FR3060234A1 - Procede de charge d'un terminal mobile par un dispositif mobile destine a etre embarque sur un vehicule automobile et dispositif de charge associe - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de charge d'un terminal mobile par un dispositif de charge (D) destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dispositif de charge (D) comprenant au moins une antenne primaire inductive (B1) « WPC » ayant une fréquence de charge et une deuxième antenne primaire résonante (B2) « A4WP » ayant une fréquence de résonance (FR), au moins 1000 fois supérieure à la fréquence de charge, un corps ferromagnétique (C) située en dessous et solidaire de l'antenne primaire inductive, l'invention proposant que le procédé consiste à : • à équiper préalablement le corps ferromagnétique et l'antenne primaire inductive de moyens de déplacement (100) aptes à déplacer le corps ferromagnétique et ladite antenne primaire inductive par rapport à l'antenne primaire résonante, • à déplacer (étapes E1 et E1a) le corps ferromagnétique associé à l'antenne primaire inductive par rapport à l'antenne primaire résonante, en fonction de la fréquence de résonance (FR) de ladite l'antenne primaire résonante lorsque le terminal mobile est chargé par l'antenne primaire résonante et, • à déplacer (étapes E2 et E2a) le corps ferromagnétique associé à l'antenne primaire inductive en fonction de l'efficacité de charge (Q) de l'antenne primaire inductive lorsque le terminal mobile est chargé par l'antenne primaire inductive.
Description
Titulaire(s) : CONTINENTAL AUTOMOTIVE FRANCE Société par actions simplifiée, CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CONTINENTAL AUTOMOTIVE FRANCE Société par actions simplifiée.
PROCEDE DE CHARGE D'UN TERMINAL MOBILE PAR UN DISPOSITIF MOBILE DESTINE A ETRE EMBARQUE SUR UN VEHICULE AUTOMOBILE ET DISPOSITIF DE CHARGE ASSOCIE.
FR 3 060 234 - A1
La présente invention a pour objet un procédé de charge d'un terminal mobile par un dispositif de charge (D) destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dispositif de charge (D) comprenant au moins une antenne primaire inductive (B1 ) « WPC » ayant une fréquence de charge et une deuxième antenne primaire résonante (B2) « A4WP » ayant une fréquence de résonance (FR), au moins 1000 fois supérieure à la fréquence de charge, un corps ferromagnétique (C) située en dessous et solidaire de l'antenne primaire inductive, l'invention proposant que le procédé consiste à:
à équiper préalablement le corps ferromagnétique et l'antenne primaire inductive de moyens de déplacement (100) aptes à déplacer le corps ferromagnétique et ladite antenne primaire inductive par rapport à l'antenne primaire résonante, à déplacer (étapes E1 et E1 a) le corps ferromagnétique associé à l'antenne primaire inductive par rapport à l'antenne primaire résonante, en fonction de la fréquence de résonance (Fr) de ladite l'antenne primaire résonante lorsque le terminal mobile est chargé par l'antenne primaire résonante et, à déplacer (étapes E2 et E2a) le corps ferromagnétique associé à l'antenne primaire inductive en fonction de l'efficacité de charge (Q) de l'antenne primaire inductive lorsque le terminal mobile est chargé par l'antenne primaire inductive.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de charge d’un terminal mobile par couplage magnétique. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans les dispositifs de charge embarqués dans les véhicules automobiles.
Les dispositifs de charge par couplage magnétique, permettant de charger sans fil des terminaux mobiles (téléphones portables, ordinateurs portables, tablettes tactiles, appareil photo numérique, etc.), connaissent actuellement un essor important.
De manière conventionnelle, un dispositif de charge par couplage magnétique comporte une bobine conductrice, dite « antenne primaire » qui est reliée à un module de charge. En cours de charge d’un terminal mobile, le module de charge forme un signal de charge qui permet de faire circuler dans l’antenne primaire un courant électrique dont l’intensité varie avec le temps. L’antenne primaire ainsi alimentée forme un champ magnétique variable.
Le terminal mobile comporte un module de réception comportant une bobine conductrice, dite « antenne secondaire ». Lorsque ladite antenne secondaire est placée dans le champ magnétique variable formé par l’antenne primaire, un courant électrique est induit dans ladite antenne secondaire. Ce courant électrique permet de charger un accumulateur électrique relié à l’antenne secondaire alimentant ainsi en courant le terminal mobile.
