WO2001072547A1 - Moyen de transport collectif urbain electrique a itineraire multiple alimente par le reseau general - Google Patents

Moyen de transport collectif urbain electrique a itineraire multiple alimente par le reseau general Download PDF

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WO2001072547A1
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power
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bus
electrical
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PCT/FR2001/000916
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Philippe Billette De Villemeur
Régis Billette de Villemeur
Marc Geoffroy
Marie-Geneviève Bonnefond
Jean-François Pellerin
Guy Barthelemy
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Philippe Billette De Villemeur
Billette De Villemeur Regis
Marc Geoffroy
Bonnefond Marie Genevieve
Pellerin Jean Francois
Guy Barthelemy
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Definitions

  • bus transport Unfortunately do not eliminate the fact that the buses for the moment are thermal engines, and that they are diesel, gasoline, gas, diesel + water, and that they generate air and noise pollution incompatible with the new environmental protection requirements of cities and especially of city centers They cannot, even on an over-protected route, combine driving optimization capacities and comfort that only purely electric vehicles can bring, of which only the automaticity and the flexibility of the controls allows a regulating of the accelerations and braking contributing largely to the comfort of the passengers, that they roll on tire as on rail
  • the tram is an intermediate route which does not cost the cost of a metro, however, it requires long study and implementation periods. The length of these periods still contains a good deal of ⁇ sque change of context and generating again at the time of its realization unforeseen additional costs, of different natures up to with the obligation to create a clearance by underground way or a crossing bridge Tramwav and train are not flexible systems If today the works themselves can be spread out over a relatively short duration, the total cost is so much high that the urban communities must borrow to carry out such an operation and plan stages in the realization programs Also, today, funding for the establishment of electric public transport, although it seems more economical and livable in the long term than that by bus with thermal engine, requires from the start a significant financing, prior to launch, even before the first installments These systems imply very great financial nsques The global importance of financing will require a spread in successive installments over time and has the effect of a permanent
  • Second solution A solution of the ⁇ gide type, irreversible, non-polluting and linked to the places of use
  • This system is characterized in that these accumulation components to obtain the required powers are a combination of the double electrochemical layer type with blocking electrode and diluted liquid electrolyte according to the Helmotz-Gouy-Chapman model for the transported parts, and of the flywheel type of inertia with transfer of electromagnetic energy between fixed and rotating parts for roadside sub-assemblies, characterized in that continuous and reliable operation over more than ten years is obtained thanks to the combination of components defined electrical accumulation, for moving parts transported as having to withstand shocks and withstanding between one hundred zero and one million cycles, and for fixed parts as supporting with one to ten million cycles without necessarily having to withstand the impact
  • This particular system for receiving power, accumulations and traction comprises a large and powerful reservoir of electrical energy (3) figl, 2,3,4, specially designed to be filled and emptied in a very short time, the reserve being very large compared to the power requested and its low internal electrical resistance and this reservoir associated with an electric traction chain (4) figl, 2,3,4, mechanically reduced to a minimum, allows with very little loss a rapid transfer of bi-directional energies between the reserve and the different active parts of the chain
  • the mask time is the result of the combination of a very high output power given to the sub-assemblies placed on the ground over twenty times greater than the average power of the rolling stock, and more than three times greater than its peak power
  • the mechanical parts reduced to a minimum are preferably with a direct drive in each wheel without the intermediary of a gearbox, nor of cardans and gear trams, the differential and speed variation functions being carried out by the electronics placed on the roof with the reserve (3) figl, 2,3,4, allowing a conventional embodiment of ca ⁇ osse ⁇ e of the type with a low floor on the entire bus
  • the mechanical transmission is not made directly by a wheel motor, but is carried out with a reduction stage, either with a mechanical reduction unit associated with the motor-generator, all placed in the driving wheel, or with a reduction.
  • a reduction stage either with a mechanical reduction unit associated with the motor-generator, all placed in the driving wheel, or with a reduction.
  • a vanante for rolling stock placed on routes, not shocking or abrupt change of direction the system can be achieved using either Helmotz-Gouy-Chapman or magneto-inertial type accumulators
  • the fixed road side power supply units macl, 2,4 are installed and possibly sealed on the sidewalk
  • These fixed power supply units include
  • a vanante provides that the contacts of the bus with the accumulator-power multiplier are made by the ground under the 'bus at the stop by a retractable pnse (8') fig3
  • a vanante provides that the contacts of the bus with the accumulator-power multiplier are made by a retractable catenary and a shortened pantograph (8 ") fig4
  • Une vanante provides a fixed catenary, shifted above the sidewalk only beyond 3 meters, with a contact of the side, most often at anêt (8 "') fig2, having the advantage compared to the solution (8 ') fig3 not to need to be precise and to be able to make the contact out of the humidity and mud of the vessel
  • Catenary or contact elements according to the invention are thus always made inaccessible to the public either by distance or by retractable covers
  • a change in the organization of the protections according to the invention gives additional security, by energizing the rail or the contact pump only after verification by electrical measurement of the absence of connection of this rail with a foreign body.
  • the movements of the bus according to the invention are linked to a succession of meetings with power stations (5) fig6
  • These meetings take place at almost zero contact lengths if recharging is done during stops, and if the meeting is carried out in movement at the parade (5 ') fig6 recharging will be done through a succession of small contact lengths, the total of which is equivalent to 3 to 5% of the total journey without exceeding 8%, leaving the choice of the path free over 90% of the route
  • the power requested from the general network (6) figl, 2,3,4 by the accumulator-multiplier group of power (7) figl, 2,3,4 from the standard fixed set of roadside supply is the most commonly close to 45kw, preferably less than lOOkw in its use at low frequency on a single line
  • 45kw preferably less than lOOkw
  • the spill in mask time is obtained from a combination of three characteristics, a minimum dimension of the reserve on the rolling stock, a power multiplication rate of the roadside sub-assembly and a distance between these sub-assemblies , to be able to leave a reasonable freedom of movement in the rolling stock without exaggerating the intensity of the current draw on the network, the size of the rolling reserve (3) figl, 2,3,4 being between 50 and 300 watt hours per tonne moved (wh / t), a power multiplier coefficient of the sidewalk sub-assembly
  • the system due to the fact that more than 90% of the journey can be made outside the catenary, forms a network of a set of electric transport mobiles with great freedom of journey that can operate continuously 24 hours a day.
