FR2736595A1 - Capteur de courant pour vehicule, en particulier pour un vehicule ferroviaire - Google Patents

Abstract

Le capteur de courant, pour un véhicule qui comprend une unité d'entraînement à alimenter avec du courant électrique, comprend un corps de balayage (1) pour transmettre au véhicule du courant électrique depuis une ligne (2) qui mène du courant, le corps de balayage (1) présentant au moins une région de transmission de courant tournée vers la ligne électrique constituée d'un matériau composite en carbone renforcé par des fibres de carbone. Dans la région de transmission de courant sont intégrés du carbure de silicium (15), formé par infiltration de silicium liquide et transformation avec le carbone, et des matériaux bons conducteurs de l'électricité (16), sous forme de tiges, de fibres, de films ou de bandes, qui s'étendent dans leur direction longitudinale en direction d'écoulement du courant.

Description

La présente invention concerne un capteur de courant pour un véhicule, en

particulier pour un véhicule ferroviaire qui comporte une unité d'entraînement qui doit être alimentée par du courant électrique, comprenant un corps de balayage pour transmettre jusqu'au véhicule le courant électrique depuis un conducteur électrique qui mène le courant électrique, le corps de balayage contenant du carbone dans au moins une

partie de sa surface de contact dirigée vers le conducteur.

Les véhicules qui sont en particulier employés pour le transport de personnes, comme par exemple les chemins de fer, les véhicules de transport souterrains, les tramways, et les trolleybus, captent au moyen d'un corps de balayage le courant pour les unités d'entraînement électriques depuis des conducteurs qui mènent le courant électrique. En ce qui concerne les conducteurs électriques, il peut s'agir de fils électriques suspendus qui s'étendent au-dessus de la voie, mais il peut s'agir par ailleurs de barres électriques qui sont agencées à l'intérieur de la voie ou latéralement par rapport à celle-ci, par exemple un rail. Le corps de balayage doit, pour assurer une transmission fiable du courant pendant la circulation, être en engagement de la manière la plus permanente possible avec le conducteur électrique, ce pour quoi une force de pressage la plus régulière possible est nécessaire afin de maintenir en engagement la surface de contact du corps de balayage contre le conducteur électrique. Ces problèmes se produisent lorsque le déplacement du corps de balayage le long du conducteur se produit à une haute vitesse, comme ceci est le cas par exemple des trains à grande

vitesse, qui circulent à des vitesses largement au-delà de 250 km/h.

Au-dessous de ces vitesses, on observe un soulèvement du corps de balayage depuis le conducteur, ce qui mène à la formation d'étincelles et à une usure accrue du corps de balayage en raison d'une érosion par amorçage. Afin d'éviter un tel soulèvement, on doit appliquer une pression de contact élevée, ce qui est implique des forces importantes, en particulier lorsqu'on considère les masses importantes des capteurs de courant. Les capteurs de courant habituels de ces trains à grande vitesse sont réalisés avec deux barrettes formant corps de balayage, qui sont agencées parallèlement l'une à l'autre sur un châssis-support, et leur extension longitudinale est dirigée approximativement à la perpendiculaire de la ligne électrique. Les barrettes à balai, qui sont constituées en graphite, sont fixées sur le châssis-support dans des profilés porteurs en aluminium en forme de U. Le châssis-support lui même est relié au véhicule au moyen d'une monture à bascule en forme

de bras.

Le matériau de graphite utilisé pour les corps de balayage de l'état de la technique présente une usure importante. La proportion d'usure par abrasion est provoquée par le contact à friction avec la ligne électrique, tandis que la proportion d'usure par oxydation se produit à cause de la formation d'étincelles évoquée ci-dessus lors des brefs soulèvements du

corps de balayage par rapport à la ligne électrique pendant la circulation.

Un autre problème est la faible solidité du graphite, ce qui rend

nécessaire de prévoir le corps profilé pour tenir les barrettes en graphite.

