FR3032312A1

FR3032312A1 - Dispositif de chargement par induction magnetique

Info

Publication number: FR3032312A1
Application number: FR1550742A
Authority: FR
Inventors: Youri Vassilieff; Mohamed Cheikh
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-05
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US20160226295A1; CN105846488B; KR102534446B1; KR20160094333A; US10700543B2; CN105846488A; FR3032312B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif (50) de chargement par induction magnétique comportant une source (60) d'alimentation électrique reliée à une bobine principale (61). Ledit dispositif (50) comporte des circuits passifs résonants (70, 80, 90, 100) de fréquences de résonance respectives différentes comprises dans une plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées. Chaque circuit passif résonant (70,80,90,100) comporte une bobine secondaire (71, 81, 91, 101). Lesdites bobines secondaires (71, 81, 91, 101) sont agencées dans des zones respectives différentes de ladite bobine principale (61). Ladite source (60) d'alimentation électrique est adaptée à générer différents signaux de chargement de fréquences principales comprises dans ladite plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées.

Description

Le domaine de l'invention est le domaine du chargement par induction magnétique. Notamment, l'invention concerne un dispositif de chargement par induction magnétique comportant des zones de chargement de fréquences résonantes respectivement différentes. L'invention concerne également un procédé de chargement par induction magnétique d'un récepteur. Un schéma électrique d'un exemple de réalisation d'un dispositif 10 de chargement par induction magnétique selon l'art antérieur est représenté en figure 1. Ledit dispositif 10 comporte une source 11 d'alimentation électrique. Ladite source 11 est reliée à trois branches en parallèle. Chaque branche comporte un condensateur 20, 30, 40, une bobine 21, 31, 41 et un interrupteur 22, 32, 42 reliés en série. La figure 2 représente l'agencement géométrique des trois bobines 21, 31, 41 du dispositif 10 de chargement par induction magnétique de la figure 1. Tel qu'illustré par la figure 2, lesdites bobines 21, 31, 41 sont associées géométriquement à trois zones de 15 chargement distinctes. Du fait desdits interrupteurs 22, 32, 42, ledit dispositif 10 permet de relier ladite source 11 à l'une quelconque des branches, permettant ainsi d'alimenter électriquement l'une quelconque des branches, ce qui permet de charger par induction magnétique un récepteur placé en vis-à-vis de l'une quelconque des bobines 21, 31, 41. 20 Ledit dispositif 10 permet également de relier ladite source 11 à deux branches, par exemple pour charger un récepteur placé à cheval sur deux bobines 21, 31, 41 adjacentes dudit dispositif 10. Ledit dispositif 10 permet également de relier ladite source 11 aux trois branches pour alimenter électriquement les trois bobines 21, 31, 41 simultanément. 25 Ledit dispositif 10 selon l'art antérieur comporte des inconvénients. Tout d'abord, ledit dispositif 10 comporte de nombreux composants : trois condensateurs 20, 30, 40, trois bobines 21, 31, 41 et trois interrupteurs 22, 32, 42, qui rendent ledit dispositif 10 coûteux à fabriquer. De plus, lorsque deux ou trois bobines 21, 31, 41 sont alimentées 30 électriquement, un phénomène de couplage entre les bobines 21, 31, 41 peut-être créé au niveau des bobines 21, 31, 41 adjacentes, ce qui perturbe le chargement par induction magnétique d'un récepteur placé en vis-à-vis d'une des bobines 21, 31, 41. 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 une 35 solution qui permette de diminuer le nombre de composants utilisés dans un dispositif de chargement par induction magnétique et de diminuer le phénomène de couplage entre des bobines activées. A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé par la présente invention, un dispositif de chargement par induction magnétique comportant une source 5 d'alimentation électrique reliée à une bobine principale. Ledit dispositif comporte des circuits passifs résonants de fréquences de résonance respectives différentes comprises dans une plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées. Chaque circuit passif résonant comporte une bobine secondaire. Lesdites bobines secondaires sont agencées dans des zones respectives différentes de ladite bobine principale. Ladite 10 source d'alimentation électrique est adaptée à générer différents signaux de chargement de fréquences principales comprise dans ladite plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées. Ledit dispositif de chargement objet de l'invention, permet donc de changer de zone de chargement en modifiant uniquement la fréquence principale du signal de 15 chargement, et ce sans utiliser d'interrupteur. De préférence, la source d'alimentation électrique est adaptée à générer différents signaux de chargement de fréquences principales respectives égales aux fréquences de résonance des différents circuits passifs résonants. Lorsque ladite source d'alimentation électrique génère un signal de 20 chargement SO de fréquence principale f0, seul le circuit passif résonant qui présente une fréquence de résonance sensiblement égale à f0 entre en résonance, les autres circuits passifs résonants ne sont pas excités. De telles dispositions permettent de n'activer qu'une zone de ladite bobine principale à la fois ce qui permet de diminuer les pertes liées au couplage desdites 25 bobines secondaires desdits circuits passifs résonants entre elles lorsqu'au moins deux circuits passifs résonants sont activés. 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. 30 Dans des modes particuliers de réalisation de l'invention, ledit dispositif de chargement comporte au moins deux bobines secondaires agencées dans des zones respectives de ladite bobine principale ne présentant pas de recouvrement entre elles. De telles dispositions permettent d'obtenir des zones distinctes de ladite bobine principale dans lesquelles lesdits circuits passifs résonants présentent des 35 fréquences de résonance respectivement différentes.

