FR3024574A1

FR3024574A1 - Dispositif de communication par couplage magnetique

Info

Publication number: FR3024574A1
Application number: FR1457409A
Authority: FR
Inventors: Mohamed Cheikh
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2016-02-05
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: FR3024574B1; US20170214435A1; KR20170036689A; US9847815B2; CN106537408B; WO2016015847A1; KR102355538B1; CN106537408A

Abstract

L'invention concerne un dispositif de communication par couplage magnétique comportant un module de communication relié à une première bobine (100) planaire. Ladite première bobine (100) est adaptée à former un champ magnétique dont les lignes de champ sont orthogonales au plan de ladite première bobine (100) dans une première zone (10) dudit plan. Le dispositif comporte des moyens d'orienter le champ magnétique de telle sorte que les lignes de champ ne sont pas orthogonales au plan de ladite première bobine (100) dans une deuxième zone (20) dudit plan.

Description

Le domaine de l'invention est le domaine des dispositifs de communication par couplage magnétique, tels que par exemple les dispositifs de communication par couplage magnétique en champ proche NFC (Near Field Communication). Notamment, l'invention concerne un dispositif permettant une communication simultanée par couplage magnétique en deux zones distinctes. De nos jours, il est courant d'employer une technologie de communication par couplage magnétique en champ proche, comme la technologie NFC (Near Field Communication). Cette technologie de communication peut être utilisée pour de nombreuses applications comme par exemple pour payer sans contact en utilisant par exemple une carte bancaire ou un appareil mobile comme un téléphone portable ou une tablette numérique. Cette technologie peut également être mise en oeuvre pour permettre à un utilisateur d'accéder à un véhicule et de le démarrer à l'aide par exemple d'un téléphone portable. Cette technologie de communication peut être mise en oeuvre pour de nombreuses applications qu'il serait intéressant de pouvoir utiliser simultanément sur un même dispositif. La communication par couplage magnétique est possible lorsqu'un utilisateur vient placer à proximité d'une bobine planaire d'un dispositif, un appareil comportant une autre bobine, c'est-à-dire lorsqu'il place l'appareil dans une première zone, idéalement parallèle à la bobine planaire du dispositif. La communication par couplage magnétique ne fonctionne pas lorsque la bobine de l'appareil est placée par l'utilisateur de façon perpendiculaire par rapport à la bobine planaire du dispositif, c'est-à-dire dans une deuxième zone perpendiculaire à la première zone. Actuellement différents dispositifs existent pour utiliser la communication par couplage magnétique d'un dispositif en une première zone et en une deuxième zone 25 distinctes l'une de l'autre. Un premier exemple d'un tel dispositif comporte deux dispositifs juxtaposés comportant chacun un module de commande et une bobine planaire. Les bobines planaires des deux dispositifs juxtaposés, sont situées dans des plans perpendiculaires entre eux. Ce premier exemple de dispositif permet de mettre en oeuvre une 30 communication par couplage magnétique à proximité des deux bobines planaires. Ce dispositif présente cependant des inconvénients. En effet, le dispositif présente un encombrement important et un coût élevé liés à la présence des deux dispositifs juxtaposés. Un deuxième exemple de dispositif comporte un module de communication 35 relié par l'intermédiaire de commutateurs à deux bobines planaires situées dans des plans perpendiculaires entre eux. Chaque bobine planaire est reliée au module de communication par deux commutateurs qui permettent l'émission et la réception de données. Ce dispositif permet de mettre en oeuvre une communication par couplage magnétique au niveau d'une bobine planaire lorsque cette dernière est reliée au module de communication. Ce dispositif permet d'utiliser la communication par couplage magnétique en deux zones uniquement de façon alternative. De plus, l'emploi de commutateurs engendre une division de la puissance fournie par le module de communication, qui s'accompagne d'une réduction de la portée du champ magnétique, qui ne sont pas suffisantes pour certaines fonctionnalités recherchées mettant en oeuvre la communication par couplage magnétique.

