La présente invention concerne un dispositif de commutation destiné à être connecté à un transformateur. La présente invention concerne également un ensemble comportant un tel dispositif de commutation et un transformateur, ainsi qu'un véhicule comportant un tel ensemble.
Des véhicules, notamment des véhicules électriques, comportent fréquemment des transformateurs alimentés par exemple par un pantographe et utilisés pour fournir un courant d'alimentation électrique du véhicule tel qu'un courant d'alimentation d'un moteur électrique de propulsion du véhicule. Ces transformateurs sont en général fixés sous le châssis du véhicule du fait de leur grande taille et de leur poids important.
De tels transformateurs sont en général associés à des dispositifs de commutation permettant de contrôler l'alimentation électrique d'au moins un enroulement du transformateur. Le dispositif de commutation est alors disposé sur le toit du véhicule, à proximité du pantographe, et relié au transformateur par un ou plusieurs câbles. Chaque câble est relié à un connecteur dépassant du boîtier du transformateur et fixé à ce connecteur de manière à éviter un décrochement sous l'effet des vibrations du véhicule.
Toutefois, de tels arrangements ne sont pas optimisés. En particulier, le transformateur et le dispositif de commutation doivent chacun être fixés séparément au châssis ou à la carrosserie du véhicule, puis le ou les câbles correspondants sont fixés à ces deux équipements, ce qui est relativement complexe et long, notamment dans le cas d'une installation sous caisse. En outre, il est nécessaire de prévoir beaucoup de place aussi bien sur le toit du véhicule que sous le châssis pour y placer ces équipements.
Il existe donc un besoin pour un dispositif de commutation, destiné à être connecté à un transformateur embarqué dans un véhicule, qui permette de réduire la complexité de montage et de connexion du véhicule et qui permette de dégager de l'espace dans le véhicule.
A cet effet, il est proposé un dispositif de commutation pour un véhicule comportant un transformateur, le véhicule étant notamment un véhicule de transport en commun, le transformateur comportant au moins un premier enroulement, un premier boîtier contenant le premier enroulement et un premier connecteur primaire électriquement connecté au premier enroulement à travers le premier boîtier, le dispositif de commutation comportant un deuxième boîtier, une borne d'entrée configurée pour recevoir un courant électrique, un premier connecteur secondaire et un organe de commutation configuré pour commuter entre une première configuration dans laquelle l'organe de commutation relie électriquement la borne d'entrée et le premier connecteur secondaire et une deuxième configuration dans laquelle l'organe de commutation isole électriquement la borne d'entrée du premier connecteur secondaire, l'organe de commutation étant accueilli dans le deuxième boîtier, le premier connecteur secondaire étant électriquement connecté à l'organe de commutation à travers le deuxième boîtier et étant destiné à être connecté au premier connecteur primaire.
Le premier connecteur secondaire est configuré pour coopérer avec le premier connecteur primaire pour fixer le dispositif de commutation au transformateur, notamment au premier boîtier, dans une position de connexion lorsque le premier connecteur primaire est connecté au premier connecteur secondaire, le deuxième boîtier étant solidaire du premier boîtier lorsque le dispositif de commutation est dans la position de connexion.
Selon des modes de réalisation optionnels, le dispositif de commutation présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
Il est également proposé un ensemble comportant un dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes et un transformateur comportant au moins un premier enroulement, un premier boîtier contenant le premier enroulement et un premier connecteur primaire électriquement connecté au premier enroulement à travers le premier boîtier. Selon des modes de réalisation optionnels, l'ensemble présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
Il est également proposé un véhicule, notamment un véhicule de transport en commun, comportant un ensemble tel que précédemment décrit.
Selon un mode de réalisation optionnel, l'ensemble est fixé sous un châssis du véhicule.
Des caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
Un véhicule 10 est représenté sur la
Le véhicule 10 est, par exemple, un véhicule de transport en commun, notamment un véhicule ferroviaire tel qu'un train ou un tramway. En variante, le véhicule 10 est un véhicule routier tel qu'un bus ou un trolleybus.