On connaît plusieurs types de dispositifs de charge par couplage magnétique fonctionnant selon le principe général décrit ci-avant, notamment ceux définis par :
• le consortium WPC (acronyme de l’expression anglaise « Wireless Power Consortium »), qui définit des dispositifs de charge dits « par induction magnétique », qui utilisent une fréquence de charge comprise en principe entre 100 et 200 kilohertz (kHz), • le consortium A4WP (acronyme de l’expression anglaise « Alliance for Wireless Power »), qui définit des dispositifs de charge dits « par résonance magnétique », qui utilisent une fréquence de charge comprise en principe entre 6 et 7 mégahertz (MHz).
Afin d’assurer une interopérabilité avec tous les terminaux mobiles, il existe de nos jours un besoin pour des dispositifs de charge par couplage magnétique bi-modes, c’est-à-dire compatibles à la fois avec les besoins définis par le consortium WPC et avec les besoins définis par le consortium A4WP.
Toutefois, les antennes primaires compatibles avec besoins des consortiums WPC et A4WP (dans un but de simplification, nous les appellerons dans la suite antenne primaire inductive WPC et antenne primaire résonante A4WP) ont des caractéristiques très différentes. Notamment, les antennes primaires WPC sont généralement associées à un corps ferromagnétique qui peut perturber le fonctionnement des antennes primaires A4WP, de sorte que les antennes primaires WPC etA4WP peuvent difficilement être co-localisées. Les surfaces de charge WPC et A4WP doivent alors être distantes, et il existe par conséquent une contrainte de positionnement du terminal mobile suivant s’il est équipé d’un module de réception WPC ou A4WP.
De plus, le chargement par résonance magnétique, nécessite une grande précision sur l’adaptation de l’impédance de l’antenne primaire résonante A4WP. En effet, la présence d’un terminal mobile à proximité de l’antenne primaire résonante A4WP modifie les paramètres électriques de ladite antenne et fait varier sa fréquence de résonance. Cette modification d’impédance diminue l’efficacité de chargement, il est alors nécessaire d’adapter l’impédance, afin que la fréquence de résonance de l’antenne primaire résonante A4WP soit égale à une fréquence de résonance optimale pour une efficacité de charge maximale.
Une solution de l’art antérieur consiste à utiliser un réseau constitué de plusieurs condensateurs et interrupteurs montés en parallèle, et relié à l’antenne primaire résonante A4WP, et de sélectionner un ou plusieurs condensateurs à l’aide des interrupteurs correspondants pour obtenir l’impédance souhaitée de ladite antenne.
Cette solution est coûteuse et nécessite une stratégie de commutation des interrupteurs complexe.
La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des limitations des solutions de l’art antérieur, notamment celles exposées ci-avant, en proposant une solution qui permette d’avoir des dispositifs de charge par couplage magnétique bi-modes présentant une surface de charge unique pour les modules de charge WPC etA4WP et permettant également d’adapter l’impédance de l’antenne primaire résonante A4WP de manière précise, simple et peu coûteuse.
L’invention propose un procédé de charge d’un terminal mobile par un dispositif de charge destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dit dispositif de charge comprenant au moins une première antenne de chargement dite par induction, ou antenne primaire inductive « WPC » ayant une fréquence de charge et une deuxième antenne de chargement dite par résonance, ou antenne primaire résonante « A4WP » ayant une fréquence de résonance, au moins 1000 fois supérieure à la fréquence de charge, un corps ferromagnétique située en dessous et solidaire de l’antenne primaire inductive, le procédé de charge étant remarquable en ce qu’il consiste :
• à équiper préalablement le corps ferromagnétique et l’antenne primaire inductive de moyens de déplacement aptes à déplacer le corps ferromagnétique et ladite antenne primaire inductive par rapport à l’antenne primaire résonante, • à détecter le terminal mobile sur la surface de charge, • à déterminer un type de charge, entre le dispositif de charge et le terminal mobile afin de déclencher la charge par l’antenne primaire inductive ou l’antenne primaire résonante • à déplacer le corps ferromagnétique solidaire de l’antenne primaire inductive par rapport à l’antenne primaire résonante, en fonction de la fréquence de résonance de ladite l’antenne primaire résonante lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire résonante et, • à déplacer le corps ferromagnétique solidaire de l’antenne primaire inductive en fonction de l’efficacité de charge de l’antenne primaire inductive lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire inductive.