Suivant des modes de réalisation préférés, ledit dispositif de chargement comporte au moins deux bobines secondaires agencées dans des zones respectives de ladite bobine principale présentant un recouvrement partiel. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, ledit dispositif de 5 chargement comporte au moins deux bobines secondaires agencées dans un même plan. Ledit même plan est avantageusement parallèle à un plan de ladite bobine principale. Suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit dispositif de chargement comporte au moins deux bobines secondaires agencées dans des plans différents. Lesdits plans différents sont avantageusement parallèles à un plan de ladite 10 bobine principale. Selon un second aspect, il est proposé par la présente invention, un procédé de chargement par induction magnétique d'un récepteur mettant en oeuvre ledit dispositif de chargement. Ledit procédé comporte les étapes suivantes : - générer successivement des signaux de chargement de fréquences 15 principales différentes comprises dans ladite plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées, - estimer, pour chaque signal de chargement, une grandeur représentative d'une efficacité de chargement dudit récepteur, - sélectionner ledit signal de chargement dudit récepteur comme étant le 20 signal de chargement permettant de maximiser ladite efficacité de chargement dudit récepteur, - charger ledit récepteur par génération du signal de chargement sélectionné. De telles dispositions permettent de localiser le récepteur en modifiant la 25 fréquence principale du signal de chargement. 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 5 qui représentent : - Figure 1 : une représentation d'un exemple de schéma électrique d'un 30 dispositif de chargement par induction magnétique selon l'art antérieur. - Figure 2 : un exemple de géométrie de bobines du dispositif de chargement par induction magnétique de la figure 1 de l'art antérieur. - Figure 3 : une représentation d'un exemple de schéma électrique d'un dispositif de chargement par induction magnétique selon l'invention. 35 - Figure 4 : une représentation schématique d'un exemple de géométrie de bobines d'un dispositif de chargement par induction magnétique selon l'invention. - Figure 5 : une représentation schématique d'un autre exemple distinct de celui de la figure 4 de géométrie de bobines d'un dispositif de chargement par induction magnétique selon l'invention. Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre 5 désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire. Un exemple de schéma électrique d'un dispositif 50 de chargement par induction magnétique selon l'invention est représenté en figure 3. Le dispositif 50 de chargement par induction magnétique peut être par exemple un dispositif tel que défini 10 par le consortium WPC (« Wireless Power Consortium » en anglais) ou par l'alliance PMA (« Power Matters Alliance » en anglais). Le dispositif 50 de la figure 3 comporte une source 60 d'alimentation électrique qui est reliée à une bobine principale 61, ainsi que quatre circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100. 