Le véhicule 10 comporte un châssis 15, une carrosserie 20 portée par le châssis 15, un pantographe 25, un disjoncteur 30, un transformateur 35 et un dispositif de commutation 40.
Le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40, ensemble, forment un ensemble 42, représenté plus en détails sur la
En particulier, le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 sont fixés l'un à l'autre pour former l'ensemble 42. Lorsque le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 sont fixés l'un à l'autre, le dispositif de commutation 40 est dans une position de connexion dans laquelle le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 sont électriquement connectés l'un à l'autre.
Le châssis 15 supporte la carrosserie 20, et est notamment disposé en-dessous de la carrosserie 20 lorsque le véhicule 10 est en fonctionnement.
La carrosserie 20 délimite un volume intérieur du véhicule 10.
Le pantographe 25 est, de manière connue en soi, configuré pour entre mis en contact avec une caténaire pour alimenter le véhicule 10 avec un courant électrique.
Le pantographe 25 est configuré pour alimenter électriquement le disjoncteur 30 avec le courant électrique reçu de la caténaire.
Le disjoncteur 30 est configuré pour détecter un défaut électrique et pour commuter d'une première configuration à une deuxième configuration en cas de détection du défaut.
Dans la première configuration, le disjoncteur 30 est configuré pour alimenter électriquement le dispositif de commutation 40 avec le courant électrique reçu. Dans la deuxième configuration, le disjoncteur 30 est configuré pour interrompre le courant électrique, et ainsi pour isoler électriquement le dispositif de commutation 40 du pantographe 25.
Le transformateur 35 comporte au moins un premier enroulement primaire 45, un enroulement secondaire 47, un premier boîtier 50, un premier connecteur primaire 55 et un circuit magnétique 57. Optionnellement, le transformateur 35 comporte un deuxième enroulement primaire 60 et un deuxième connecteur primaire 65.
Le premier enroulement primaire 45 est enroulé autour du circuit magnétique 57.
Le premier enroulement primaire 45 présente une première borne 70 et une deuxième borne 75, le premier enroulement primaire 45 étant configuré pour conduire un courant reçu du dispositif de commutation 40 via la borne 70 jusqu'à la deuxième borne 75.
La première borne 70 est électriquement connectée au premier connecteur primaire 55.
La deuxième borne 75 est, par exemple, mise à la terre.
L'enroulement secondaire 47 est enroulé autour du circuit magnétique 57 et présente une troisième borne 80 et une quatrième borne 85. Il est à noter que le nombre d'enroulements secondaires 47 est susceptible d'être supérieur à un.
Les bornes 80 et 85 de l'enroulement secondaire 47 sont connectées à un dispositif électrique du véhicule, par exemple à un système électrique alimentant une pluralité d'appareils, ou encore à un moteur électrique.
De manière connue en soi, le transformateur 35 est configuré pour, lorsqu'une première tension est imposée aux bornes 70, 75 du premier enroulement primaire 45, générer une deuxième tension entre les bornes 80, 85 de l'enroulement secondaire 47.
La deuxième tension est, par exemple, strictement inférieure à la première tension.
Le premier boîtier 50 délimite une chambre accueillant le premier enroulement primaire 45, le noyau 57, l'enroulement secondaire 47 et le deuxième enroulement primaire 60.
Le premier boîtier 50 est configuré pour isoler électriquement le premier enroulement primaire 45, le circuit 57, l'enroulement secondaire 47 et le deuxième enroulement primaire 60 de l'extérieur du boîtier 50.
Le premier connecteur primaire 55 traverse une portion du premier boîtier 50 pour connecter électriquement la première borne 70 au dispositif de commutation 35.
Le premier connecteur primaire 55 forme une saillie par rapport au premier boîtier 50.
Le premier connecteur primaire 55 comporte, par exemple, un élément conducteur 90 et un fourreau 95.