Plus particulièrement :
• l’étape de détection et l’étape de détermination sont réalisées par l’intermédiaire l’antenne primaire résonante, et • l’étape de détermination comprend l’envoi d’un message de demande d’identifiant par l’antenne primaire résonante vers le terminal mobile,
- si un identifiant compatible est reçu en retour par l’antenne primaire résonante en provenance du terminal mobile, le terminal mobile est chargé par l’intermédiaire de l’antenne primaire résonante,
- sinon le terminal mobile est chargé par l’intermédiaire l’antenne primaire inductive.
Dans un mode de réalisation préférentiel:
• lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire résonante, le déplacement du corps ferromagnétique solidaire de l’antenne primaire inductive ne s’arrête que lorsque la fréquence de résonance est comprise dans une fenêtre de valeurs prédéterminées et • lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire inductive, le déplacement du corps ferromagnétique solidaire de l’antenne primaire inductive ne s’arrête que lorsque l’efficacité de charge de l’antenne primaire inductive est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le déplacement de l’antenne primaire inductive et de la ferrite est réalisé dans un plan parallèle à la surface de charge.
L’invention concerne également un dispositif de charge d’un terminal mobile, destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dit dispositif de charge comprenant au moins une première antenne de chargement dite par induction, ou antenne primaire inductive « WPC » ayant une fréquence charge et une deuxième antenne de chargement dite par résonance, ou antenne primaire résonante « A4WP » ayant une fréquence de résonance, au moins 1000 fois supérieure à la fréquence de charge, un corps ferromagnétique situé en dessous et solidaire de l’antenne primaire inductive, le dispositif de charge (D) étant remarquable en ce qu’il comprend :
• Des moyens de déplacement du corps ferromagnétique solidaire de l’antenne primaire inductive, aptes à déplacer le corps ferromagnétique et l’antenne primaire inductive, • Des moyens de détection de la présence du terminal mobile sur la surface de charge, • Des moyens de détermination du type de charge.
• Des premiers moyens de mesure de la fréquence de résonance de l’antenne primaire résonante, • Des deuxièmes moyens de mesure de l’efficacité de charge de l’antenne primaire inductive, • Des premiers moyens de contrôle des moyens de déplacement en fonction de la fréquence de résonance, • Des deuxièmes moyens de contrôle des moyens de déplacement en fonction de l’efficacité de charge, • Des premiers moyens de comparaison entre la fréquence de résonance de l’antenne primaire résonante et une valeur minimum et une valeur maximum d’une fenêtre de valeurs prédéterminées, • Des deuxièmes moyens de comparaison entre l’efficacité de charge de l’antenne primaire inductive et un seuil prédéterminé.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la surface de charge comprenant un axe longitudinal et un axe transversal se coupant en un centre, l’antenne primaire résonante est située aux extrémités de la surface de charge et le corps ferromagnétique et l’antenne primaire inductive sont aptes à se déplacer selon l’axe longitudinal d’une position initiale dans laquelle l’antenne primaire inductive ou la ferrite a un centre coïncidant avec le centre de la surface de charge, vers une position finale dans laquelle l’antenne primaire inductive ou la ferrite se situe à proximité de l’antenne primaire résonante aux extrémités de la surface de charge.
Préférentiellement, l’antenne primaire résonante entoure tout ou en partie l’antenne primaire inductive.
Judicieusement, le déplacement de l’antenne primaire inductive et de la ferrite est réalisé dans un plan parallèle à la surface de charge et les moyens de déplacement comprennent :
• Un moteur électrique, relié à • Un système d’entrainement comprenant au moins deux poulies, autour desquelles est entraîné en déplacement un tapis solidaire du corps ferromagnétique.
L’invention s’applique également à tout véhicule automobile, comprenant un dispositif de charge selon l’une quelconque des caractéristiques énumérées ci-dessus.