De ce fait, se pose le problème que la barrette de graphite doit être entourée suffisamment loin pour des raisons de solidité, mais qu'il doit d'autre part rester libre une hauteur suffisante de barrette de graphite pour assurer, jusqu'à une usure déterminée, un contact suffisant via le matériau en graphite. Les pertes par usure du matériau en graphite sont considérables, en particulier dans des conditions extrêmes, comme par exemple à des hautes vitesses, avec le développement correspondant de chaleur, ainsi que sous l'influence extérieure du froid, par exemple lors du service en hiver, et que la ligne électrique offre au graphite une surface extrêmement inégale à cause de la formation de glace. En outre, le maintien de la barrette en graphite dans un support profilé mène à des formes défavorables sur le plan aérodynamique, qui présentent d'une part une résistance élevée à l'air, et qui mènent d'autre part au développement de bruits en circulation, en particulier pour des vitesses de circulation élevées. Un autre problème, que présentent les corps de balayage habituels, est représenté par les coefficients de dilatation thermique différents entre la barrette en graphite et les supports profilés en aluminium. Il en résulte une liaison complexe de ces composants différents, avec les conséquences correspondantes sur le coût. Afin de compenser le soulèvement temporaire des corps de balayage depuis la ligne électrique, ce qui mène à des interruptions du courant, chaque capteur de courant est équipé de deux corps de balayage qui, comme déjà évoqué, sont reliés l'un à l'autre par un élément basculant, de sorte que l'on doit assurer grâce à ceci que l'un au moins des corps de

balayage établit le contact momentané avec la ligne électrique.

On connaît du document US-PS-4 339 021 un capteur de courant pour un chemin de fer, qui est constitué d'un corps de balayage en carbone

renforcé par des fibres de carbone.

On connaît en outre du document abrégé japonais 63-1 40 050 un matériau pour un collecteur de courant, dans lequel on ajoute à un mélange de poudre de métal et de poudre de graphite des fibres de carbone cuivrées à raison de 5 à 15% en poids, et après avoir mélangé ces composants, on compacte et on fritte le mélange résultant. Les fibres de carbone possèdent de préférence une longueur de 0,2 à 10 mm, et une

épaisseur de revêtement dans la plage de 1 à 10 microns.

Le document DE-A1-39 33 039 divulgue un procédé pour produire des matériaux composites CFC (Carbone/Fibres de Carbone) protégés vis-à-vis de l'oxydation, qui sont constitués d'une matrice de carbone et de fibres de renfort en carbone. Ces matériaux composites sont tout d'abord carbonisés et on infiltre ensuite du silicium métallique liquide, qui réagit alors dans les cavités poreuses avec le carbone de la matrice, mais aussi avec les fibres de carbone, pour former du carbure de silicium. De cette façon, on obtient des matériaux composites avec une meilleure protection vis-à-vis de l'oxydation, mais avec une quasi- ductilité réduite, puisque le renfort en fibres est attaqué de façon

massive.

Un procédé comparable à celui qui est décrit dans le document DE-A1 39 33 039 est connu du document DE-A1 41 36 880, pour la réalisation d'un composant résistant à l'oxydation, en particulier pour le

domaine spatial.

Une plaquette de balayage réalisée de façon aérodynamique, pour un capteur de courant à haute vitesse, est connue du document DE-B2-8 30 027. La plaquette de balayage est composée de Cu-Carbone, de CuCd ou de NiAg. En partant de l'état de la technique, tel qu'il résulte du document US-PS-4 339 021, qui concerne un capteur de courant pour un véhicule, en particulier un véhicule ferroviaire qui comprend une unité d'entraînement à alimenter par un courant électrique, comprenant un corps de balayage pour transmettre vers le véhicule du courant électrique depuis une ligne qui conduit le courant, le corps de balayage comportant au moins une région de transmission de courant, dirigée vers la ligne électrique, formée d'un matériau composite en carbone renforcé par des fibres de carbone, l'objectif sous-jacent à la présente invention est de développer un capteur de courant pour un véhicule, en particulier pour un véhicule ferroviaire, dans le sens que l'on réduit de façon sensible les apparitions d'usure par comparaison à l'état de la technique, et qui présente une meilleure capacité de capter le courant, même sous des

conditions de fonctionnement extrêmes.