L'élément conducteur 90 est réalisé, par exemple, en un matériau métallique tel que le cuivre ou l'aluminium.
L'élément conducteur 90 traverse une portion du premier boîtier 50. L'élément conducteur 90 est, par exemple, un barreau métallique s'étendant selon une direction principale.
L'élément conducteur 90 est électriquement connecté à la première borne.
Le fourreau 95 entoure l'élément conducteur 90 dans un plan perpendiculaire à la direction principale de l'élément conducteur 90.
Le fourreau 95 est réalisé en un matériau électriquement isolant, par exemple l'epoxy.
Le fourreau 95 s'étend à partir du premier boîtier 50 selon la direction principale de l'élément conducteur 90.
Le fourreau 95 est, par exemple, ouvert à son extrémité opposée au premier boîtier 50, de manière à laisser apparaître une extrémité de l'élément conducteur 90, cette extrémité délimitant l'élément conducteur 90 selon la direction principale de celui-ci.
Le deuxième enroulement primaire 60 est enroulé autour du circuit magnétique 57.
Le deuxième enroulement primaire 60 présente une cinquième borne 100 et une sixième borne 105, le deuxième enroulement primaire 60 étant configuré pour conduire un courant reçu du dispositif de commutation 40 via la borne 100 jusqu'à la borne 105.
De manière connue en soi, le transformateur 35 est configuré pour, lorsqu'une première tension est imposée aux bornes 100, 105 du deuxième enroulement primaire 60, générer une deuxième tension entre les bornes 80, 85 de l'enroulement secondaire 47.
La cinquième borne 100 est électriquement connectée au deuxième connecteur primaire 65.
La sixième borne 105 est, par exemple, mise à la terre.
Le deuxième connecteur primaire 65 traverse une portion du premier boîtier 50 pour connecter électriquement la cinquième borne 100 au dispositif de commutation 40.
Le deuxième connecteur primaire 65 est, par exemple, identique au premier connecteur primaire 55.
Le dispositif de commutation 40 est fixé au transformateur 35. En particulier, le dispositif de commutation 40 est fixé au premier boîtier 50, notamment solidaire du premier boîtier 50.
Il est entendu par « solidaire » qu'un déplacement de l'un des éléments solidarisés implique un déplacement identique de l'autre élément.
Le dispositif de commutation 40 est configuré pour recevoir le courant électrique du disjoncteur 30 et pour alimenter le transformateur 35 avec le courant électrique.
En particulier, le dispositif de commutation 40 comporte un deuxième boîtier 110, une borne d'entrée 115, un mécanisme de commutation 120, un actionneur 125, un premier connecteur secondaire 130 et un deuxième connecteur secondaire 135.
Le deuxième boîtier 110 est électriquement isolant.
Le deuxième boîtier 110 délimite une chambre accueillant le mécanisme de commutation 120 et, optionnellement, l'actionneur 125, et est configuré pour isoler électriquement le mécanisme de commutation 120 de l'extérieur du deuxième boîtier 110.
La borne d'entrée 115 est configurée pour être électriquement connectée à un dispositif, notamment au disjoncteur 30, configuré pour alimenter électriquement la borne d'entrée 115 avec un courant électrique.
La borne d'entrée 115 traverse une partie du boîtier pour connecter électriquement ledit dispositif au mécanisme de commutation 120.
Le mécanisme de commutation 120 est configuré pour commuter entre une première configuration et une deuxième configuration.
Dans la première configuration, le mécanisme de commutation 120 connecte électriquement la borne d'entrée 115 au premier connecteur secondaire 130.
Dans la deuxième configuration, le mécanisme de commutation 120 isole électriquement la borne d'entrée 115 du premier connecteur secondaire 130.
Le mécanisme de commutation 120 comporte par exemple, de manière connue en soi, deux bornes 140 et 145 électriquement conductrices et deux contacts 150 et 155.
La borne 140 est électriquement connectée au premier connecteur secondaire 130.