D’autres objets, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre à titre d’exemple non limitatif et à l’examen des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement une vue de dessus en coupe d’un dispositif de charge D selon l’invention,
- la figure 2, représente schématiquement une vue de côté en coupe d’un dispositif de charge D selon l’invention,
- la figure 3, représente graphiquement la variation d’inductance de l’antenne primaire résonante A4WP de centre O par rapport à la position de l’antenne primaire inductive WPC de centre O’,
- la figure 4 est un graphique, illustrant la baisse de la fréquence de résonance de l’antenne primaire résonante A4WP, lorsque l’antenne primaire inductive WPC se rapproche du centre de l’antenne primaire résonante A4WP,
- la figure 5 est un graphique, illustrant l’augmentation de la fréquence de résonance de l’antenne primaire A4WP, lorsque l’antenne primaire inductive WPC se rapproche des extrémités Ext1, Ext2 du dispositif de charge D, c'est-à-dire, lorsque la dite antenne primaire inductive WPC se rapproche de l’antenne primaire résonante A4WP,
- la figure 6 est un logigramme représentant le procédé de charge selon l’invention,
- la figure 7 représente schématiquement une vue de côté en coupe et détaillée d’un mode de réalisation préférentiel du dispositif de charge D selon l’invention.
Le dispositif de charge D de l’invention est illustré aux figures 1,2 et 7. Ledit dispositif D est destiné à être embarqué dans un véhicule automobile afin de charger par couplage magnétique la batterie d’un terminal mobile (non représenté sur les figures).
Le dispositif de charge D est bi-mode, plus précisément il permet de charger des terminaux mobiles compatibles « WPC » et des terminaux mobiles compatibles « A4WP », c'est-à-dire pouvant être chargés soit par induction magnétique à une fréquence de charge entre 100 et 200 kHz, soit par résonance magnétique à une fréquence de résonance, supérieure à mille fois la fréquence de charge, par exemple comprise environ entre 6 et 7 MHz.
Dans ce but, le dispositif de charge D comprend, sous une surface de charge 10 destinée à recevoir le terminal mobile :
- une antenne primaire inductive B1, sous la forme d’une antenne circulaire plane, comprenant plusieurs enroulements de fil de cuivre, reliée électriquement à un système de gestion de charge par induction (non représenté), généralement compris dans un microcontrôleur 200 situé dans ledit dispositif D, et sous laquelle est située un corps ferromagnétique C, solidaire de ladite antenne B1,
- une antenne primaire résonante B2, sous la forme d’enroulements de fils de cuivre, situés à la périphérie de la surface de charge 10 reliée à un système de charge par résonance (non représenté), généralement compris dans un microcontrôleur 200 situé dans le dispositif D.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l’invention, le dispositif de charge D, comme illustré à la figure 1 est de forme rectangulaire, avec un centre 0, par lequel se coupent deux axes, un axe longitudinal XX’ et un axe transversal YY’. L’antenne primaire résonante B2 située à la périphérie du dispositif de charge D qui est également de forme rectangulaire, est symétrique par rapport aux deux axes XX’, YY’, et est centrée par rapport au centre O du dispositif de charge D. Dans ce mode de réalisation préférentiel au moins un enroulement ou au moins une boucle de l’antenne primaire résonante B2 entoure tout ou en partie l’antenne primaire inductive B1.
Cet exemple de réalisation n’est aucunement limitatif, toute forme et/ou disposition de l’antenne primaire résonante B2 dans le dispositif de charge D peut être envisagée(s). Cependant, pour assurer une efficacité de charge par résonance, il est préférable que l’antenne soit disposée de telle manière qu’elle assure une charge efficace quelle que soit la position du terminal mobile sur la surface de charge 10. Une disposition à la périphérie du de la surface de charge 10 de l’antenne primaire résonante B2 permet ainsi de charger le terminal mobile quelque soit sa position sur la surface de charge 10.
II est également nécessaire pour la mise en œuvre de l’invention qu’au moins une boucle ou un enroulement de l’antenne primaire résonante B2 soit avoisinante de l’antenne primaire inductive B1, plus précisément de la ferrite C, de telle sorte que l’impédance de l’antenne primaire résonante B2 varie lorsque l’antenne primaire inductive B1 se déplace par rapport à l’antenne primaire résonante B2 (ceci est expliqué plus bas). Cependant, étant donné que les surfaces de charge de chargeurs inductifs embarqués dans des véhicules automobiles sont de dimensions restreintes, il s’avère généralement que les deux antennes, l’antenne primaire résonante B2 et l’antenne primaire inductive B1 sont situées à proximité.
