FR2920442A1 - Textile intelligent comportant au moins un fil conducteur et procede de realisation d'une antenne textile - Google Patents

Textile intelligent comportant au moins un fil conducteur et procede de realisation d'une antenne textile Download PDF

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Abstract

Le textile intelligent pour vêtement comporte au moins un fil électriquement conducteur constitué par un assemblage mixte de fibres textiles et d'au moins un fil de cuivre émaillé. Le fil électriquement conducteur présente une faible résistance linéique et est résistant à la rupture. Ces fils peuvent êtres utilisés pour former une antenne textile, qui peut être alimentée par un composant électronique pour communiquer avec des étiquettes RFID.

Description

Textile intelligent comportant au moins un fil conducteur et procédé de réalisation d'une antenne textile Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un textile comportant au moins un fil électriquement conducteur destiné à être connecté à un composant électronique et constitué 10 par un assemblage mixte de fibres textiles et d'au moins un fil de cuivre.
Elle concerne également un procédé de réalisation d'une antenne textile. 15 État de la technique
Certains vêtements dits intelligents permettent de récupérer des informations de capteurs répartis sur une personne par couplage en champ proche de type RFID. Les capteurs peuvent consister en une étiquette RFID classique 20 ou de type jeton. Les capteurs peuvent être téléalimentés par l'intermédiaire d'une antenne intégrée au textile et connectée à un composant électronique appelé en général lecteur, auquel ils fournissent des informations à distance.
Les principaux domaines visés par ce type d'application sont les domaines 25 sportifs et médicaux. Dans les deux cas, le vêtement intelligent doit garder toutes ses propriétés de souplesse pour ne pas entraver le geste du sportif ni gêner le patient. D'autre part, les capteurs répartis sur la personne possèdent des contraintes de positionnement propres à leur fonction, telle que la récupération du rythme cardiaque. Enfin le vêtement ne doit présenter 30 de danger pour la personne, par exemple d'électrocution.5
Une première méthode de réalisation d'un textile intelligent destiné à former un tel vêtement consiste à réaliser l'antenne puis à la reporter, par exemple par collage, sur le textile. Une seconde méthode consiste à réaliser l'antenne, par couture ou par broderie, sur le textile à l'aide d'un fil conducteur. L'inconvénient principal de ces deux types de méthode est que la réalisation de l'antenne n'est pas incorporée à la confection du textile et requiert donc une étape supplémentaire spécifique, qui est coûteuse. De plus la présence d'éléments rigides dans le textile lui fait perdre sa souplesse.
1 o Enfin, divers travaux traitent de l'introduction de fils électriquement conducteurs dans les fils de chaîne et de trame lors du tissage du textile ou de l'introduction dans la maille lors du tricotage du textile.
Comme représenté à la figure 1, chaque fil électriquement conducteur 1 est 15 constitué d'un ensemble de fils métalliques 2, en cuivre recouvert d'argent, et de fibres textiles 3. Après tissage, les fils conducteurs 1 sont interconnectés de manière à réaliser un motif d'antenne. Comme illustrée schématiquement à la figure 2, une antenne textile tissée selon le document US-A-2004/0244865 comporte des fils conducteurs de chaîne 1 a et de trame 1 b, 20 interconnectés par des points de soudure 4 afin de réaliser un motif d'antenne carrée à spires multiples. L'antenne est connectée à un composant électronique 5, qui peut être intégré dans le textile. Afin d'éviter les courts-circuits, les fils métalliques 2 sont isolés par un vernis polyamide, résistant à l'eau et au séchage jusqu'à des températures de 100°C. 25 Cependant, ceci n'assure pas une bonne résistance aux chocs thermiques et aux surcharges thermiques.
Les antennes textiles connues à ce jour sont, comme sur la figure 2 des antennes planes à spires carrées qui ne sont, en fait, pas adaptées pour être 30 connectées à un lecteur (résistance, dimensions, etc.) de grande surface de couverture (plusieurs étiquettes RFID lues par un même lecteur).
Objet de l'invention L'invention a pour but de résoudre les inconvénients des dispositifs connus, en particulier dans le cadre d'une antenne textile, d'optimiser la couverture de l'antenne afin de garantir une grande flexibilité dans le positionnement des étiquettes associées.
Ce but est atteint par le fait que le fil de cuivre est émaillé.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le textile comporte plusieurs fils électriquement conducteurs constituant respectivement des fils de chaîne et de trame, interconnectés en des points de croisement prédéterminés pour former une antenne.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une antenne textile de ce type par soudure des fils de chaîne et de trame aux croisements par une goutte d'étain préalablement trempée dans de l'acide orthosphosphorique.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non-limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 illustre un fil électriquement conducteur selon l'art antérieur. La figure 2 illustre une antenne textile selon l'art antérieur. 3
La figure 3 illustre un textile comportant une antenne réalisée par tissage. Les figures 4 à 6 illustrent différents motifs d'antenne.
Description des modes particuliers de l'invention