La borne 145 est électriquement connectée au deuxième connecteur secondaire 135 et à la borne d'entrée 115.
Le contact 150 est électriquement connecté à la borne 140.
Le contact 150 est mobile entre une première position et une deuxième position qui définissent respectivement la première et la deuxième configuration.
Lorsque le contact 150 est dans la première position, le contact 150 est électriquement connecté au contact 155. Lorsque le contact 150 est dans la deuxième position, le contact 150 est déconnecté du contact 155.
Le contact 155 est électriquement connecté à la borne 145.
L'actionneur 125 est, de manière connue en soi, configuré pour déplacer le contact 150 entre ses deux positions, par exemple sur une commande reçue d'un appareil externe au dispositif de commutation 40.
Le premier connecteur secondaire 130 est électriquement connecté au premier connecteur primaire 55.
Le premier connecteur secondaire 130 est configuré pour coopérer avec le premier connecteur primaire 55 pour fixer le dispositif de commutation 40 au transformateur 35.
En particulier, comme il apparaîtra ci-dessous, le premier connecteur secondaire 130 est configuré pour coopérer avec le premier connecteur primaire 55 pour fixer le deuxième boîtier 110 au premier boîtier 50.
Le premier connecteur secondaire 130 comporte, par exemple, un élément électriquement conducteur 160 traversant une partie du boîtier et électriquement connecté à la borne 140, et un élément de protection 165.
L'élément conducteur 160 est configuré pour être électriquement connecté à l'élément conducteur 90 du premier connecteur primaire 55 lorsque le dispositif de commutation 40 est fixé au transformateur 35.
Comme représenté sur la
L'élément conducteur 160 est, par exemple, configuré pour être traversé par la vis 170, cette vis 170 s'étendant par exemple selon la direction principale de l'élément 90 correspondant.
L'élément de protection 165 est configuré pour isoler électriquement l'élément conducteur 160 de l'extérieur de l'ensemble 42 lorsque le dispositif de commutation 40 est fixé au transformateur 35. En particulier, l'élément de protection 165 entoure l'élément conducteur 160 dans un plan perpendiculaire à la direction principale du premier connecteur primaire 55 lorsque les connecteurs 55 et 130 sont connectés l'un à l'autre.
L'élément de protection 165 est, par exemple, venu de matière avec le deuxième boîtier 110. Par exemple, l'élément de protection 165 est formé par une portion du deuxième boîtier 165, telle qu'une portion délimitant un orifice configuré pour accueillir le premier connecteur primaire 55.
Selon le mode de réalisation représenté sur la
L'élément de protection 165 est, par exemple, configuré pour accueillir le fourreau 95 du premier connecteur primaire 55. En particulier, l'élément de protection 165 est complémentaire du fourreau 95 et configuré pour enserrer le fourreau 95 dans un plan perpendiculaire à la direction principale de l'élément 90 correspondant, de manière à empêcher un mouvement relatif entre les deux boîtiers 110.
Le deuxième connecteur secondaire 135 est configuré pour être connecté au deuxième connecteur primaire 65 lorsque le dispositif de commutation 40 est fixé au transformateur 35.
Le deuxième connecteur secondaire 135 est configuré pour coopérer avec le deuxième connecteur primaire 65 pour fixer le dispositif de commutation 40 au transformateur 35, notamment pour fixer le deuxième boîtier 110 au premier boîtier 50.
Le deuxième connecteur secondaire 135 est par exemple identique au premier connecteur secondaire 130.
Optionnellement, le dispositif de commutation 40 comporte, en outre un ou plusieurs éléments de fixation configurés pour coopérer avec le transformateur 35 pour fixer le dispositif de commutation 40 dans sa position de connexion au transformateur 35.