Partant d'un capteur de courant, tel que cité ci-dessus en se référant au document US-PS 4 339 021, cet objectif est atteint par le fait que dans la région qui transmet le courant on intègre du carbure de silicium, qui est formé par infiltration de silicium liquide et transformation avec du carbone, et des matériaux bons conducteurs de l'électricité, sous forme de tiges, de fibres, de films ou de bandes, qui s'étendent dans leur direction longitudinale dans la direction d'écoulement du courant. Grâce à l'utilisation d'un matériau composite basé sur du carbone renforcé par des fibres de carbone, ont atteint, par comparaison au graphite, une meilleure résistance à l'abrasion, en particulier sous des conditions de circulation extrêmes, et grâce à ce matériau, au contraire du graphite, on réduit en outre le poids du corps de balayage et ainsi celui du capteur de courant. Grâce à la masse sensiblement plus faible, on doit appliquer des forces de pressage plus faibles pour appliquer le corps de balayage contre la ligne électrique. De même, grâce à la réduction des forces dynamiques qui sont provoquées sur le corps de balayage par les inégalités le long de la ligne électrique, le corps de balayage reste sous un contact plus régulier avec la ligne électrique, précisément à des vitesses élevées. Il s'est en outre avéré qu'un tel corps de balayage possède une solidité propre élevée, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des corps profilés complexes afin de maintenir et de guider le corps de balayage. Au contraire, un tel matériau composite à base de carbone renforcé par des fibres de carbone ne doit être équipé de dispositifs de fixation qu'à sa face inférieure, de sorte que l'on obtient, outre la réduction de poids, l'avantage supplémentaire que l'on dispose de la totalité de la hauteur du corps de balayage pour le captage du courant, de sorte que l'on dispose d'une hauteur relativement importante

pour l'usure et qu'il en résulte une durée de fonctionnement prolongée.

Il s'est en outre avéré que même des températures très élevées, telles qu'elles résultent du contact en glissement entre le corps de balayage et la ligne électrique à des vitesses élevées, comme par exemple dans des trains à grande vitesse, n'ont pratiquement aucun effet quant à un

accroissement de l'abrasion.

Dans la première forme de réalisation énoncée ci-dessus, dans la matrice de carbone renforcée par des fibres de carbone et qui constitue la structure de base du corps de balayage, on intègre des structures en couches de carbure de silicium. De telles structures en couches de carbure de silicium augmentent la résistance à l'abrasion du corps de balayage. De telles structures en couches sont minces et, en plus de la résistance à l'abrasion, elles augmentent la solidité d'ensemble du corps composite. De plus, en combinaison avec la matrice de carbone renforcée de fibres de carbone, le carbure de silicium se distingue par le fait que, lors de l'infiltration de silicium dans une matrice de carbone, il forme du carbure de silicium avec le carbone de la matrice, grâce à quoi il en résulte un corps composite de haute solidité. En outre, grâce au carbure de silicium, on augmente la résistance à l'oxydation et donc la

durée d'utilisation du corps de balayage.

Pour augmenter d'une manière désirée la conductivité électrique du corps de balayage, mais en influençant le moins possible le comportement du corps de balayage en ce qui concerne sa résistance à l'abrasion et son poids, on intègre dans le corps de carbone renforcé de fibres de carbone des matériaux bons conducteurs de l'électricité, qui sont de préférence composés de très petits composants, de préférence sous la forme de fils ou de fibres minces, ou de petites bandes métalliques telles que des films. Des composants en graphite conviennent également, et de tels composants en graphite doivent être préférés lorsque la conductivité du graphite est suffisante pour les exigences quant à la transmission du courant, tandis que l'on doit donner la préférence aux composants métalliques lorsque les propriétés électriques du corps de balayage doivent être encore améliorées ou lorsqu'on exige une protection accrue

vis-à-vis de l'usure.

De préférence, ces éléments qui augmentent la conductivité électrique sont orientés avec leur plus grande dimension de telle manière qu'ils s'étendent perpendiculairement à la surface de contact du corps de balayage, ou perpendiculairement à la surface de la ligne électrique. Une mesure préférée pour intégrer des éléments métalliques dans le corps de balayage est de prévoir dans le composant C/C-SiC, qui est réalisé de la manière précédemment indiquée, des perçages qui s'étendent perpendiculairement à la surface du corps de balayage qui assure ultérieurement le contact, et ces perçages sont ensuite remplis, par exemple de cuivre liquide. Ici, le composant C/C-SiC peut être mis en place dans un moule et on peut simultanément couler, dans le cadre du remplissage des pores ou des ouvertures de passage, une plaque de contact sur le côté de captage de courant à l'opposé de la surface de contact, qui relie les uns aux autres les perçages ou les tiges métalliques individuelles (en cuivre). Les pores peuvent être également formés au moyen de réservations correspondantes qui sont mises en place dans le corps de base en CFC et sont supprimées ensuite. La répartition peut être établie, précisément au moyen de la technique d'infiltration expliquée ci-dessus, par le fait qu'on infiltre par exemple le composant C/C depuis les deux côtés avec des éléments différents. Il est en outre possible de remplir la porosité restante du corps C/C-SiC au moyen

d'une fonte de cuivre par exemple, par infiltration en phase liquide.