II est en outre nécessaire pour que la mise en œuvre de l’invention que les deux antennes, primaire résonante B2, et primaire inductives B1 ne couvrent pas chacune une surface identique à la surface de charge 10.
L’invention propose que l’ensemble constitué du corps ferromagnétique C et de l’antenne primaire inductive B1 soit mobile par rapport à l’antenne primaire résonante B2, qui elle, est immobile et fixe dans le dispositif D.
Pour cela, selon l’invention, le dispositif D comprend en outre des moyens de déplacement 100 aptes à déplacer le corps ferromagnétique C et l’antenne primaire inductive B1 par rapport à l’antenne primaire résonante B2.
Dans le mode de réalisation préférentiel, le déplacement de la antenne primaire inductive B1 et du corps ferromagnétique C est réalisé dans un plan P (cf. figure 2) parallèle à la surface de charge 10. Cependant le déplacement pourrait être également réalisé dans un plan perpendiculaire à la surface de charge 10.
Ces moyens de déplacement 100 peuvent être constitués, par exemple et comme illustré à la figure 7, d’un moteur électrique M, relié à un système d’entrainement comprenant au moins deux poulies P1, P2, à l’aide desquelles est entraîné en déplacement un tapis 30, situé en dessous et solidaire de la ferrite C, lui-même solidaire de la antenne primaire inductive B1.
Le moteur électrique M, fait tourner un arbre de sortie 40 relié mécaniquement au moins une des deux poulies P1, P2, qui entraîne à son tour le tapis 30 en déplacement et la seconde poulie P2, P1. Le corps ferromagnétique C étant fixé et solidaire du tapis 30, ledit corps ferromagnétique C est alors également entraîné en déplacement par le tapis 30. Dans cet exemple, le tapis 30 forme une boucle autour des deux poulies P1, P2, avec une partie formant une surface parallèle à la surface de charge 30 et située en dessous du corps ferromagnétique C.
Bien sûr, cet exemple n’est aucunement limitatif, et l’invention s’applique également à tous moyens de déplacement connu de l’homme du métier, aptes à déplacer le corps ferromagnétique C solidaire de la antenne primaire inductive B1 par rapport à la antenne primaire résonante B2 set dans le plan P parallèle à la surface de charge 10, par exemple des systèmes d’engrenages, entraîné en rotation par le moteur électrique M.
Les deux poulies P1, P2, sont avantageusement situées, à chacune des deux extrémités Ext1, Ext2 du dispositif D selon un axe longitudinal XX’ (cf. figure 1), c'est-àdire selon l’exemple illustré à la figure 1, aux extrémités de la surface de charge 10. Les poulies P1, P2 et le tapis 30 reliant les deux poulies, permettent ainsi le déplacement du corps ferromagnétique C et de la antenne primaire inductive B1 d’une première extrémité Ext1 à une deuxième extrémité Ext2, en passant par le centre O de la surface de charge 10, selon l’axe longitudinal XX’.
La antenne primaire résonante B2 se situant à la périphérie de la surface de charge 10, c'est-à-dire aux extrémités Ext1, et Ext2 (et aussi Ext3, Ext4), lorsque le corps ferromagnétique C et la antenne primaire résonante B1 se déplacent vers l’une ou l’autre des extrémités Ext1, Ext2, ledit corps ferromagnétique C et ladite antenne B1 se rapprochent de la antenne primaire résonante B2 modifiant ainsi l’impédance de la antenne primaire résonante B2.
Ceci est illustré à la figure 3, O étant le centre du dispositif de charge D, et donc de l’antenne primaire résonante B2, et en considérant O’ le centre de l’antenne primaire inductive B1, lorsque le centre O’ se rapproche du centre O, l’inductance L de l’antenne primaire résonante B2 augmente. Lorsque les centres O et O’ sont distants de 30 mm, l’inductance L est égal à 2,8μΗ, lorsque les deux centres O, O’ coïncident (distance nulle entre les deux), l’impédance est égale à 3,5 μΗ.