Selon l'invention, dans chaque fil électriquement conducteur 1, le fil métallique 2 est constitué par un fil de cuivre émaillé. Les propriétés de l'émaillage permettent une forte protection contre les chocs thermiques et les surcharges thermiques. De plus l'émaillage protège les fils 1 des courts-circuits lorsque ceux-ci se chevauchent. II protège aussi la personne qui porte le vêtement des risques d'électrocution.
Dans un mode de réalisation particulier, chaque fil électriquement conducteur 1 est constitué par un assemblage de quatre fils 2 en cuivre émaillé, de 41 m de diamètre, et de deux fibres textiles 3. Pour des raisons de souplesse, le diamètre du fil métallique 2 doit être inférieur à 250 m pour le tissage et 100 m pour le tricotage. Lorsque les fils 1 sont interconnectés pour former une antenne, les quatre fils de cuivre émaillé d'un fil 1 sont automatiquement soudés ensemble lors de la soudure des points d'interconnexion 4. Ceci a pour effet de diminuer la résistance de l'antenne et d'en augmenter la robustesse mécanique et électrique, notamment en cas de rupture d'un des fils de cuivre, même si la résistance linéique en est affectée. La résistance linéique du fil de cuivre émaillé est de 23,5 ohms/m. Son courant maximum avant destruction est de l'ordre de 250mA. Typiquement, une antenne de la présente invention peut nécessiter des courants jusqu'à 1 A pour un composant électronique de 4 Watts maximum. Quatre fils 2 sont alors nécessaires. La résistance totale est alors de 6 ohms/m ce qui permet d'obtenir un bon facteur de qualité Q de l'antenne. La tension de claquage de l'émail du fil est de l'ordre de 1025 Volts. Cette tension est très supérieure
aux tensions mises en jeu dans l'antenne, qui sont classiquement de l'ordre d'une centaine de volts.
Comme illustré sur les figures 1 et 3, le textile peut être tissé avec des fils électriquement conducteurs 1 constituant respectivement des fils de trame 1 b et des fils de chaîne 1 a. L'antenne textile est ainsi réalisée en deux étapes. Dans un premier temps, lors de la réalisation du textile, les fils électriquement conducteurs 1 sont tissés selon la chaîne et la trame en des positions prédéfinies. Puis la forme de l'antenne finale est réalisée en interconnectant les fils électriquement conducteurs de chaîne et de trame à certains croisements. Le choix du diamètre des fils de cuivre émaillé est important. En effet, un fil trop fin augmente la résistance (en ohms) de l'antenne et donc abaisse la qualité de ce fil, mais il en diminue aussi la solidité. Le diamètre des fils de cuivre 2 doit être inférieur à 250 m, avantageusement à 100 m, afin d'être utilisé dans les métiers à tisser conventionnels. L'introduction de plusieurs fils de cuivre émaillé 2 dans chaque fil 1 permet d'augmenter la robustesse fonctionnelle de l'antenne à la rupture. En effet, l'utilisation d'un fil de cuivre émaillé 2 unique dans chaque fil 1 serait un inconvénient majeur si celui-ci venait à rompre, car la fonction réalisée par ce fil n'existerait plus. Le textile deviendrait alors non fonctionnel.
De plus, la mise en parallèle de plusieurs fils de cuivre 2 à la place d'un seul fil de même diamètre confère une plus grande souplesse au textile avec les mêmes performances électriques.
L'interconnexion en certains points de croisement des fils de chaîne 1 a et de trame 1 b permet essentiellement de réaliser deux sortes d'antennes, en forme de spire pour les antennes inductives ou de type dipolaire pour les antennes rayonnantes. Les figures 4, 5 et 6 illustrent en particulier 3 types d'antennes, respectivement en forme de spire carrée à un tour sur la figure 4,
en forme de spire carrée à multi-tours sur la figure 5, en forme d'antenne-créneau sur la figure 6.
L'interconnexion aux points de croisement 4 peut être réalisée par soudure à l'aide d'un simple fer à souder. Dans un mode de réalisation préférentiel, la pointe du fer à souder est étamée, puis la goutte d'étain ainsi formée est trempée dans de l'acide orthophosphorique, permettant de fluidifier l'étain (donc d'améliorer la pénétration dans le tissu) et d'augmenter en température pour dissoudre l'émail, avant d'être posée au croisement des fils de chaîne 1 a et de trame 1 b à interconnecter. Tous les fils de cuivre émaillé 2 des deux fils de chaîne et de trame 1 a et 1 b sont ainsi connectés entre eux au point 4. Ensuite le point de soudure 4 peut être sécurisé pour la continuité de protection à l'électrocution, car les deux fils ne sont plus émaillés au point de soudure 4.
Les meilleures performances sont obtenues avec l'antenne en créneau de la figure 6. Elle a en effet une surface de couverture plus importante avec l'étiquette RFID de type jeton qu'une spire carrée, de facteur de qualité plus élevé. De plus, elle est beaucoup moins sensible aux déformations du tissu lorsqu'il est porté.
II est ainsi possible de réaliser une antenne textile ayant de bonnes performances fonctionnelles, caractérisée par sa couverture, la simplicité et le coût de réalisation, sa souplesse, la robustesse à l'usure ou à la rupture, tout en limitant la résistance linéique de l'antenne.
L'invention n'est pas limitée aux modes particuliers de réalisation décrit ci-dessus. En particulier, les fils électriquement conducteurs 1 peuvent êtres utilisés pour former non seulement des antennes mais également des bus de données, des fils de puissance, des plans de masse sur supports extensibles, des filtres électromagnétiques et des écrans électromagnétiques (blindage), etc.