Pour augmenter la durée de service d'un tel corps de balayage, on peut employer dans la matrice de carbone renforcée par des fibres de carbone, outre le carbure de silicium, qui augmente la résistance à l'oxydation, d'autres composants qui réduisent l'usure, ou bien des composants additionnels qui augmentent la résistance à l'usure. On peut employer de manière convenable à cet effet du carbure de titane et/ou du

carbure de zirconium.

Pour fabriquer le capteur de courant de l'invention, on utilise de façon appropriée un procédé dans lequel on réalise tout d'abord une ébauche de CFC (polymère renforcé de fibres de carbone) qui est ajustée sensiblement à la géométrie finale du capteur de courant. Ensuite, la matrice de polymère est convertie en carbone par pyrolyse, de sorte qu'il en résulte un composant poreux C/C (renforcé par des fibres de carbone). Les cavités qui restent dans le composant C/C après la pyrolyse sont remplies de métal liquide (infiltration en phase liquide). La fonte de métal sous forme de silicium liquide réagit avec la matrice de carbone et également avec les fibres de carbone pour former du carbure

de silicium.

L'addition de carbure de titane et/ou de carbure de zirconium a déjà lieu dans le cadre de la réalisation de l'ébauche en CFC, et l'on peut varier la position de l'addition, grâce à quoi on peut constituer un composant en C/C-SiC avec répartition des produits additifs suivant un gradient. Cette addition peut avoir lieu sous la forme de poudres qui sont pulvérisées d'une part dans la texture des fibres de carbone de l'ébauche de CFC, mais elle peut avoir lieu sous forme d'addition de résine (polymère) lors de la réalisation de l'ébauche en CFC par un procédé de laminage ou un procédé d'injection. Dans chaque cas, l'addition de ces composants dans la structure de l'ébauche en CFC est une mesure préférée puisqu'elle permet un réglage optimal de la répartition du carbure de titane ou de

zirconium également dans des zones étroitement limitées.

Pour atteindre une optimisation entre la conductivité électrique élevée du corps de balayage, une haute solidité, une bonne résistance à l'oxydation, et un faible poids, la proportion de carbure de silicium et celle des composants additifs de réduction d'usure devrait s'élever à une valeur comprise entre 15% et 50% en se rapportant à la masse du corps de balayage, et la proportion de silicium libre non lié devrait s'élever à une valeur entre 0% et 10% de la masse du composant; la plage entre 15% et 50% s'applique également lorsque le capteur de courant ne contient que du carbure de silicium pour augmenter sa résistance à l'abrasion et

sa résistance à l'oxydation.

Des composants qui augmentent la conductivité électrique peuvent être intégrés dans le corps de balayage de telle façon que leur proportion en volume varie dans les couches individuelles depuis la surface de contact jusqu'à la surface opposée de prélèvement du courant, et la proportion maximum de ces composants devrait se situer dans la région de la couche de surface qui est dirigée vers la ligne électrique. Grâce à ceci, la conduction de courant est augmentée dans la région de la couche de surface, et la résistance de la couche de surface à l'oxydation est augmentée, tandis que l'on peut optimiser quant à sa stabilité la région du côté de prise de courant qui n'est finalement soumise à aucune abrasion,

même lorsque le corps de balayage est usé.

Les matériaux bons conducteurs de l'électricité, mis en oeuvre sous forme de fibres, de tiges et/ou de bandes, devraient posséder des dimensions de section transversale dans la plage de 0,1 mm à 0,5 mm (films) ou de 1 mm à 5 mm (bandes, tiges). Les matériaux bons conducteurs de l'électricité sont intégrés de façon définie dans le corps de balayage. La longueur du corps de balayage correspond à son épaisseur.

Comme matériau bon conducteur de l'électricité, on citera le cuivre.