  • the system according to the invention which can be used everywhere where there is an electrical network, being clean and silent, also fits into the city center, either that one chooses to recharge the bus only a ⁇ êts, or that depending on local conditions, we choose a few tens of meters of space that can fit into the aesthetics of the places where the bus will recharge while driving fig6
  • the fixed roadside sub-assemblies (5) figl, 2,3,4,6 are weighing less than 9 tonnes, with a footprint of less than 7 square meters, comprising contacts electrical access ngides on posts, the length of which is less than 10 meters if it is a contact that must be made exclusively at the anêt, and lesser than 80 meters if it is a contact having to be done while driving, whose electrical connections on the general network are of a low power close to 45kw and preferably less than 100kw, they form displaceable sub-assemblies, since a modification of the route does not imply any cancellation major of the civil engineering works and the fact that the pain and the cost which could result from a possible displacement of the path or the sub-assemblies on sidewalk are incommensurate with a change of track track on rail or a network of overhead lines for trolleybus, so that the whole tr system ansport according to the invention forms a durable and modifiable electric transport system
  • the whole forms a transport system simultaneously fulfilling the functions of bus and trolleybus or tramway and forms the first integrated whole of collective transport of people without load break
  • the mobile can at first be a simple bus, then run automatically at high speed and on the sections of journey equipped, to single bus, then run automatically at high speed and on the sections of the journey equipped, to end on the Amsi bus, this electric bus according to the invention can go door to door within 500 meters and drive automatically at high speed. It will be the first universal electric transport system powered by electricity without load interruption
  • the combination of high reliability and preferentially cyclicities of the two particular types of energy reserves (3) and (7) achieves a fully electric motorization of the bus, without having to cost rails and overhead lines, a set according to the invention of an availability of equipment comparable to that of electrical equipment of the conventional type with a path or dependent on an external power supply throughout the course.
  • This assembly according to the invention will have times of use comparable to these materials, up to 80% of their life time, while it is known that materials of the fossil fuel bus type provide a significantly shorter life and much heavier maintenance and mechanical upkeep periods than those of the electrically powered equipment, and the buses on electrochemical batteries provide for an often annual renewal of the latter and a global immobilization for recharging near or above 100% of the time. 'use

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Abstract

Nouveau moyen de transport urbain collectif par bus électrique silencieux, sans batterie électrochimique, sur des trajets multiples aux conditions que ces bus (1) passent au contact d'une succession de points d'alimentations reliés au réseau électrique général (6) disposant de deux réserves électriques l'une fixée au sol (7) et l'autre portée par le mobile (3) de si grandes puissances que la durée de déversement entre ces deux réserves est si faible qu'elle peut être inclue dans celle de l'arrêt ou du passage du bus, de sorte qu'on peut considérer l'ensemble comme pouvant fonctionner en continu.

Description

MOYEN DE TRANSPORT COLLECTIF URBAIN ELECTRIQUE A ITINERAIRE MULTIPLE ALIMENTE PAR LE RESEAU GENERAL
Il est connu que des véhicules électnques habituellement nommes trolleybus peuvent circuler sur des voies partagées par la circulation urbaine générale, mais qu'ils devront suivre impérativement le trace impose par leur source d'alimentation en énergie, une ligne d'alimentation habituellement nommée caténaire
Il est connu que le trajet d'un trolley-bus se repartit en une portion liée à son alimentaUon de l'ordre de
95 % à 100% du trajet total et que les portions de trajet libre au croisement de voies ou au garage, dépassent rarement les 5%
Il est aussi connu que la supéπoπte, en nombre de voyageurs transportés des trolleybus, tramway ou tram par rapport à des bus à moteur thermique, provient pour une partie seulement des possibilités offertes par l'électricité d'une gestion intelligente et sécunsante des mobiles en temps réel, optimisant cadences, regroupement ou espacement , et pour une autre partie non négligeable de la qualité de la protection de l'espace au sol réservé aux mobiles
Ce n'est qu'après la réalisation de ce minimum d'aménagement des protections des voies, donc après un minimum élevé de dépenses, que sont obtenus ces résultats notables sur l'augmentation du nombre de voyageurs transportés qui résulterait de la seule optimisation electnque de la commande des rames et que ce soit avec des trolleybus, des tramways, des métros ou des trams
Les meilleurs débits de voyageur obtenus a ce jour le sont avec des métros ou trains qui n'ont à ralentir devant aucun obstacle, quand l'automatisation y est intégrale sans chauffeur avec interdiction complète d'accès à la voie grâce aux portes d'accès automatique sur les quais, comme sur les ascenseurs Cet optimum est obtenu avec une portance et un entraînement par pneumatique comparable à celui des trolleybus et bus ou autres automobiles
Ces débits de voyageurs concernent le débit d'une ligne déterminée, sur un cheminement donne, et ne correspondent pas à la demande initiale de l'utilisateur qui est une liaison porte a porte Maigre le confort croissant des matéπels de transport en commun sur rail, maigre une demande croissante des usagers pour se déplacer davantage en transport en commun, inexorablement le nombre de déplacements automobiles ne cesse de croître davantage par rapport a ceux qui sont effectués en transport collectif Seuls les centres villes, déjà complètement étouffés et bloques par les voitures individuelles, connaissent une stabilisation de leur circulation automobile L'énorme difficulté des operateurs de transport public a renverser cette tendance apparemment inexorable vers une croissance sans fin du déplacement par automobile provient de ce que les moyens de transport de type automobile individuelle sont avec le taxi et la voiture partagée en self service les seules propositions d'un service complet sans rupture de charge d'un lieu a un autre, d'une porte a une autre Le principe de transport par bus, par sa souplesse est le mode de transport le plus proche du transport individuel ou du taxi C'est une fonction de service porte a porte a 500 mètres près, dont les frais restent partages par tous les voyageurs du bus Certains milieux avertis savent qu'une grande flotte de bus, ayant d'importantes portions de trajet sur voies réservées bien protégées, peuvent, comme les tramways, générer de grands débits de voyageurs si l'on dispose de moyens élabores d'informations de l'offre et de la demande et cela pourrait être le mode de liaison le plus efficace pour supprimer au maximum les ruptures de charges C'est aujourd'hui le mode de liaison pour le transport des personnes de banlieue à banlieue qui demande le moins d'investissement, sans rapport avec toutes les solutions électnques actuelles, c'est ainsi, aujourd'hui, le transport en commun le plus économique par la faiblesse des dépenses immobilisées