15 La source 60 d'alimentation électrique est apte à générer successivement des signaux de chargement à des fréquences principales respectives différentes comprises dans une plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées. Dans le cas par exemple d'un dispositif 50 tel que défini par le consortium WPC, ladite plage correspond aux fréquences comprises entre 100 kHz et 200 kHz. Dans le cas par exemple d'un 20 dispositif 50 tel que défini par l'alliance PMA, ladite plage correspond aux fréquences comprises entre 200 kHz et 300 kHz. Dans la suite de la description, l'exemple considéré de manière nullement limitative est celui d'un dispositif 50 WPC, et ladite source 60 génère donc des signaux de chargement à des fréquences principales comprises dans entre 100 kHz et 200 kHz. Par exemple, ladite source 60 est adaptée à générer 25 successivement un signal de chargement SO de fréquence principale f0 sensiblement égale à 110 kHz, un signal de chargement Si de fréquence principale f1 d'environ 130 kHz, un signal de chargement S2 de fréquence principale f2 d'environ 150 kHz, un signal de chargement S3 de fréquence principale f3 d'environ 170 kHz, etc. 30 Chaque circuit passif résonant 70, 80, 90, 100 comporte par exemple une bobine secondaire 71, 81, 91, 101 ainsi qu'un condensateur 72, 82, 92, 102. Les circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 ne sont pas alimentés électriquement par la source 60 d'alimentation électrique. Chaque circuit passif résonant 70, 80, 90, 100 résonne à une fréquence de résonance différente comprise dans la plage de valeurs fréquentielles 35 principales prédéterminées, c'est-à-dire entre 100 kHz et 200 kHz dans l'exemple considéré. Il est à noter que la fréquence de résonance de chaque circuit passif résonant est déterminée par la bobine secondaire et par le condensateur dudit circuit passif résonant, mais également par la bobine principale 61, du fait d'un couplage entre la bobine principale 61, alimentée par la source 60 d'alimentation électrique, et ledit circuit passif résonant associé. Les fréquences de résonance des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 sont distinctes les unes des autres. Par exemple, les circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 présentent des fréquences de résonance égales respectivement aux fréquences f0, f1, f2 et f3. Le dispositif 50 comporte dans l'exemple non limitatif de l'invention de la figure 3, quatre circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100. D'une manière générale, le dispositif 50 objet de l'invention doit comporter au moins deux tels circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 comportant des bobines secondaires 71, 81, 91, 101 disposées dans des zones différentes de la bobine principale 61, c'est-à-dire disposées au moins partiellement en vis-à-vis de la bobine principale 61. On entend par « disposées au moins partiellement en vis-à-vis de la bobine principale », que lesdites bobines secondaires 71, 81, 91, 101 sont disposées au moins partiellement à l'intérieur de ladite bobine principale 61 ou à l'intérieur d'un prolongement de ladite bobine principale 61 selon l'axe de ladite bobine principale 61. Dans l'exemple préféré de réalisation de l'invention de la figure 4, les quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 se partagent quatre zones distinctes de la bobine principale 61. Les quatre zones sont dans cet exemple préféré, de même dimensions, mais dans d'autres exemples de réalisation de l'invention, les zones des bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 peuvent être de dimensions différentes les unes des autres. Dans un exemple préféré de réalisation, les dimensions des bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 sont sensiblement équivalentes aux dimensions d'une bobine d'un récepteur à charger, ce qui permet d'augmenter l'efficacité de chargement. En effet, le couplage entre une des bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 et entre la bobine du récepteur est plus élevé lorsque les bobines secondaires et la bobine du récepteur sont de même dimensions.