Avec les composants qui augmentent la conductivité électrique, le corps de balayage peut être subdivisé en zones individuelles, et les zones ou surfaces de conductivité accrue du corps de balayage peuvent s'étendre perpendiculairement à la ligne électrique ou à la surface de contact, et de préférence perpendiculairement à la direction de balayage, comme ceci a déjà été expliqué ci-avant. Lorsqu'on intègre de telles zones de conductivité électrique augmentée, il s'agit de préférence de pièces intégrées de grand volume, au contraire des fils, tôles ou films décrits auparavant, ce qui présente l'avantage que l'on peut réaliser une telle structure avec peu de pièces individuelles faciles à manipuler et au moyen de méthodes de fabrication simples, par exemple des techniques de liaison. Dans ce cas, on peut par exemple alterner des zones de graphite et des zones de carbone renforcé de fibres de carbone, qui sont de préférence remplies de carbure de silicium, pour obtenir d'une part une bonne conduction de l'électricité, et d'influencer d'autre part de façon

positive le comportement vis-à-vis de l'usure.

Les zones de conductivité électrique accrue devraient avoir une épaisseur de 1 mm à 5 mm, et la distance moyenne de zone à zone devrait être de l'ordre de 5 mm à 10 mm, c'est-à-dire que dans un corps de balayage qui peut avoir une largeur d'environ 40 mmn, on prévoit deux

à trois zones de ce type avec une conductivité électrique accrue.

Comme les capteurs de courant de l'invention se distinguent par des corps de balayage qui peuvent être réalisés d'une manière auto-porteuse, il est possible de profiler ces corps de balayage de manière avantageuse sur le plan aérodynamique. En combinaison avec des capteurs de courant pour des trains à grande vitesse, ceci assure un faible développement de bruits, et de plus les tourbillons dans la région du corps de balayage sont réduits, qui auraient autrement une action négative vis-à- vis de l'établissement d'un contact régulier le long de la ligne balayée. On a de plus la possibilité, sans devoir tenir compte des profilés de support qui sont nécessaires dans l'état de la technique, de profiler les corps de balayage de telle manière qu'ils subissent lors de l'accroissement de la vitesse une augmentation de la pression d'appui de leur surface de contact contre la ligne électrique. À cet effet peut convenir par exemple un profil de la section des surfaces de support qui possède en direction de la ligne électrique, c'est-à-dire de la surface de contact, un bombement plus fort que sur le côté opposé de prélèvement du courant, de sorte qu'il se produit une dépression en direction de la ligne électrique. Grâce à la solidité importante du matériau, il est en outre possible de réaliser le corps de balayage sous forme d'un profilé creux, ce qui mène à une nouvelle réduction de masse, avec les avantages qui en résultent. Pour la fabrication d'un tel corps de balayage profilé ou creux, convient une technique selon laquelle on réalise à l'état d'ébauche un matériau composite de carbone renforcé par des fibres de carbone, et cette ébauche est ensuite consolidée par infiltration de silicium liquide et par traitement thermique ultérieur, en formant des structures en couches de carbure de silicium. Grâce à ceci, on obtient un corps de balayage à haute résistance avec la géométrie finale et que l'on ne doit pas réusiner ensuite, et que l'on peut en fait aisément préparer à la géométrie désirée

dans l'état d'ébauche du corps.

Comme les véhicules, en particulier aussi les trains à haute vitesse, ne sont pas clairement déterminés dans la direction de leur déplacement, il est avantageux, en combinaison avec des profilés aérodynamiques des corps de balayage, de monter ceux-ci en rotation autour d'un axe qui s'étend perpendiculairement à la surface de contact et à la ligne électrique, afin de tourner ce profil du corps de balayage en fonction de la direction de circulation. Ceci peut avoir lieu au moyen d'un entraînement de positionnement, par exemple au moyen d'un moteur de

positionnement électrique.

Comme il ressort des explications qui précèdent, en raison des avantages que l'on peut atteindre avec le capteur de courant selon l'invention en ce qui concerne le faible poids, les bonnes propriétés de contact et les contacts stables en déplacement ou en balayage qui en résultent le long de la ligne électrique, il est possible de prévoir un seul corps de balayage ll sur chaque capteur de courant, au contraire de l'état de la technique qui

utilise deux corps de balayage de ce type.

D'autres avantages de l'invention ressortent de la description qui va

suivre de modes de réalisation de l'invention et en se rapportant aux dessins, dans lesquels: la figure 1 montre une représentation schématique d'un capteur de courant pour capter le courant sur une ligne électrique suspendue; la figure 2 montre une représentation schématique d'une partie du corps de balayage qui s'engage contre la ligne électrique, et on a représenté la structure intérieure du corps de balayage; la figure 3 montre un corps composite dans lequel des lamelles ou couches individuelles de graphite sont intégrées dans la structure du corps de balayage; la figure 4 montre de manière schématique un profil du corps de balayage avantageux sur le plan aérodynamique; la figure 5 montre un autre profil du corps de balayage avantageux sur le plan aérodynamique; et la figure 6 montre une coupe à travers un corps de balayage comportant

une plaque de support.