La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant un dispositif de communication simultanée par couplage magnétique en une première zone et en une deuxième zone distinctes l'une de l'autre. A cet effet, il est proposé par la présente invention, un dispositif de communication par couplage magnétique comportant un module de communication relié à une première bobine planaire. Ladite première bobine est adaptée à former un champ magnétique dont les lignes de champ sont orthogonales au plan de ladite première bobine dans une première zone dudit plan. Le dispositif comporte des moyens d'orienter le champ magnétique de telle 20 sorte que les lignes de champ ne sont pas orthogonales au plan de ladite première bobine dans une deuxième zone dudit plan. De telles dispositions permettent d'obtenir un dispositif permettant une communication par couplage magnétique dans une première zone et dans une deuxième zone. Ladite première zone comporte une zone de couverture permettant une 25 communication associée à une bobine planaire d'un appareil située sensiblement parallèle à ladite première bobine planaire du dispositif et en vis-à-vis de ladite première bobine planaire. Ladite deuxième zone comporte une zone de couverture permettant une communication associée à une bobine planaire d'un appareil située sensiblement perpendiculairement à ladite première bobine planaire du dispositif. 30 On entend par communication par couplage magnétique, une communication par couplage magnétique en champ proche. Ce dispositif permet d'utiliser simultanément la communication par couplage magnétique en champ proche en deux zones distinctes en n'utilisant qu'un seul module de communication. Ces dispositions permettent de gagner en encombrement, en performance et en coût, par la suppression d'un deuxième 35 module de communication et par la suppression de commutateurs, présents dans l'art antérieur. De plus, la réduction de l'encombrement du dispositif permet une intégration plus aisée du dispositif dans par exemple un véhicule automobile.

Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, ledit dispositif peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, le module de communication est adapté à fournir un signal de communication à une fréquence de communication prédéfinie. Le dispositif comporte un circuit résonant passif comportant une bobine au niveau de la deuxième zone. Ladite bobine est d'axe parallèle au plan de la première bobine. La fréquence de communication prédéfinie est de l'ordre de 13,56 MHz dans 10 le cas de la technologie NFC. De telles dispositions permettent d'amplifier le champ magnétique au niveau de la deuxième zone. Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, ladite première bobine comporte des spires. L'écartement entre lesdites spires du côté de la deuxième zone est plus grand que l'écartement entre lesdites spires du côté de la première bobine 15 opposé à la deuxième zone. De telles dispositions permettent de réorienter le champ magnétique vers la deuxième zone sans ajouter de matériel supplémentaire et à moindre coût. Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, le dispositif comporte du côté de ladite deuxième zone une deuxième bobine planaire directement 20 connectée à ladite première bobine planaire. En d'autres termes, ladite deuxième bobine planaire est alimentée par le module de communication par l'intermédiaire de ladite première bobine. Ladite deuxième bobine planaire comporte des spires. L'écartement entre lesdites spires de ladite deuxième bobine du côté de la deuxième zone, est plus grand 25 que l'écartement entre lesdites spires de ladite première bobine du côté opposé à ladite deuxième zone. De telles dispositions permettent de réorienter le champ magnétique vers la deuxième zone selon un autre moyen. Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, l'écartement entre 30 lesdites spires de ladite première bobine du côté de la deuxième zone, et/ou de ladite deuxième bobine au niveau de la deuxième zone, est au moins égal à trois fois l'écartement entre lesdites spires de la première bobine du côté opposé à ladite deuxième zone. De telles dispositions permettent de diriger davantage le champ magnétique 35 vers la deuxième zone. Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, ledit dispositif comporte un support de ladite première bobine. Ledit support comporte un bobinage entourant ledit support. Ledit dispositif comporte un nombre de spires du côté de la deuxième zone plus grand qu'un nombre de spires du côté opposé à ladite deuxième zone. Ledit bobinage du support est situé en direction de la deuxième zone. Le plus grand nombre de spires du côté de la deuxième zone permet 5 d'orienter le champ magnétique vers ladite deuxième zone. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures 1 à 4 qui représentent : Figure 1 : une vue d'un exemple d'une première bobine planaire modifiée 10 pour orienter le champ magnétique vers deux zones du dispositif, Figure 2 : une vue d'un exemple d'une deuxième bobine planaire directement connectée à une première bobine planaire, Figure 3 : une vue d'un autre exemple d'une première bobine planaire comportant un bobinage autour d'un support de la première bobine 15 planaire, Figure 4 : une vue de l'exemple de la figure 1 comportant un circuit résonant passif qui comporte une bobine. Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les 20 éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire. L'invention vise un dispositif de communication par couplage magnétique en champ proche. On définit pour la suite de la description un repère orthogonal XYZ dans lequel le plan XZ correspond au plan dans lequel est disposée une première bobine 100 planaire 25 adaptée à former un champ magnétique dont les lignes de champ sont orthogonales au plan de ladite première bobine 100 dans une première zone 10 dudit plan. Un module de communication alimente électriquement la première bobine 100 planaire. Le dispositif objet de l'invention peut fonctionner avec un unique module de communication. La première bobine 100 planaire située dans un plan XZ, induit un champ 30 magnétique dont les lignes de champ sont orthogonales au plan de ladite première bobine 100 dans une première zone 10 du plan XZ, ladite première zone 10 étant située à l'intérieur de la première bobine 100. La première zone 10 comporte une zone de couverture qui permet une communication associée à une bobine planaire d'un appareil située sensiblement parallèle au plan de ladite première bobine 100 planaire du dispositif 35 et en vis-à-vis de ladite première bobine 100. Le dispositif objet de l'invention comporte des moyens permettant d'orienter le champ magnétique de la première zone 10 en direction d'une deuxième zone 20 afin de mettre en oeuvre dans la deuxième zone 20 une communication par couplage magnétique en champ proche. Lesdits moyens permettent que les lignes de champ ne soient pas orthogonales au plan de la première bobine 100 dans une deuxième zone 20. La deuxième zone 20 est située dans le plan à l'extérieur de la première bobine 100. La 5 deuxième zone 20 comporte une zone de couverture permettant une communication associée au plan d'une bobine planaire d'un appareil située sensiblement perpendiculairement à ladite première bobine planaire du dispositif. Ainsi, l'appareil pourra mesurer un flux magnétique dans la deuxième zone 20. La communication par couplage magnétique est possible pour un appareil formant un angle maximal par rapport aux 10 lignes de champ magnétique dans ladite deuxième zone 20 d'environ 45°. Pour y parvenir, différents dispositifs ont été développés. La figure 1 représente un premier exemple non limitatif de réalisation d'un dispositif illustrant un premier moyen permettant d'orienter le champ magnétique du côté de la deuxième zone 20. 15 La première bobine 100 planaire comporte des spires. Pour orienter le champ magnétique du côté de la deuxième zone 20, les spires de la première bobine 100 planaire, du côté de la deuxième zone 20, présentent un écartement 21 plus grand que l'écartement 21 22 des spires de la première bobine 100 situées à l'opposé de la deuxième zone 20. L'écartement 21 des spires de la première bobine 100 planaire du 20 côté de la deuxième zone 20 est de préférence au moins égal à trois fois l'écartement 21 22 des spires de la première bobine 100 opposées à la deuxième zone 20. Ce plus grand écartement 21 des spires du côté de la deuxième zone 20 permet d'orienter le champ magnétique généré par la première bobine 100 planaire du côté de la deuxième zone 20. 25 La figure 2 représente un deuxième exemple non limitatif de réalisation d'un dispositif illustrant un deuxième moyen permettant d'orienter le champ magnétique du côté de la deuxième zone 20. Le dispositif de la figure 2 comporte une première bobine 100 planaire ainsi qu'une deuxième bobine 200 planaire. La première bobine 100 est située dans un 30 plan XZ. Une source de communication alimente électriquement la première bobine 100. Le dispositif peut ne comporter qu'un module de communication. La deuxième bobine 200 est située du côté de la deuxième zone 20. La deuxième bobine 200 est directement reliée à la première bobine 100. En d'autres termes, la deuxième bobine 200 est alimentée par le module de communication par l'intermédiaire de la première bobine 100. 35 Afin d'orienter le champ magnétique du côté de la deuxième zone 20, les spires de la deuxième bobine 200 du côté de la deuxième zone 20, présentent un écartement 21 plus grand que l'écartement 21 22 des spires de la première bobine 100 opposées à la deuxième zone 20. De même que dans l'exemple illustré en figure 1, l'écartement 21 des spires de la deuxième bobine 200 du côté de la deuxième zone 20, est de préférence au moins égal à trois fois l'écartement 21 22 des spires de la première bobine 100 opposées à la deuxième zone 20.