On sait que cette démarche n'est pas la démarche multimodale classique, qui s'appuie sur des voies rapides des types train, métro ou tramway, complète par des moyens de transports locaux à faible débit du genre bus ou taxi partagés, donc avec rupture de charge. Cette rationalisation de la complémentarité de moyens de transport, s'appuie le plus souvent sur un parc de maténel existant, demande des lieux d'échange intermodal avec ses bâtiments, ses moyens de recherche et de diffusion d'informations, ses attentes, ses couloirs, ses escaliers, donc des pertes de temps et des dépenses
Les qualités de souplesse du transport par bus ne font malheureusement pas disparaître le fait que les bus pour le moment soient a moteurs thermiques, et qu'ils soient a gas-oil, a essence, a gaz, a gas- oïl+eau, et qu'ils génèrent une pollution de l'air et sonore incompatible avec les nouvelles exigences de protection de l'environnement des villes et surtout des centres villes Ils ne peuvent, même pas sur une voie surprotégee, regrouper les capacités d'optimisation de la conduite et de confort que seuls peuvent apporter des véhicules purement électnques dont seule 1 'automaticité et la souplesse des commandes permet une régulante des accélérations et des freinages participant grandement au confort des passagers, qu'ils roulent sur pneu comme sur rail
Les bus hybndes pourraient a termes être un type d'appareil qui cumulerait ces qualités de la commande automatique et d'infrastructure réduite avec la souplesse du bus Mais ils ne pourront jamais atteindre la propreté, la fiabilité, le niveau de silence, et la longévité des matenels purement électnques
Aujourd'hui le seul type de bus mtegralement propre est celui qui fonctionne sur battenes electrochimiques
Des villes tentent de l'utiliser Elles s'appuient sur une infrastructure, qui bien que réduite par rapport au tramway, doit disposer de postes de recharges Ce type de matenel roulant reste cependant d'une disponibilité limitée par les temps de recharge et d'extraction des battenes Le meilleur compromis financier et d'investissement minimum y est obtenu en sélectionnant la batterie économiquement la meilleure, le plus souvent au plomb, pour un usage de cinq a dix heures en continu*', avec une recharge complète lente chaque jour et quelques recharges rapides en floating Ce floating s'effectue soit en des lieux spécialises soit sous rail ou caténaire Pour améliorer la disponibilité de ce matenel, des solutions combinées mixtes bus-electrochimique et trolleybus ou bus-electrochimique et tram, permettent un compromis sur les temps de charges Ces solutions avec ou sans compromis restent toujours liées a une installation permanente, au sol avec garage pour la recharge lente classique, ou a des rails et des caténaires, pour la recharge en caténaire Cela est donc cher, peu souple et d'une esthétique discutable _. L'on sait améliorer la durée de vie des battenes, en augmenter la puissance au démarrage, en y adjoignant des supercaps Ces supercaps limitent les appels de courant et partiellement aident a la récupération du courant au ralentissement. Il est connu que sont entrepnses diverses tentatives, de tram-train, de tram-train a batteπe, supercap, rail et caténaires tirant et échangeant l'énergie entre ces sources, et même des tram train bus doublement hybπde sur battene et sur groupe electrogene et s'alimentant partiellement sur le reseau
Ces combinaisons augmentent les coûts sans couper vraiment le lien entre le matenel roulant et son heu d'implantation dans la ville car ce sont toujours des combinaisons technologiques liées a la topologie du eu, dont les parties sous caténaires ou sur rail sont prépondérantes donc un investissement lie au lieu d'utilisation La proportion de trajet fonctionnant en autonome dépassant rarement les 10 % de la totalité trajet
Le cumul des contramtes de temps de recharge, de la basse cyclabi te et de la fiabilité douteuse des battenes electrochimique, rendent difficile l'amortissement du développement de l' automatisation et de la standardisation de ce type de véhicule, maigre le potentiel de souplesse que pourrait offrir une telle solution, et qui rendrait envisageable une ligne tantôt omnibus tantôt rapide et automatique Pour le moment, ce type de bus a batteπe electrochimique est considère comme un produit hors marche pour un usage courant et n'est retenu que sous forme de minibus, pour des centres villes comportant des monuments, par ses caractenstiques anti-pollutions et la ou bus thermique ou trolleybus seraient formellement interdits Ainsi, malheureusement aujourd'hui, pour les communautés urbaines, la standardisation de la fonction bus-electnque n'est pas a l'ordre du jour des industπels
Aussi a la demande mondiale accrue de transport en commun propre de banlieue a banlieue pour des densités urbames moyenne, la solution technique disponible electnque préférée est aujourd'hui le tramway Le tramway est une voie intermédiaire qui ne coûte pas le pnx d'un métro, il demande cependant de longs délais d'étude et de réalisation La longueur de ces délais contient encore une bonne part de πsque de changement de contexte et de générer a nouveau au moment de sa réalisation des surcoûts non prévus, de différentes natures pouvant aller jusqu'à l'obligation de créer un dégagement par voie souterraine ou un pont de croisement Tramwav et train ne sont pas des systèmes souples Si aujourd'hui les travaux eux-mêmes peuvent s'échelonner sur une durée relativement courte, le coût global en est tellement eleve que les communautés urbaines se doivent d'emprunter pour mener a bien une telle opération et prévoir des étapes dans les programmes de réalisation Aussi, aujourd'hui, le financement de la mise en place de mode de transport en commun electnque, bien qu'a pnon semblant plus économique et vivable a long terme que celui par bus a moteur thermique, demandent des le départ un financement important, préalable au lancement, avant même les premières tranches Ces systèmes impliquent de très grands nsques financiers L'importance globale du financement demandera un étalement en tranches successives dans le temps et a pour effet une course permanente entre des moyens et des objectifs qui réussissent difficilement a se rencontrer
