm. Ces torons sont eux-mêmes toronnés ensemble pour former chaque tordon 20, qui est connecté au ruban 16 par l'intermédiaire de connexions 22. Le matériau ferromagnétique est par exemple le fer ou un alliage de fer et de nickel, comme par exemple FeNi50 ou FeNi80, ces exemples n'étant nullement limitatifs, tout type de matériau ferromagnétique pouvant être utilisé. Lorsque le matériau ferromagnétique utilisé présente une perméabilité relativement élevée, typiquement de quelques milliers comme c'est le cas pour un alliage FeNi80, il est possible de produire un niveau de tension maximum avec un courant dans l'élément conducteur 10 le plus faible possible, typiquement quelques ampères. [0044] Les tordons 20 agissent comme un noyau ferromagnétique positionné autour de l'élément conducteur 10. Le courant qui circule dans l'élément conducteur 10 induit un flux magnétique dans l'ensemble des torons qui constituent chaque tordon 20. Selon la façon dont est réalisé le toronnage, chaque toron embrasse une certaine fraction de la section totale et agit comme un bobinage dans lequel est induite une tension. Les torons forment donc l'équivalent d'un ensemble de bobinages mis en parallèle et une tension est présente entre les deux extrémités de chaque tordon 20. [0045] Par ailleurs, grâce à ce noyau magnétique souple, le câble auto-éclairant garde une bonne souplesse, du fait du faible diamètre des fils de matériau ferromagnétique formant les torons qui constituent chaque tordon 20. Le nombre de fils (ou brins) est ajusté de façon à obtenir la section de matériau ferromagnétique nécessaire à l'obtention de la tension recherchée. Ces brins sont toronnés ensemble, soit en un seul toron pour les sections faibles de tordon 20, soit en plusieurs torons intermédiaires. Les brins et les torons intermédiaires dans un même tordon 20 sont avantageusement « vrillés » dans le même sens (horaire ou antihoraire) afin que les tensions induites ne se compensent pas. [0046] Les brins unitaires peuvent être isolés les uns des autres. Ils peuvent aussi ne pas être isolés les uns des autres. Dans ce second cas, ils sont en contact permanent les uns avec les autres. Le gradient de tension est avantageusement nul sur l'ensemble de la section droite d'un tordon 20, quelle que soit la position sur le tordon 20, afin d'éviter la création de courts-circuits. Il n'y a pas de différence de potentiel entre les brins ; aucun courant ne peut circuler d'un brin à l'autre. A cette fin, tous les brins unitaires parcourent le même « chemin » pour embrasser la même section équivalente tout au long du tordon 20. Les paramètres de toronnage des différents torons intermédiaires, tels que le pas et le nombre de brins, sont choisis de façon à satisfaire cette condition. [0047] Il est avantageux de fabriquer des tordons 20 composés du plus grand nombre de brins possible avec le moins de torons possible. On peut réaliser des combinaisons de 2, 3 ou 4 brins sans brin central, afin de garantir que les brins soient tous vrillés de façon identique. [0048] Le toronnage du tordon 20 peut alors être réalisé en plusieurs étapes : par exemple, d'abord un toronnage de 2 ou 3 brins, puis un toronnage de 2 ou 3 torons de 2 ou 3 brins, puis un toronnage de 2 ou 3 torons de 2 ou 3 torons de 2 ou 3 brins, et ainsi de suite jusqu'à obtenir le nombre de brins et la section ferromagnétique désirés. [0049] Un paramètre qui influence le niveau de tension induit est le pas de toronnage. Dans un tordon 20 constitué de plusieurs torons, il convient de prendre en compte le pas de chaque toron intermédiaire. Le fait de réduire le pas augmente le nombre de toms par unité de longueur et par conséquent le nombre de spires de bobinage équivalent. Cela 6 est avantageux pour augmenter le niveau de tension, niais la longueur de pas sera cependant choisie de façon à conserver une bonne souplesse et réduire les déformations. [0050] Par ailleurs, le sens de l'enroulement sur l'élément conducteur 10 joue un rôle sur la phase de la tension de sortie. En effet, si le sens de toronnagc du tordon 20 est le même que le sens de l'enroulement sur l'élément conducteur 10, la tension sera en phase avec le courant. En revanche, si le sens de toronnagc est inversé par rapport au sens de l'enroulement sur l'élément conducteur 10, la tension sera en opposition de phase avec le courant. De plus, pour une valeur de courant donnée, les tensions induites aux extrémités d'un tordon 20 sont différentes selon que le sens de toronnagc est le même ou inversé par rapport au sens d'enroulement sur l'élément conducteur 10. [0051] La tension induite disponible aux extrémités d'un tordon 20 est proportionnelle à la longueur du tordon 20. Pour obtenir une tension suffisante, par exemple 3 V minimum, plusieurs mètres de tordon peuvent être nécessaires. La distance entre les connexions pour récupérer cette tension peut donc être également de plusieurs mètres. Afin que les deux bornes de raccordement soient côte à côte, deux tordons 20 toronnés en sens inverse l'un par rapport à l'autre sont avantageusement enroulés en parallèle sur l'élément conducteur 10. La mise en série de ces deux tordons 20 permet d'ajouter les tensions induites dans chaque tordon 20. [0052] De façon optionnelle, une cosse sertie directement sur chaque tordon 20 peut venir serrer les brins les uns contre les autres et ainsi assurer les contacts électriques et la tenue mécanique des torons. [0053] Du fait de l'optimisation des pertes fer, le câble de puissance auto-éclairé présente un faible suréchauffement. [0054] Le système 11 récupérateur d'énergie alimente le ruban 16 en courant électrique par électromagnétisme, par exemple à intervalles réguliers. [0055] Le ruban 16 comporte une pluralité d'éléments produisant de la lumière à partir du courant électrique. L'émission de lumière est matérialisée sur la figure 1 par quatre flèches. [0056] Ces éléments produisant de la lumière peuvent être des diodes électroluminescentes. [0057] Dans un mode particulier de réalisation, le ruban 16 pourrait être équipé de batteries de stockage d'électricité. [0058] Par ailleurs, on peut équiper le câble d'un ou plusieurs capteurs en plus des capteurs émetteurs de lumière prévus sur le ruban 16, tels que des capteurs mesurant certains paramètres reflétant l'état du câble, comme par exemple la température, l'intensité du courant, la tension électrique, la puissance, la tension mécanique ou encore la localisation par système GPS (système (le positionnement par satellite, en anglais « Global Positioning System »). Le système 11 récupérateur d'énergie peut alimenter ce(s) 7 capteurs en courant électrique. [0059] Le système 11 récupérateur d'énergie peut en outre alimenter en courant électrique tout autre élément, tel qu'un ou plusieurs systèmes d'émission, par exemple du type WiFi. [0060] Une gaine de protection transparente (non représentée) peut être disposée autour des éléments conducteurs 10, 12 et 14, du ruban 16 et du système 11 récupérateur d'énergie. [0061] La gaine de protection transparente est par exemple en matière plastique. [0062] La section du câble auto-éclairé peut être faible. [0063] Lors de la fabrication du câble, une étape consiste, après enroulement du système 11 récupérateur d'énergie autour de l'élément conducteur 10 du câble, à extruder la gaine de protection transparente sur l'ensemble formé par les éléments conducteurs 10, 12 et 14, le(s) ruban(s) 16 et le système 11 récupérateur d'énergie. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10]