II a été considéré comme référence dans la figure 3, le centre O’ de la antenne primaire inductive B1, cependant un centre O” de la ferrite (non représenté) aurait pu être considéré comme référence, dans le cas ou la antenne primaire inductive B1 et le corps ferromagnétique C ne sont pas centrés.
Cette variation d’impédance fait varier la fréquence de résonance FR de l’antenne primaire résonante B2.
Ceci est illustré aux figures 4 et 5.
A la figure 4, lorsque le centre O’ de la antenne primaire inductive B1 se rapproche du centre O (ou le centre O” du corps ferromagnétique C) de l’antenne primaire résonante B2, la fréquence Fr de résonance de l’antenne primaire résonante B2 diminue, et se déplace vers de plus petites valeurs, ce qui est illustré à la figure 4 par une flèche.
A la figure 5, lorsque le centre O’ de la antenne primaire inductive B1 (ou le centre O” du corps ferromagnétique C) se rapproche de l’antenne primaire résonante B2, c'està-dire des extrémités Ext1, Ext2, la fréquence de résonance FR de l’antenne primaire résonante B2 augmente et se déplace vers de plus grandes valeurs, ce qui est illustré par une flèche à la figure 5.
Comme décrit dans l’art antérieur, lorsqu’un terminal mobile est posé sur la surface de charge 10, sa présence modifie l’impédance L de l’antenne primaire résonante B2 et par conséquent sa fréquence de résonance FR qui s’éloigne de la fréquence de résonance optimale Fopt, ce phénomène s’appelle la « désadaptation ». Dans l’art antérieur, il était connu à l’aide de capacités et d’interrupteurs d’adapter la fréquence de résonance Fr de l’antenne primaire résonante B2 à chaque fois qu’un terminal mobile était détecté sur la surface de charge 10 afin qu’elle soit sensiblement égale à la fréquence de résonance optimale Fopt.
L’invention propose ici d’utiliser le déplacement du corps ferromagnétique C et de l’antenne primaire inductive B1 pour adapter la fréquence de résonance Fr de l’antenne primaire résonante B2 à chaque fois qu’un terminal mobile est détecté sur la surface de charge 10 et qu’une charge par résonance est nécessaire, afin que la fréquence de résonance FR soit sensiblement égale à la fréquence de résonance optimale Fopt.
L’invention propose également et de manière ingénieuse d’utiliser également le déplacement du corps ferromagnétique C et de l’antenne primaire inductive B1 afin de centrer l’antenne primaire inductive B1 avec le terminal mobile et ainsi optimiser l’efficacité de charge, lorsqu’une charge par induction est nécessaire.
En effet, le dispositif de charge D ne comprenant qu’une seule et unique antenne primaire inductive B1 pour charger par induction le terminal mobile, lorsque le terminal mobile n’est pas centré par rapport à ladite antenne, l’efficacité de charge diminue.
Ingénieusement, l’antenne primaire inductive B1 et le corps ferromagnétique C étant mobiles, leur déplacement permet également de centrer l’antenne primaire inductive B1 par rapport au terminal mobile afin d’obtenir une efficacité de charge Q maximale.
Ainsi en rendant mobile l’antenne primaire inductive B1 et le corps ferromagnétique C qui lui est associé, l’invention permet judicieusement de déplacer l’ensemble constitué de ces deux éléments afin de :
-modifier l’impédance L de l’antenne primaire résonante B2, et de régler ainsi la fréquence de résonance FR de ladite antenne sensiblement égale à la fréquence de résonance optimale Fopt, lorsqu’un terminal mobile est posé sur la surface de charge 10 et qu’une charge par résonance est souhaitée,
-centrer l’antenne primaire inductive B1 par rapport au terminal mobile (plus précisément par rapport à une antenne réceptrice située dans le terminal mobile) afin d’optimiser l’efficacité de charge Q de l’antenne primaire inductive B1, lorsqu’un terminal mobile est détecté sur la surface de charge 10 et qu’une charge par induction est souhaitée.