En conséquence c'est le plus souvent la communauté urbaine aidée de l'état qui devient garant financièrement de l'opération Ce sont finalement les contπbuables, donc leurs représentants politiques qui finalement se doivent d'en assumer la responsabilité La solution technique disponible la meilleure, le tramway, continue de coûter au-delà des possibilités financières des villes ou communautés urbaines, même les plus πches
D'où deux types de calendners en matière de transport collectif
-soit on laisse croître la ville et sa circulation et l'on attend sans nen faire jusqu'à ce que la situation soit rendue impossible au moment de l'etouffement par les voitures Puis, plus tard, sous la contrainte des mécontentements des habitants suite aux encombrements, on entreprend alors des travaux a grands frais, au travers et sous, un tissus urbain dense,
- soit on organise a l'avance, un plan d'urbanisme global comprenant des travaux du genre métro avec ses souterrains Ces deux calendners sont douloureux et nsques dans les contextes d'incertitudes économiques que nous connaissons car dans l'un des cas il y a nsque de surcoût quand il faudra faire des saignées au pnx fort dans une ville déjà construite et dans l'autre cas bien que les travaux initiaux soient effectues dans des conditions conectes sous faible densité urbaine, il faudra payer a l'avance des échéances de travaux pour une ville dont l'accroissement d'activité ne peut être garanti a l'avance On nsque même de reserver aux transports en commun un argent qui aurait ete nécessaire a la création d'activités locales, mettant ainsi en cause l'existence même de la croissance de la ville donc l'espoir d'amortir cet investissement
En résume le marche dispose de deux types de solutions pour le transport collectif
Première solution
Une solution polluante mais du type souple et non lie aux lieux d'utilisation
- les systèmes de transport par autobus a combustibles fossiles, avec un investissement limite, récupérable et jamais perdu Les bus a combustibles fossiles peuvent passer d'une ligne a l'autre Ce sont des produits nationaux ou mondiaux, dont les composants sont pour une bonne part ceux des camions Déficitaire ou pas, la rentabilité d'une ligne de bus peut être, rapidement ciblée et veπfiee Ainsi la gestion d'une ligne de bus a l'avantage de pouvoir être aisément confiée d'une façon claire a un operateur pπve
Deuxième solution Une solution du type πgide, irréversible, non polluante et liée aux lieux d'utilisation
- les systèmes de transport électrique, presque toujours des grands projets demandant de plus en plus de moyen ( au minimum au départ des caténaires pour les trolleybus, puis des rails pour les tramways, puis des voies réservées pour les trains, puis des souterrains pour les métros, puis des gares intermodales), donc des investissement et des travaux aux effets ineversibles, installés par étapes, que l'on espère rentable a long terme mais toujours aux nsques et penls de la collectivité donc du contnbuable avec un nsque de confusion entre un choix rationnel de la meilleur solution technique et l'obligation de suivre les dédales des contraintes politiques sans lesquelles les décisions techniques ne peuvent s'enchaîner
Troisième solution selon l'invention
Solution selon l'invention de type souple, non polluante, non liée aux lieux d'utilisation
Cette solution est intégralement electnque ne comporte que des composants du type a développement durable
Au début cette solution se substituera économiquement a la fonction bus classique A terme, quand seront mtegrees les fonctions d'automatisations en cours d'étude pour l'automobile et les trams, elle constituera le premier système qui combinera dans un même ensemble une exploitation lente en omnibus multitrajets comme l'autobus classique actuel mais sans bruit ni pollution et une exploitation en automatique a grande vitesse et grand débit sur d'autres portions de parcours protèges comme les tramways ou les trams Ce sera le premier système complet de transport collectif urbain electnque sans rupture de charge
C'est un système electnque de moyen de transport collectif de personne en espace urbain a grande liberté d'itinéraire caractense en ce que son matenel roulant electnque contient a son bord une reserve d'énergie principale de basse densité énergétique, renouvelée doucement dans les descentes et au freinage par récupération a partir des moteurs générateurs, et renouvelée encore plus fortement de l'exteπeur pendant une succession éloignée de temps très courts a partir d'une sene de sous-ensembles fixes poses au sol en bord de route comportant un réservoir multiplicateur de puissance recevant du reseau principal, régulièrement, une énergie primaire electnque en basse puissance déversée plus tard en extrêmement grosse puissance, comme l'orage, au travers de deux contacts glissants en un temps si petit, lors de l'arrêt en usage normal fonctionnel du matenel roulant, ou au défile lors des passages sans arrêts, que l'on peut considérer ce déversement comme réalisant une recharge en temps masque de sorte que le système complet de transport fonctionne en continu sans le moindre temps d'immobilisation spécifique pour la recharge tout en permettant une multitude de combinaisons de trajets potentiels entre les points de déversement Cette solution selon l'invention comporte d'une part les mobiles électnques (l)fig l utilisant des canosseπes classiques d'autobus, avec un système particulier de réception d'alimentation (2)fig 1,2,3,4 d'accumulations (3)figl et de traction (4)figl, et d'autre part des organes fixes d'alimentation (5)figl,2,3,4, répartis d'une manière discontinue en différents points de la ville, reliés au réseau electnque général de la ville (6)figl,2,3,4 et comportant une interface d'accumulation-distnbution d'énergie electnque (7)figl,2,3,4
Ce système est caracténsé en ce que ces composants d'accumulation pour obtenir les puissances demandées sont une combmaison du type à couche double électrochimique avec électrode bloquante et électrolyte liquide dilué suivant le modèle Helmotz-Gouy-Chapman pour les parties transportées, et du type volant d'inertie avec transfert d'énergie électromagnétique entre parties fixes et en rotation pour les sous ensembles posés en bord de route, caracténsé en ce que le fonctionnement en contmu et fiable sur plus de dix ans est obtenu grâce a la combmaison de composants d'accumulation electnque définis, pour les parties mobiles transportées comme devant tenir aux chocs et supportant entre cent nulle et un million de cycles, et pour les parties fixes comme supportant de un a dix millions de cycles sans nécessairement devoir tenir au choc