Dans l'exemple préféré de réalisation de l'invention de la figure 3, les quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 sont situées dans un même plan, parallèle à un plan de la bobine principale 61 (par exemple sur des faces opposées d'un circuit imprimé), et entièrement en vis-à-vis de ladite bobine principale 61.

Dans d'autres exemples de réalisation non représentés, les quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 sont situées en vis-à-vis de la bobine principale 61, mais les bobines secondaires 71, 81, 91, 101 sont situées dans différents plans parallèles les uns aux autres et parallèles au plan de la bobine principale 61. Lorsque les bobines secondaires 71, 81, 91, 101 sont situées dans différents plans parallèles les uns aux autres et parallèles au plan de la bobine principale 61, 5 certaines zones des bobines secondaires 71, 81, 91, 101 peuvent présenter un recouvrement partiel. Dans un exemple de réalisation de l'invention, illustré en figure 5, le dispositif 50 comporte en plus des quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101 des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100, une cinquième bobine secondaire 111 d'un autre circuit 10 passif résonant. Dans l'exemple de la figure 5, les quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101 sont situées dans un même plan et en vis-à-vis de la bobine principale 61. Dans cet exemple, les quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101 sont de mêmes dimensions et chaque bobine secondaire 71, 81, 91, 101 représente 1/4 du vis-à-vis de la bobine principale 61. De manière avantageuse, la cinquième bobine 15 secondaire 111 est située dans un plan parallèle au plan de la bobine principale 61 et dans un plan distinct de celui des quatre bobines secondaires 71, 81, 91, 101. Préférentiellement, la cinquième bobine secondaire 111 est située dans une zone présentant un recouvrement partiel avec au moins l'une des zones des autres bobines secondaires 71, 81, 91, 101. Dans l'exemple illustré par la figure 5, la cinquième bobine 20 secondaire 111 est située dans une zone présentant un recouvrement partiel avec chacune des zones des autres bobines secondaires 71, 81, 91. L'invention concerne également un procédé de chargement par induction magnétique d'un récepteur qui met en oeuvre le dispositif 50 de chargement par induction magnétique précédemment décrit.

25 Dans la description suivante de mise en oeuvre du procédé de chargement par induction magnétique d'un récepteur, la source 60 d'alimentation électrique génère des signaux de chargement à des fréquences principales respectives différentes comprises dans une plage s'étendant de 100 kHz à 200 kHz car dans cet exemple non limitatif de l'invention, le dispositif 50 est un dispositif de chargement WPC. Pour illustrer 30 cet exemple non limitatif de l'invention, les circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 sont considérés comme présentant des fréquences de résonance f0, f1, f2, f3 égales respectivement à 110 kHz, 130 kHz, 150 kHz et 170 kHz. Le procédé objet de l'invention comporte une première étape de génération successivement par la source 60 d'alimentation électrique des signaux de chargement à 35 des fréquences principales différentes comprises entre 100 kHz et 200 kHz. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la source 60 génère tout d'abord un signal de chargement SO de fréquence principale f0 égale à 110 kHz. Alors seul le circuit passif résonant 70 entre en résonance car sa fréquence de résonance est de 110 kHz. Donc seule la zone de chargement du circuit passif résonant 70 est activée, les zones de chargement des trois autres circuits passifs résonants 80, 90, 100, qui ne sont pas excités, ne sont pas activées. Ensuite, la source 60 génère un signal de 5 chargement Si de fréquence principale f1 égale à 130 kHz. Alors seule la zone de chargement du circuit passif résonant 80 est activée, puisque seul le circuit passif résonant 80 entre en résonance car sa fréquence de résonance est de 130 kHz. La source 60 génère ensuite un signal de chargement S2 de fréquence principale f2 égale à 150 kHz, puis un signal de chargement S3 de fréquence principale f3 égale à 170 kHz, 10 etc. Une deuxième étape du procédé objet de l'invention consiste en l'estimation, pour chaque signal de chargement généré, d'une grandeur représentative d'une efficacité de chargement du récepteur. L'estimation d'une grandeur représentative d'une efficacité de chargement du récepteur est établie en faisant le rapport entre la puissance reçue par 15 ledit récepteur et la puissance émise par la source 60, et peut mettre en oeuvre des procédés considérés comme connus de l'homme du métier. Par exemple, la spécification WPC Qi, définie par le consortium WPC, demande une efficacité de chargement égale ou supérieure à 60 (3/0, et prévoit à cet effet des moyens pour vérifier cette efficacité de chargement au cours du temps.