Le capteur de courant, tel qu'il est illustré de façon schématique à la figure 1, comporte un corps de balayage 1, qui est guidé le long d'un d'une ligne électrique 2, en contact de glissement avec celle-ci. Le corps de balayage 1 est fixé au moyen d'une articulation 3 sur un bras 4, et le bras 4 est relié à son autre extrémité opposée à l'articulation 3 avec une monture 5 avec un cadre porteur 6 du côté du véhicule. Le corps de balayage 1 est maintenu en contact contre la ligne électrique 2 au moyen d'éléments hydrauliques ou pneumatiques 7, qui s'engagent entre le cadre porteur 6 et le bras 4 et qui assurent la pression d'appui nécessaire du corps de balayage 1 sur la ligne électrique 2. Au moyen de l'articulation 3, la surface de contact 8 du corps de balayage 1 peut s'orienter à plat en

fonctionnement vis-à-vis de la ligne électrique.

Le corps de balayage 1 est réalisé à la manière d'une aile, et la direction longitudinale s'étend perpendiculairement à l'extension de la ligne électrique 2. La largeur, en direction de la ligne électrique 2, s'élève à environ 20 à 30 cm, tandis que la longueur du corps de balayage 1, en forme de barrette, est choisie de telle manière que des corps de balayage 1 qui se déplacent de façon décentrée par rapport à la ligne électrique 2 restent également en contact avec la ligne électrique 2. Habituellement, la ligne électrique est tendue de façon oblique et en zigzags, de sorte qu'elle se déplace en va-et-vient sur le corps de balayage 1 en

circulation.

De plus, le corps de balayage 1 est maintenu sur le bras 4 de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe 9, dans la direction de la flèche 10, au moyen d'un moteur de positionnement électrique 1 et d'un arrêt. Au moyen du moteur de positionnement 11, on peut tourner le corps de balayage de 180 , selon la direction de déplacement du véhicule le long de la ligne électrique 2, ce qui est particulièrement avantageux lorsque le profil de section transversale du corps de balayage 1 est différent, vu en direction de la ligne électrique 2, ou bien en direction de circulation, de sorte que l'on peut tourner le profil de section en fonction de la direction

de circulation.

Le corps de balayage 1 du capteur de courant est constitué par un corps 12 en carbone renforcé par des fibres de carbone, comme ceci est illustré à la figure 2. Le corps 12 comporte une structure de fibres de carbone avec des fibres transversales 13 et des fibres longitudinales 14. Ce corps en fibres, qui est tout d'abord réalisé dans un moule qui correspond sensiblement à la géométrie finale du corps de balayage 1, et qui est ensuite infiltré avec du silicium liquide, est rempli dans la situation finale avec du carbure de silicium 15, qui se forme par réaction du silicium avec le carbone dans la matrice de carbone, et mène à un composite solide. En outre, on intègre dans les couches 15 des produits additionnels 16 en forme de poudres. De plus, le corps 12 est pourvu de tiges de cuivre 29. Ce corps de balayage possède d'une part grâce à l'emploi du corps de carbone renforcé par des fibres de carbone 12 une structure très légère et de forme stable, dont la résistance à l'abrasion est augmentée grâce aux structures en couches individuelles de carbure de silicium, qui sont en réalité montrées à la figure 2 de façon exagérée. En outre, la conductivité est augmentée au moyen des tiges de cuivre 29 prévues en supplément. A la face inférieure du corps de carbone renforcé de fibres de carbone 12 est prévue une plaque de contact 17 en aluminium, via laquelle est prélevé le courant. De plus, comme le montre la figure 2, on a noyé dans le corps de carbone renforcé de fibres de carbone 12, à titre d'exemple et de façon schématique, trois couches textiles 18 en fibres de carbone, qui sont disposées perpendiculairement à la surface de contact 8 et perpendiculairement à l'extension longitudinale de la ligne électrique 2. La structure des couches textiles est de préférence perpendiculaire à la ligne électrique 2. Un bon contact électrique de la surface de contact 8, en traversant le corps de carbone renforcé de fibres de carbone 12, jusqu'à la face inférieure 19 du corps de balayage, est atteint grâce à l'intégration de tiges ou de barres métalliques 29, lesquelles sont réalisées par exemple par remplissage de cuivre liquide dans des perçages correspondants qui sont ménagés dans le corps de carbonerenforcé de fibres de carbone 12. Grâce à ceci, on assure une bonne conduction du courant. À cet effet, la plaque de contact 17 peut relier ensemble les tiges de métal individuelles 29 et être

également réalisée en cuivre.