La figure 3 illustre un troisième exemple non limitatif de réalisation d'un dispositif illustrant un troisième moyen permettant d'orienter le champ magnétique du côté de la deuxième zone 20. Le dispositif de la figure 3 comporte un dispositif de communication par couplage magnétique en champ proche compatible avec la technologie NFC, qui comporte la première bobine 100 planaire. Le dispositif comporte un support 30 qui supporte la première bobine 100. Dans cet exemple de réalisation de l'invention, le support 30 est utilisé pour permettre d'orienter le champ magnétique de la première zone 10 en direction de la deuxième zone 20 afin de mettre en oeuvre dans la deuxième zone 20 une communication par couplage magnétique. Le support 30 comporte un bobinage 31 entourant le support 30. Comme visible en figure 3, le bobinage 31 entoure le support 30 ainsi qu'une partie de la première bobine 100. Le bobinage 31 du support 30 de la figure 3 est présent sur une moitié du support 30. Plus précisément, la partie du support 30 qui comporte un bobinage 31 est la moitié du support 30 située du côté de la deuxième zone 20. Le bobinage 31 débute de préférence au niveau d'une partie centrale de la première bobine 100 planaire pour se terminer en direction de la deuxième zone 20. Ce bobinage 31 permet d'orienter le champ magnétique en direction de la deuxième zone 20. Ce dispositif permet d'atteindre une portée du champ magnétique selon l'axe Y d'environ 6 cm et selon l'axe Z, en direction de la deuxième zone 20, d'environ 4 cm. Le dispositif illustré en figure 3 comporte également un dispositif de chargement électrique par induction tel que spécifié par le consortium WPC (Wireless Power Consortium), qui comporte des bobines 33. Dans cet exemple de réalisation, le support 30 comporte de la ferrite. Le support 30 en ferrite est utilisé dans le cadre du dispositif de chargement électrique par induction. Le support 30 en ferrite est donc avantageusement utilisé comme support du bobinage 31 servant à orienter le champ magnétique du côté de la deuxième zone 20 ainsi que dans le cadre du chargement électrique. Comme visible en figure 3, le bobinage 31 est présent sur la moitié du support 30 en ferrite du côté de la deuxième zone 20. Ce troisième exemple illustre un dispositif permettant de charger un appareil 35 mobile au niveau de la première zone 10 et de simultanément communiquer avec un autre appareil mobile au niveau de la deuxième zone 20.

De façon générale, afin d'amplifier le champ magnétique au niveau de la deuxième zone 20, le dispositif comporte du côté de la deuxième zone 20, un circuit résonant passif 32 comportant une bobine, comme illustré en figure 4. La bobine est agencée suivant un axe parallèle au plan de la première bobine 100. Le circuit résonant passif 32 est résonant à 13,56 MHz lorsque le dispositif de communication par couplage magnétique en champ proche est compatible avec la technologie NFC. Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, le circuit résonnant passif 32 comporte trois bobines situées au niveau de la deuxième zone 20, réparties le long de la deuxième zone 20, selon l'axe X.

La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, la présente invention permet d'utiliser simultanément la communication par couplage magnétique en champ proche en deux zones distinctes d'un dispositif. Les plans des bobines des appareils placés à proximité des zones du dispositif objet de l'invention, sont sensiblement perpendiculaires entre eux.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de communication par couplage magnétique comportant un module de communication relié à une première bobine (100) planaire, ladite première bobine (100) étant adaptée à former un champ magnétique dont les lignes de champ sont orthogonales au plan de ladite première bobine (100) dans une première zone (10) dudit plan, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens d'orienter le champ magnétique de telle sorte que les lignes de champ ne sont pas orthogonales au plan de ladite première bobine (100) dans une deuxième zone (20) dudit plan.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de communication est adapté à fournir un signal de communication à une fréquence de communication prédéfinie, le dispositif comporte un circuit résonant passif (32) comportant une bobine au niveau de la deuxième zone (20), ladite bobine étant d'axe parallèle au plan de la première bobine (100).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite première bobine 15 (100) comporte des spires, l'écartement (21) entre lesdites spires du côté de la deuxième zone (20) est plus grand que l'écartement (2122) entre lesdites spires du côté de la première bobine (100) opposé à la deuxième zone (20).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant du côté de ladite deuxième zone (20) une deuxième bobine (200) planaire directement 20 connectée à ladite première bobine (100) planaire.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ladite deuxième bobine (200) planaire comporte des spires, l'écartement (21) entre lesdites spires de ladite deuxième bobine (200) du côté de la deuxième zone (20), est plus grand que l'écartement (2122) entre lesdites spires de ladite première bobine (100) du côté opposé à ladite deuxième 25 zone (20).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, dans lequel l'écartement (21) entre lesdites spires de ladite première bobine (100) du côté de la deuxième zone (20), et/ou de la deuxième bobine (200) du côté de ladite deuxième zone (20), est au moins égal à trois fois l'écartement (2122) entre lesdites spires du côté 30 opposé à ladite deuxième zone (20).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant un support (30) de la première bobine (100), ledit support (30) comporte un bobinage (31) entourant ledit support (30).
8. Dispositif selon la revendication 7, comportant un nombre de spires du côté de la deuxième zone (20) plus grand que le nombre de spires du côté opposé à ladite deuxième zone (20).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, dans lequel ledit 5 bobinage (31) du support (30) est situé en direction de la deuxième zone (20).