20 Une troisième étape du procédé objet de l'invention consiste à sélectionner le signal de chargement qui permet de maximiser l'efficacité de chargement du récepteur. En d'autres termes, cette troisième étape revient à déterminer, parmi tous les signaux de chargement générés, celui qui a permis d'obtenir la plus grande valeur estimée pour l'efficacité de chargement du récepteur. On comprend en effet que l'efficacité de 25 chargement du récepteur sera en principe maximale lorsque la bobine dudit récepteur sera à l'intérieur de la zone de chargement activée, qui dépend de la fréquence principale du signal de chargement généré. Par conséquent, en sélectionnant le signal de chargement qui permet de maximiser l'efficacité de chargement, on détermine la zone de chargement dans laquelle se trouve la bobine du récepteur.

30 Le procédé comporte ensuite une quatrième étape qui consiste à charger ledit récepteur par génération du signal de chargement sélectionné. Il est à noter que, dans l'exemple de mise en oeuvre ci-dessus, seuls des signaux de chargement de fréquences principales égales aux fréquences de résonance des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100 ont été générés. De manière plus générale, 35 la source 60 d'alimentation électrique balaie la plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées. En effet, dans certains cas, l'efficacité de chargement maximale peut être obtenue pour une fréquence principale qui n'est pas forcément une fréquence de résonance d'un des circuits passifs résonants 70, 80, 90, 100. Cela pourra être le cas, notamment, lorsque la bobine du récepteur sera à cheval sur des zones de chargement adjacentes dudit dispositif 50 de chargement. 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, le dispositif objet de l'invention ne comporte plus d'interrupteurs, et permet notamment de diminuer le couplage entre des bobines secondaires voisines activées car notamment dans le procédé objet de l'invention, une seule bobine secondaire est activée à la fois.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (50) de chargement par induction magnétique comportant une source (60) d'alimentation électrique reliée à une bobine principale (61), caractérisé en ce que : - ledit dispositif (50) comporte des circuits passifs résonants (70, 80, 90, 100) de fréquences de résonance (f0, f1, f2, f3) respectives différentes comprises dans une plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées, chaque circuit passif résonant (70, 80, 90, 100) comportant une bobine secondaire (71, 81, 91, 101), - lesdites bobines secondaires (71, 81, 91, 101) étant agencées dans des zones respectives différentes de la bobine principale (61), - ladite source (60) d'alimentation électrique est adaptée à générer différents signaux de chargement de fréquences principales comprise dans ladite plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées.
2. Dispositif (50) de chargement selon la revendication 1 comportant au moins deux bobines secondaires (71, 81, 91, 101) agencées dans des zones respectives de ladite bobine principale (61) ne présentant pas de recouvrement entre elles.
3. Dispositif (50) de chargement selon la revendication 1 ou 2, comportant au moins deux bobines secondaires (71, 81, 91, 101) agencées dans des zones respectives de ladite bobine principale (61) présentant un recouvrement partiel.
4. Dispositif (50) de chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant au moins deux bobines secondaires (71, 81, 91, 101) agencées dans un même plan.
5. Dispositif (50) de chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant au moins deux bobines secondaires (71, 81, 91, 101) agencées dans des 25 plans différents.
6. Procédé de chargement par induction magnétique d'un récepteur mettant en oeuvre ledit dispositif (50) de chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : - générer successivement des signaux de chargement de fréquences principales 30 différentes comprises dans ladite plage de valeurs fréquentielles principales prédéterminées, - estimer, pour chaque signal de chargement, une grandeur représentative d'une efficacité de chargement dudit récepteur,- sélectionner ledit signal de chargement à générer pour le chargement dudit récepteur comme étant le signal de chargement permettant de maximiser l'efficacité de chargement dudit récepteur, - charger ledit récepteur par génération du signal de chargement sélectionné.