Avec la structure du corps de balayage tel que montré à la figure 2, on atteint un agencement très léger mais de haute solidité, qui mène pendant la circulation à des faibles forces dynamiques, de sorte que les forces de pressage que l'on doit appliquer par action sur le bras 4 via les éléments

de positionnement 7, peuvent être maintenues relativement faibles.

On a montré à la figure 3 un agencement dans lequel un corps de carbone renforcé par des fibres de carbone 12 est rempli de carbure de silicium dans ses cavités, ainsi que de produits additionnels conducteurs éventuels, conformément à la structure de la figure 2. Dans ce corps de carbone renforcé de fibres de carbone, on a mis en place trois minces lamelles ou couches de graphite 20, qui s'étendent perpendiculairement à

la surface de contact 8 vers la face inférieure 19 du corps de balayage 1.

Dans la forme de réalisation de la figure 3, la plaque de support 17 de la figure 2 n'est toujours pas utilisée, puisque cette fonction de support est essentiellement reprise par la région inférieure du corps 12. En réalité, on peut prévoir en plus sur la face inférieure 19 du mode de réalisation de la figure 3 une plaque de contact 17 comme celle qui a été

représentée à la figure 2.

Du fait que le capteur de courant avec le corps de balayage, tel qu'il est décrit en se reportant aux figures 1 à 3, convient en particulier pour des applications à haute vitesse, par exemple dans des capteurs de courant pour des trains à haute vitesse, il est avantageux de prévoir des profils de section transversale qui possèdent des propriétés avantageuses sur le

plan aérodynamique, comme ceci est représenté aux figures 4 à 6.

Le profil d'écoulement 21, comme le montre la figure 4, est réalisé de façon symétrique par rapport à une ligne médiane 22, avec un bord d'attaque arrondi 23 et un bord de fuite effilé 24 à l'extrémité opposée, et la direction incidente de l'air en déplacement est indiquée par la flèche 25. Grâce à ce profil d'écoulement, en atteint un écoulement de l'air largement exempt de tourbillons autour du corps de balayage 1. Afin d'ajuster un tel profil à la direction respective de circulation, ou direction d'attaque de l'air 25, on peut le tourner au moyen du moteur de positionnement 11, comme ceci a été expliqué ci-avant en se reportant à

la figure 1.

La figure 5 montre un profil de section 26, qui est réalisé, par rapport à la ligne médiane 22, au contraire du profil de la figure 4, de telle manière que la face supérieure de la surface de contact 8 est plus fortement bombée que la face inférieure 19. Grâce à ceci, il se produit sur la surface de contact 8 et à cause de l'air qui s'écoule autour du profil, une dépression qui attire le corps de balayage 1 contre la ligne électrique 2, et cette dépression, et ainsi la force de poussée, augmente tandis que la

vitesse du véhicule augmente.

A la figure 6, on a représenté un profilé de section transversale avec une section relativement épaisse perpendiculairement à la surface de contact 8, et dans cette représentation, la plaque de support 6 est agencée de telle façon qu'elle est ajustée à la géométrie extérieure du profil, afin de ne provoquer aucun tourbillon du fait de la plaque de support 17. On voit de plus des éléments de fixation 28 qui dépassent de la face inférieure de la plaque de support 17, et on a indiqué dans le prolongement de ces éléments de fixation 28 l'axe de rotation 9, autour duquel on peut tourner le profil, selon la direction de

circulation, au moyen du moteur de positionnement 11 de la figure 1.

De préférence, les autres composants qui réduisent l'usure sont du carbure de titane et/ou du carbure de zirconium et/ou du dioxyde de silicium et le matériau bon conducteur de l'électricité est du cuivre

et/ou de l'aluminium.