Ce système particulier, de réception d'alimentation, d'accumulations et de traction comporte un gros et puissant réservoir d'énergie électnque(3)figl, 2,3,4, spécialement conçu pour être rempli et vidé en très peu de temps, la réserve y étant très grande par rapport à la puissance demandée et sa résistance electnque interne faible et ce réservoir associe a une chaîne de traction electnque(4)figl, 2,3,4, mécaniquement réduite au minimum, permet avec très peu de pertes un transfert rapide des énergies en bi-directionnels entre la reserve et les différentes parties actives de la chaîne Dans ce système le temps masque est le résultat de la combmaison d'une très grande puissance de sortie donnée aux sous ensembles posés au sol plus de vingt fois supéπeure par rapport à la puissance moyenne d'alimentation du matenel roulant, et plus de trois fois supeneure a sa puissance de pointe
Les parties mécaniques réduites au minimum sont préférentiellement avec un entraînement direct dans chaque roue sans l'intermédiaire d'une boite de vitesses, ni de cardans et trams d'engrenages, les fonctions différentielle et vaπation de vitesse étant effectuées par l'électronique placée sur le toit avec la reserve (3)figl,2,3,4, permettant une réalisation classique de caπosseπe du type a plancher surbaisse sur l'intégralité du bus
Les faibles pertes bidirectionnelles, presque d'un ordre de grandeur au-dessous des pratiques courantes sur un mobile classique, permettent quatre résultats simultanés une faible consommation globale en raison de la récupération d'une très grande partie des pentes, du freinage et des ralentissements, un niveau de bruit exceptionnellement faible dans les phases de freinage, l'accessibilité a une autonomie raisonnable entre deux points de recharge exteπeure et un accès a des charges ultrarapides partielles entre 7 et 10 secondes et complètes en moins de 30 secondes, grâce a une dépense ohmique raisonnable et donc un echauffement supportable
Selon une vanante de cette solution la transmission mécanique ne se fait pas directement par un moteur roue mais s'effectue avec un étage de réduction, soit avec un réducteur mécanique associe au moteur-generateur le tout place dans la roue motnce, soit avec une réduction-transmission par counoie avec extema sation du moteur par rapport a la roue diminuant le rapport entre charges non suspendues et charges suspendues et diminuant de 2 a 3% le rendement de l'ensemble
La possibilité suivant l'invention, d'obtenir une charge ultra-rapide dans des conditions économiques provient de l'utilisation selon l'invention dans ses parties fixes d'un système preferentiellement d'accumulateur electro-magneto-cinetique (7)figl,2,3,4 fonctionnant sous atmosphère de gaz rare disposant d'une durée de fonctionnement dépassant les 100000 heures de durée de vie qui, associe a une électronique, est capable, d'une part de fournir une puissance énorme au réservoir d'énergie du mobile (3)fig 1,2,3,4, cite plus haut, qui de son cote, étant constitue d'une reserve du type a couche double electrochinuque avec électrode bloquante et electrolyte liquide diluée suivant le modèle Helmotz-Gouy-Chapman a double couche dispose d'une capacité de recevoir cette puissance extrême mieux que tout autre système existant d'un poids dans le même ordre de grandeur
Une vanante pour du matenel roulant places sur des trajets, ne nsquant ni choc ni changement brusque de direction le système peut être réalisée en utilisant indifféremment des accumulateurs du type Helmotz-Gouy-Chapman ou du type magneto-inertiel
L'association preferentiellement selon l'invention de deux accumulateurs a très fortes puissances de charges et a grande durée de vie pouvant tous dépasser les cinq cents milles cycles de charge et décharge et dont
• l'un a poste fixe qui bien que d'une capacité d'autodecharge de seulement quelques quarts d'heure dispose d'une partie accumulatnce cinétique par rotation, peut dépasser les centaines de millions d'heures et de cycle de charge et décharge
• et l'autre, accumulateur a faible autodecharge de l'ordre du mois pouvant être porte par le mobile et pouvant supporter les chocs et les changements de directions mais pouvant atteindre six cent milles a un million de cycle donne au système une fiabilité du même ordre que l'ensemble motnce-electnque-catenaire fig5 et une économie extrême dans la gestion des pointes de demande de courant puisque l'accumulateur fixe multiplicateur d'énergie (7)fig 1,2,3,4, ne prend que des courants moyens donc peut prendre son courant sur le reseau gênerai basse tension sans devoir demander une alimentation spéciale de puissance sur le reseau moyenne tension, d'où l'intérêt économique d'une telle solution tant au niveau des tanfs que de l'investissement
Les déversements électnques aux contacts étant puissants mais de courte durée, la faiblesse des pertes globales par frottement de l'air sur la perche permettent l'usage d'une perche ou pantographe (2)figl,3 de grande hauteur au delà de 6 mètres, perche ou pantographe restant retractés le reste du temps Dans ce système pour réaliser la liaison electnque du déversement en temps masque tout en laissant la liberté de trajet entre les points de déversement, le linéaire de contact n'excède pas 3% de la longueur moyenne des trajets parcourus, et les parties fixes de ces linéaires de contact sont du type ngide pour pouvoir assumer une reaction a l'appui de l'élément de contact mobile pour obtenir une densité de courant régulière permettant de laisser passer les puissances demandées
Les organes fixes d'alimentations de bord de routes çad l'ensemble groupe-accumulateur et caténaire (5)figl,2,4 sont poses et éventuellement scellés sur le trottoir Ces organes fixes d'alimentations comprennent
• une enveloppe ngide contenant une alimentation provenant du réseau gênerai (6)fig 1,2,4 avec ses protections, un ensemble fixe de suspension du volant înertiel, un volant sous atmosphère contrôlée, les électroniques d'entrée et de sortie, l'ensemble étant, d'un poids inféneur à 9 tonnes, d'un encombrement sur trottoir de moins de 7 mètres canes • des contacts fixes (8)figl,2,4, ngides pour pouvoir laisser passer les grands courants du déversement et supporter une pression de contact importante entre caténaire et pantographe Ces contacts fixes seront ponctuels (8')fig3 si le contact devait se faire exclusivement a l'arrêt ou d'une longueur infeπeure a 10 mètres s'il s'agit de contact a l'anêt, et inféneur a 80métres s'il s'agit d'un contact devant se faire en roulant (8)figl,3 Pour laisser le champ libre a la circulation routière générale, les contacts fixes ou caténaires seront situes directement au-dessus et au-delà de 6 mètres (8)f_gl,3