Chaque élément de fixation est, par exemple, un élément en relief par rapport au deuxième boîtier 110 configurer pour solidariser le deuxième boîtier 110 au premier boîtier 50. Chaque élément en relief est, notamment, configurée pour coopérer avec un élément complémentaire du premier boîtier 50. Par exemple, chaque élément en relief est une protrusion configurée pour être vissée à l'élément complémentaire, ou encore pour être insérée dans l'élément complémentaire afin de maintenir les boîtiers 110 et 50 en position l'un par rapport à l'autre.
L'utilisation des connecteurs secondaires 130 et 135 pour fixer le transformateur 40 et le dispositif de commutation 35 l'un à l'autre permet de simplifier la structure du véhicule, notamment en évitant de devoir prévoir des mécanismes additionnels de fixation. En effet, même si le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 sont distants l'un de l'autre, les conducteurs électriques les reliant doivent être fixés à ces dispositifs, tandis que le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 doivent chacun être fixés au véhicule. Grâce à l'invention, les moyens de fixation du dispositif de commutation 40 au véhicule ne sont plus nécessaires, puisque leur rôle est joué par les connecteurs 130 et 135.
En outre, les connecteurs secondaires 130 et 135 peuvent être utilisés avec des transformateurs 35 déjà existants, qui permettent actuellement la fixation des conducteurs à leurs connecteurs 55, 65.
Par ailleurs, l'utilisation des connecteurs secondaires 130 et 135 pour fixer le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 l'un à l'autre permet de fixer conjointement ces deux dispositifs sous le châssis du véhicule 10, et ainsi de dégager de la place sur le toit du véhicule 10, où le dispositif de commutation 40 serait habituellement disposé.
Il est à noter que des modes de réalisation du dispositif de commutation 40 comportant un unique connecteur secondaire 130 sont également envisageables, comme il apparaîtra par la suite. Toutefois, un dispositif de commutation 40 comportant deux connecteurs secondaires 130, 135 dont l'un est connecté en permanence à la borne d'entrée 115 permet de contrôler l'alimentation électrique des deux enroulements primaires 45, 60 d'un transformateur comportant deux tels enroulements, puisque le premier enroulement primaire 45 n'est alors alimenté que lorsque le dispositif de commutation 40 est dans la première configuration.
Une vis permet de solidariser le transformateur 35 et le dispositif de commutation 40 de manière efficace, notamment lorsque le connecteur primaire 55, 65 est accueilli dans le connecteur secondaire 130, 135 correspondant.
La présence d'un ou plusieurs élément(s) de fixation additionnels permet de renforcer la solidité de la fixation. Pour cela, des éléments en relief par rapport au boîtier 110 du dispositif de commutation 40 et coopérant avec des éléments complémentaires du boîtier 50 du transformateur 40 permettent une fixation simple et robuste.
Selon une variante, le dispositif de commutation 40 comporte, en outre, un organe de détection configuré pour détecter un défaut électrique, notamment un défaut électrique d'un courant circulant entre la borne d'entrée 115 et le premier connecteur secondaire 130.
Le défaut électrique est, par exemple, un surcourant, une surtension, un courtcircuit, ou encore l'apparition d'un arc électrique, bien que d'autres types de défauts électriques soient envisageables.
L'organe de détection est configuré pour commander une commutation de l'organe de commutation 120 depuis la première configuration jusqu'à la deuxième configuration en cas de détection d'un tel défaut, par exemple par l'envoi d'une commande de commutation à l'actionneur 125.
Il est à noter que l'organe de détection est susceptible d'être distant du reste du dispositif de commutation 40, par exemple si l'organe de détection est contenu dans un boîtier distinct du boîtier 110.
L'organe de détection est, notamment, configuré pour mesurer des valeurs d'un paramètre dudit courant électrique, et pour détecter le défaut en fonction des valeurs mesurées.
Dans ce cas, le dispositif de commutation 40 comporte, par exemple, un unique connecteur secondaire 130, et en particulier ne comporte pas le deuxième connecteur secondaire 135. Ce mode de réalisation est notamment utile dans un rôle de disjoncteur protégeant un transformateur 35 à un seul enroulement primaire 45.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.