Claims (23)

Revendications

1. Capteur de courant pour un véhicule, en particulier un véhicule ferroviaire, qui comprend une unité d'entraînement à alimenter avec du courant électrique, comprenant un corps de balayage (1) pour transmettre au véhicule du courant électrique depuis une ligne (2) qui mène du courant, le corps de balayage (1) présentant au moins une région de transmission de courant tournée vers la ligne électrique constituée d'un matériau composite en carbone renforcé par des fibres de carbone, caractérisé en ce que dans la région de transmission de courant sont intégrés du carbure de silicium (15), qui est formé par infiltration de silicium liquide et transformation avec le carbone, et des matériaux bons conducteurs de l'électricité (16, 20), sous forme de tiges, de fibres, de films ou de bandes, qui s'étendent dans leur direction longitudinale en

direction d'écoulement du courant.

2. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carbure de silicium (15) est remplacé au moins en partie par d'autres

composants qui réduisent l'usure.

3. Capteur de courant selon la revendication 2, caractérisé en ce que les autres composants qui réduisent l'usure sont du carbure de titane et/ou du

carbure de zirconium et/ou du dioxyde de silicium.

4. Capteur de courant selon l'une ou l'autre des revendications 2 ou 3,

caractérisé en ce que les autres composants qui réduisent l'usure sont

amenés sous forme de poudres.

5. Capteur de courant selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que la teneur de carbure de silicium, ou bien la teneur en carbure de silicium et autres composants qui réduisent l'usure, s'élève

entre 15% et 50% de la masse du corps de balayage.

6. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion de carbure de silicium (15) et/ou du matériau bon conducteur de l'électricité (16) varie sur l'épaisseur du corps de balayage (1), et la proportion maximum se trouve dans la région de la surface (8) du corps de balayage (1) qui est tournée vers la ligne électrique.

7. Capteur de courant selon la revendication 6, caractérisé en ce que la proportion de carbure de silicium (15) et/ou de matériaux bons conducteurs de l'électricité (16) varie suivant un gradient sur l'épaisseur

du matériau.

8. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on intègre en tant que matériau bon conducteur de l'électricité (16, 20) des

métaux ou du graphite.

9. Capteur de courant selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on

intègre comme métal du cuivre et/ou de l'aluminium.

10. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux bons conducteurs de l'électricité (16, 20) sont dirigés perpendiculairement à l'extension de la ligne électrique (2) ou à la

direction de balayage.

11. Capteur de courant selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 10,

caractérisé en ce que les matériaux bons conducteurs de l'électricité (16, 20) présentent sous forme de films une dimension de section transversale dans la plage de 0,1 mm à 0,5 mm, et sous forme de bande

ou de tiges une dimension de section transversale de 1 mm à 5 mm.

12. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matériaux bons conducteurs de l'électricité sont concentrés dans des

zones définies.

13. Capteur de courant selon la revendication 12, caractérisé en ce que

les zones (20) ont une épaisseur dans la plage de 1 mm à 5 mm.

14. Capteur de courant selon l'une ou l'autre des revendications 12 et 13,

caractérisé en ce que les zones (20) présentent une distance moyenne

dans la plage de 5 mm à 10 mm les unes par rapport aux autres.

15. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carbone renforcé par des fibres de carbone (12) et contenant du carbure de silicium et des matériaux bons conducteurs de l'électricité forme, de manière composite avec du graphite bon conducteur de l'électricité (20),

le corps de balayage (1).

16. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

corps de balayage (1) est profilé de manière aérodynamique (21, 26, 27).

17. Capteur de courant selon la revendication 16, caractérisé en ce que le corps de balayage (1) présente un profilage (26) de telle manière que le corps de balayage (1) est pressé, en raison de l'écoulement d'air en

circulation, contre la ligne électrique (2).

18. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

corps de balayage (1) est réalisé sous forme d'un profilé creux.

19. Capteur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 17,

caractérisé en ce qu'il comporte un unique corps de balayage (1), dont la surface de contact (8) tournée vers la ligne électrique (2) possède une

étendue d'au moins 20 cm, considérée dans la direction de balayage.

20. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de balayage (1) comporte sur son côté détourné de la surface de

contact (8) une plaque de contact (17) en métal.

21. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

corps de balayage (1) est réalisé de manière auto-porteuse.

22. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de balayage (1) est maintenu en rotation autour d'un axe (9), et en ce que ledit axe (9) s'étend perpendiculairement à la surface de contact

(8) et à la ligne électrique (2).

23. Capteur de courant selon la revendication 22, caractérisé en ce que le corps de balayage (1) est susceptible d'être tourné autour de l'axe (9)

au moyen d'un entraînmement de positionnement (11).