Une vanante enteπe l'accumulateur-multiplicateur de puissance sous le trottoir, au eu de le poser en apparent sur le trottoir Une vanante prévoit que les contacts de l'autobus avec l'accumulateur-multiplicateur de puissance s'effectuent par le sol sous l'autobus a l'anêt par une pnse escamotable (8')fig3 Une vanante prévoit que les contacts de l'autobus avec l'accumulateur-multiplicateur de puissance s'effectuent par une caténaire rétractable et un pantographe raccourci (8 ")fig4 Une vanante prévoit une caténaire fixe, décalée au-dessus du trottoir seulement au-delà de 3 mètres, avec une pnse de contact par le cote, le plus souvent a l'anêt (8"')fig2, ayant l'avantage par rapport a la solution (8')fig3 de ne pas avoir besoin d'être précis et de pouvoir effectuer le contact hors de l 'humidité et des boues de la voine Caténaires ou éléments de contacts selon l'invention sont ainsi toujours rendus inaccessibles au public soit par eloignement soit par des caches escamotables
Une vanante dans l'organisation des protections selon l'invention donne une sécunte complémentaire, par une mise sous tension du rail ou du pomt de contact seulement après vénfication par mesure electnque de l'absence de mise en relation de ce rail avec un corps étranger
Les mouvements du bus selon l'invention sont liés à une succession de rencontres avec des postes d'alimentations (5)fig6 Ces rencontres s'effectuent suivant des longueurs de contact quasiment nulles si la recharge se fait pendant les arrêts, et si la rencontre s'effectue en mouvement au défilé (5')fig6 la recharge se fera au travers une succession de petites longueurs de contact dont le total est équivalent à 3 à 5% du trajet total sans dépasser les 8%, laissant libre le choix du trajet sur plus de 90% du parcours
En raison de la souplesse des mouvements possibles des autobus électnques (l)fig6 par rapport a un trolleybus ou un tramway fig5, ces bus selon l'invention sont nettement moins bruyants et polluants que les bus classiques et pourront circuler partout en des trajets multiples y compns dans les zones piétonnières (9)fig6 A la notion de nombre de points d'alimentations pour équiper une longueur de trajet ou une ligne on pourra substituer la notion de nombre de points d'alimentation pour équiper une surface ou un quartier de la ville, un même pomt d'alimentation pouvant desservir mdifféremment plusieurs lignes de bus utilisant de multiples trajets à différentes vitesses (10,10', 10")fig6 suivant la zone traversée voie piétonnière (10)fig6, voie urbaine ordinaire (lθ')figό, voie a rapide (10")fig6 Dans une vanante de ce système, au réseau de transport collectif de personnes est associé le transport local de marchandises, d'ordures et l'alimentation des véhicules et appareils de service ou de taxis de la zone desservie par le reseau pour peu que les camions et autres véhicules soient équipés suivant les mêmes procédés que les autobus électnques et que leurs déplacements soient limités à la zone desservie par le reseau
La puissance demandée au réseau général (6)figl,2,3,4 par le groupe accumulateur-multiplicateur de puιssance(7)figl, 2,3,4 de l'ensemble fixe standard d'alimentation de bord de routes est le plus couramment proche de 45kw, preferentiellement mféneur à lOOkw dans son utilisation à fréquence faible sur une ligne unique Pour des fréquences de recharge très élevées, quasiment continue sans intervalle entre le passage des bus, il pouna être plus économique d'installer une alimentation plus puissante, moins élaborée, sans fonction d'accumulation
Le déversement en temps masque est obtenu a partir d'une combinaison de trois caractenstiques, une dimension minimum de la réserve sur le matenel roulant, un taux de multiplication de puissance du sous-ensemble de bord de route et une distance entre ces sous-ensembles, pour pouvoir laisser une liberté raisonnable de mouvement au matenel roulant sans exagérer l'intensité de l'appel de courant sur le réseau, la taille de la réserve roulante (3)figl,2,3,4 se situant entre 50 et 300 wattheures par tonne déplacée (wh/t), un coefficient multiplicateur de puissance du sous-ensemble sur trottoir
(7)figl,2,3,4 compns entre 25 et 80 et sur un trajet une distance entre points de déversements entre 0,8 et 4 kilomètres suivant les dénivelées, les sens uniques, les feux rouges et les ronds-points, ou dans une agglomération une densité de points de déversement entre 0,25 et 0,70 points au kilomètre cane
Le système du fait que plus de 90% du trajet peut s'effectuer hors caténaire, forme un réseau d'un ensemble de mobiles de transport electnque d'une grande liberté de trajet pouvant fonctionnant en continu 24 heures sur 24
Le système selon l'invention, utilisable partout où l'on dispose d'un réseau electnque, étant propre et silencieux, s'insère aussi dans les centre-ville touπstiques, soit que l'on choisisse de ne recharger le bus qu'aux aπêts, soit que suivant les conditions locales, on choisisse quelques dizaines de mètres d'espace pouvant s'insérer dans l'esthétique des lieux où le bus se rechargera en roulant fig6
La gestion de l'énergie au travers ce double système d'accumulatιon(3et7)figl,2,3,4 permet de se brancher soit sur le réseau basse tension (6)figl,2,3,4, soit sur le réseau moyenne tension (6')fig2 , il permet de conserver la souplesse du réseau maillé général avec ses capacités de répartition de puissance et de courant suivant les lois de Kirchhoff, alors que l'organisation classique des liaisons sur rails et caténaires fig5 πgidifie la demande sur son propre réseau et génère des appels de puissances de pointes d'électncite sur le réseau général qui peuvent êtres considérables en raison des possibilités de cumul des pointes d'une séné de motnces sur une même ligne de caténaire II s'en suit, une tanfication electnque peu favorable aux transports en commun et l'obligation de construire à grand frais des postes d'alimentation! avec de gros transformateurs et des équipements spécifiques à courants forts