Claims (8)

Revendications
1. Textile comportant au moins un fil électriquement conducteur (1) destiné à être connecté à un composant électronique et constitué par un assemblage mixte de fibres textiles (3) et d'au moins un fil de cuivre (2), textile caractérisé en ce que le fil de cuivre (2) est émaillé.
2. Textile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs fils (1) électriquement conducteurs, constituant respectivement des fils de chaîne (1 a) et de trame (1 b), interconnectés en des points de croisement prédéterminés pour former une antenne.
3. Textile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne a une 15 structure en créneau.
4. Textile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne a une structure en spire carrée à un tour ou multi-tours. 20
5. Textile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les interconnexions des fils de chaînes et de trames sont constituées par des points de soudure (4).
6. Textile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en 25 ce que chaque fil (1) électriquement conducteur est constitué par un assemblage de quatre fils de cuivre émaillé (2) de diamètre inférieur à 250 m, et de deux fibres textiles (3).
7. Textile selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit diamètre est 30 inférieur à 100 m. 8
8. Procédé de réalisation d'une antenne textile selon la revendication 2 caractérisé en ce que les fils de chaîne (1 a) et de trame (1 b) sont soudés aux points de croisement (4) par une goutte d'étain préalablement trempée dans de l'acide orthophosphorique.5
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