L'association dans la réalisation de l'autobus electnque d'une réserve du type a couche double électrochimique avec électrode bloquante, d'une chaîne mécanique ecourtée à un niveau de réduction nul ou très faible, d'un ensemble électronique moteur de très haut rendement dépassant 78% à tous les régimes, du choix préférentiel d'un moteur type multi-pôles a aimants permanents de type dit a « tene rare » à énergie emmagasinée d'un Bhmax supeneur à 40kjoules par m3 de préférence en Néodyme Fer Bore et spécialement traité pour garder ses caractenstiques au-delà de 200° de sorte que le vieillissement du moteur atteigne les cent mille heures, d'un asservissement des vitesses, des couples et des puissances au travers d'un « resolver » optimisant l'importance du champ reactif fourni par les bobines a un optimum d'efficacité a chaque vitesse forme, selon l'invention, un ensemble d'un rendement extrême pour chaque régime avec des pertes très faibles tant aux accélérations qu'à la récupération au freinage, et donne un accroissement d'autonomie supeπeur a 100% par rapport a une solution classique disposant d'une capacité de type électrochimique classique du même nombre de wh
L'association des moyens ci dessus (29 page 10 à 3 pagel l) et le choix suivant l'invention de repartir au maximum les moteurs dans chacune des roues porteuses les rendant automotπces comme en (4)figl,2,3,4 réalise une aptitude onginale optimisée de récupérer d'une part efficacement la reaction d'adhérence des roues sur la chaussée parce que répartie sur le maximum de surface, créant un moindre effort de cisaillement donc de déformation sur les pneus donc un optimum de dépense d'énergie et d'adhérence dans les phases d'accélération et de freinage car la régulation des changements de rythmes et d'onentation du pneu peut être asservie finement en temps réel dans les deux sens en raison d'une réversibilité electnque complète de la chaîne des échanges d'énergie sans aucune inertie mécanique en raison de l'existence de la réserve electnque du type a couche double électrochimique avec électrode bloquante qui dispose d'un temps de réponse exceptionnellement adaptée, plus lent qu'un condensateur classique, mais plus rapide, au-delà d'un ordre de grandeur, qu'une battene et donc plus rapide que celui de la mécanique qu'il entraîne
L'association d'une autonomie raisonnable entre deux points de recharge (5)figl, 2,3,4,6 et d'une charge ultra-rapide de la réserve (3)figl,2,3,4 réalise un système de transport dont le rapport des longueurs du trajet parcouru é à l'alimentation exténeure par rapport aux longueurs de trajet parcouru librement sont quasiment mversé par rapport aux solutions récentes
Du fait que les sous-ensembles fixes de bord de routes (5)figl,2,3,4,6 sont d'un poids mfeneur a 9 tonnes, d'un encombrement sur trottoir de moms de 7 mètres carres, comportant des contacts d'accès electnque ngides sur poteaux, dont la longueur est mféneure a 10 mètres s'il s'agit d'un contact devant se faire exclusivement à l'anêt, et inféneur à 80 mètres s'il s'agit d'un contact devant se faire en roulant, dont les branchements électnques sur le réseau général sont d'une puissance faible proche de 45kw et preferentiellement mfeneur a lOOkw, ils forment des sous-ensembles deplaçables, du fait qu'une modification du tracé n'implique aucune annulation majeure des travaux de génie civil et du fait que la peine et le coût qui pounaient résulter d'un déplacement éventuel du trajet ou des sous- ensembles sur trottoir sont sans commune mesure avec un changement de trace de voie sur rail ou un reseau de caténaires pour trolleybus, de sorte que l'ensemble du système de transport selon l'invention forme un système de transport electnque durable et modifiable
Associe sur une partie de son trajet a une protection du parcours sur voie dediee, et associe a un guidage par le sol optique ou radio, l'ensemble forme un système de transport remplissant simultanément les fonctions d'autobus et de trolleybus ou de tramway et forme le premier ensemble intègre de transport collectif des personnes sans rupture de charge Le mobile, pourra au début être un simple bus, puis foncer automatiquement en grand débit et sur les portions de trajet équipées, pour simple bus, puis foncer automatiquement en grand débit et sur les portions de trajet équipées, pour terminer en bus Amsi ce bus electnque selon l'invention peut faire du porte a porte a 500métres près et rouler automatiquement à grande vitesse. Ce sera le premier système electnque universel de transport mu par l'électncité sans rupture de charge
En résumé, l'association d'une haute fiabilité et des cyclicités preferentiellement des deux types particuliers de réserves d'énergie (3) et (7) réalise une motonsation mtegralement electnque de l'autobus, sans devoir coûter rails et caténaires, un ensemble selon l'mvention d'une disponibilité de matériel comparable à celle des maténels électnques du type classique à parcours é ou dépendant d'une alimentation extéπeure tout au long du parcours. Cet ensemble selon l'mvention, aura des temps d'usage comparable a ces maténels, pouvant atteindre 80% de leur temps de vie, alors qu'il est connu que les matériels du genre bus à combustible fossile prévoient une durée de vie nettement moindre et des pénodes de maintenance et d'entretien mécanique beaucoup plus lourdes que celles du matenel à motonsation electnque, et les bus sur battenes électrochimiques prévoient un renouvellement souvent annuel de ces dernières et une immobilisation globale pour recharge proche ou supeneur à 100% du temps d'utilisation

Claims

Revendications
1 Système electnque de moyen de transport collectif de personne en espace urbain a grande liberté d'itinéraire caracténsé en ce que son matenel roulant electnque contient a son bord une reserve d'énergie principale du type a couche double electrochimique avec électrode bloquante et electrolyte liquide dilue suivant le modèle Helmotz-Gouy-Chapman, renouvelée doucement dans les descentes et au freinage par récupération a partir des moteurs générateurs, et renouvelée encore plus fortement de l'exteneur pendant une succession éloignée de temps très courts a partir d'une seπe de sous-ensembles fixes poses au sol en bord de route comportant un réservoir du type volant d'inertie avec transfert d'énergie électromécanique entre parties fixes et en rotation, multiplicateur de puissance, recevant du reseau principal, régulièrement, une énergie pnmaire electnque en basse puissance déversée plus tard en extrêmement grosse puissance, comme l'orage, au travers de deux contacts glissants en un temps si petit, lors de l'anêt en usage normal fonctionnel du matenel roulant, ou au défile lors des passages sans arrêt, que l'on peut considérer ce déversement comme réalisant une recharge en temps masque de sorte que le système complet de transport fonctionne en contmu sans le moindre temps d'immobilisation spécifique pour la recharge tout en permettant une multitude de combinaisons de trajets potentiels entre les pomts de déversement, en sorte que le fonctionnement en contmu et fiable sur plus de dix ans est obtenu grâce a la combinaison de composants d'accumulation electnque définis, pour les parties mobiles transportées comme devant tenir aux chocs et supportant entre cent mille et un million de cycles, et pour les parties fixes comme supportant de un a dix millions de cycles sans nécessairement devoir tenir au choc
2 Système selon la revendication 1 caracténsé en ce que le temps masque est le résultat de la combinaison d'une très grande puissance de sortie donnée aux sous-ensembles poses au sol plus de vingt fois supeneure par rapport a la puissance moyenne d'alimentation du matenel roulant, et plus de trois fois supeneur a sa puissance de pomte
3 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caracténsé en ce que pour réaliser la liaison electnque du déversement en temps masque tout en laissant la liberté de trajet entre les pomts de déversement, le linéaire de contact n'excède pas 3% de la longueur moyenne des trajets parcourus, et que les parties fixes de ces linéaires de contact sont du type ngide pour pouvoir assumer une reaction a l'appui de l'élément de contact mobile pour obtenir une densité de courant régulière permettant de laisser passer les puissances demandées
4 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caracténsé en ce que les parties mécaniques sont réduites au minimum avec un entraînement direct dans chaque roue sans l'intermédiaire d'une boite de vitesse, ni de cardans et trams d'engrenages, les fonctions différentielle et variation de vitesse étant effectuées par l'électronique et que les moteurs sont du tvpe multi-pôles a aimants permanents
5 Sv sterne selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce qu'il comprend la combinaison d'une chaîne mécanique ecourtée a un niveau de réduction nulle ou très faible, d'un ensemble électronique moteur de très haut rendement, avec des moteurs générateurs sur chaque roue, le tout formant un ensemble d'un rendement extrême pour chaque régime avec des pertes très faibles tant aux accélérations qu'a la récupération au freinage de sorte que l'ensemble donne un accroissement d'autonomie par rapport a une solution classique
6 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que le déversement en temps masque est obtenu a partir d'une combinaison de trois caractéristiques, une dimension minimum de la reserve sur le matériel roulant, un taux de multiplication de puissance du sous-ensemble de bord de route et une distance entre ces sous-ensembles, pour pouvoir laisser une liberté raisonnable de mouvement au matenel roulant sans exagérer l'intensité de l'appel de courant sur le reseau, la taille de la reserve roulante se situant entre 50 et 300 wattheures par tonne déplacée (wh/t). un coefficient multiplicateur de puissance du sous-ensemble sur trottoir compris entre 25 et 80 et sur un trajet, une distance entre points de déversements entre 0,8 et 4 kilomètres suivant les dénivelées, les sens uniques, les feux rouges et les rond-points, ou dans une agglomération une densité de points de déversement entre 0,25 et 0,70 pomts au kilomètre cane
7 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel au reseau de transport collectif de personnes est associe le transport local de marchandises, d'ordures et l'alimentation des véhicules et appareils de service ou de taxis de la zone desservie par le reseau pour peu que les camions et autres véhicules soient équipes suivant les mêmes procèdes que les autobus eleαπques et que leurs déplacements soient limites a la zone desservie par le reseau
8 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que plus de 90% du trajet peut s'effectuer hors caténaire, formant un reseau d'un ensemble de mobiles de transport électrique d'une grande liberté de trajet pouvant fonctionnant en continu 24 heures sur 24
0 Svsteme selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce que les sous- ensembles fixes de bord de routes, étant d'un poids inférieur a 9 tonnes, d'un encombrement sur trottoir de moins de 7 mètres canes, comportant des contacts d'accès électrique rigides sur poteaux, dont la longueur est inférieure a 10 mètres s'il s'agit d'un contact devant se faire exclusivement a l'arrêt, et inférieur a 80metres s'il s'agit d'un contact devant se faire en roulant, dont les branchements électriques sur le reseau gênerai sont d'une puissance faible proche de 45kw et preferentiellement inféneur a l OOkw. forment des sous-ensembles deplaçables, et qu'une modification du trace n'implique aucune annulation majeure des travaux de génie civil et que la peine et le coût qui pounaient résulter d'un déplacement éventuel du trajet ou des sous-ensembles sur trottoir sont sans commune mesure avec un changement de tracé de voie sur rail ou un reseau de caténaires pour trolleybus, de sorte que l'ensemble du système de transport selon l'invention forme un système de transport electnque durable et modifiable
10 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caracténsé en ce qu'une vanante de cette solution enteπe l'accumulateur-multiplicateur de puissance sous le trottoir, au heu de le poser en apparent sur le trottoir
11 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caracténsé en ce que le contact avec la caténaire s'effectue par le cote sur une caténaire placée au-dessus du trottoir
12 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caracténsé en ce que le contact de l'autobus avec l'accumulateur-multiplicateur de puissance s'effectue par le sol sous l'autobus par une pnse escamotable
13 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caracténsé en ce que les contacts de l'autobus avec l'accumulateur-multiplicateur de puissance s'effectuent par une caténaire rétractable et un pantographe raccourci
14 Système selon l'une quelconque des revendications 1 a 3 ou 5 a 13 a caracténsé en ce que la transmission mécanique ne se fait pas directement par un moteur roue mais s'effectue avec un étage de réduction, soit avec un réducteur mécanique associe au moteur-générateur le tout place dans la roue motnce, soit avec une réduction-transmission par counoie avec extemalisation du moteur par rapport a la roue diminuant le rapport entre charges non suspendues et charges suspendues et diminuant de 2 a 3% le rendement de l'ensemble
15 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes caracténsé en ce que, associe sur une partie de son trajet a une protection du parcours sur voie dediee, et associe a un guidage par le sol optique ou radio, l'ensemble forme un système de transport remplissant simultanément les fonctions d'autobus et de trolleybus ou de tramway et forme le premier ensemble intègre de transport collectif des personnes sans rupture de charge
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