Dans ce but, le dispositif de charge D, comprend également (et. figure 7) :
• Des premiers moyens de mesure M1a de la fréquence de résonance Fr de l’antenne primaire résonante B2, • Des deuxièmes moyens de mesure M2a de l’efficacité de charge de l’antenne primaire inductive B1, • Des premiers moyens de comparaison M1b entre la fréquence de résonance de l’antenne primaire résonante B2 et une valeur minimum Rmin et une valeur maximum Rmax d’une fenêtre R de valeurs prédéterminée, • Des deuxièmes moyens de comparaison M2b entre l’efficacité de charge Q de l’antenne primaire inductive B1 et un seuil prédéterminé Qmin, • Des premiers moyens de contrôle M1c des moyens de déplacement 100 en fonction de la fréquence de résonance FR, • Des deuxièmes moyens de contrôle M2c des moyens de déplacement 100 en fonction de l’efficacité de charge Q,
Les premiers moyens de mesure M1a de la fréquence de résonance consistent à mesurer l’intensité de l’antenne primaire résonante B2 en fonction d’une fréquence appliquée (par exemple entre 6MHz et7MHz, avec un pas de 0.1MHz), la résonance correspondant à la fréquence pour laquelle ladite intensité est la plus élevée. Les premiers moyens de mesure M1a consistent donc à mesurer la tension aux bornes par exemple d’une capacité de résonance électriquement connectée à l’antenne primaire résonante B2, à l’aide d’un convertisseur analogique compris dans le microcontrôleur 200. Une fois , la valeur de cette capacité déterminée, il est ensuite possible d’en dériver l’intensité du courant qui traverse la antenne primaire résonante B2 et de déterminer ensuite la fréquence de résonance pour laquelle l’intensité est la plus élevée. Les moyens de mesure M1a sont connus de l’homme du métier et ne seront pas plus détaillés ici.
Les deuxièmes moyens de mesure M2a de l’efficacité de charge consistent à mesurer un ratio entre une puissance active reçue par le microcontrôleur 200 en provenance de l’antenne primaire inductive B1 et la puissance générée par le microcontrôleur 200, alimentant ladite antenne primaire inductive B1. La puissance reçue par le microcontrôleur 200 prend la forme d’une communication modulée sur la porteuse de puissance en provenance de l’antenne primaire inductive B1.
Les moyens de mesure M2a de l’efficacité de charge sont connus de l’homme du métier et ne seront pas plus détaillés ici.
Les premiers et deuxièmes moyens de comparaison M1 b, M2b consistent en des moyens logiciels.
Les premiers moyens de contrôle M1c et les deuxièmes moyens de contrôle M2c des moyens de déplacement 100, consistent en des générations de phases alternatives pour le moteur électrique de type « pas à pas ». Ceci permet un déplacement du tapis 30 c'est-à-dire de l’antenne primaire inductive B1 précis et répétable.
Le dispositif de charge D comprend également :
• Des moyens de détection de la présence (non représentés sur les figures) du terminal mobile sur la surface de charge 10, connus de l’homme du métier, qui consistent en des moyens logiciels, par exemple un circuit d’émission d’un « ping » à destination du terminal mobile et un circuit de réception d’un message en retour en provenance du terminal mobile qui confirme sa présence sur la surface de charge 10, ledits moyen sont compris dans le microcontrôleur (200), • Des moyens de détermination du type de charge (non représentés sur les figures), qui consistent par exemple en des moyens logiciels, par exemple un circuit d’émission d’un message d’interrogation par l’antenne primaire résonante B2 à destination du terminal mobile et un circuit de réception d’un identifiant en provenance du terminal mobile. Si cet identifiant est reconnu par l’antenne primaire résonante B2, alors le terminal mobile est compatible avec un chargement par résonance, si l’identifiant n’est pas reconnu par l’antenne primaire résonante B2, alors le terminal mobile est par défaut compatible avec un chargement par induction. Bien sûr, un échange d’identifiant entre l’antenne primaire inductive B1 et le terminal mobile peut être ensuite réalisé afin de confirmé la compatibilité du type de charge entre le terminal mobile et l’antenne primaire inductive B1. Un sélectionneur, par exemple un interrupteur ou des moyens logiciels, permet(tent) ensuite d’actionner le circuit de chargement adéquate résonant ou inductif. Les dits moyens de détermination du type de charge peuvent être compris dans le microcontrôleur (200).
Le procédé de détection, illustré à la figure 6 va maintenant être décrit.
Lors d’une étape préliminaire (étape S), un terminal mobile est détecté sur la surface de charge 10 du dispositif de charge D. Cette détection est réalisée grâce à l’envoi de « pings » ou impulsions de courte durée par l’antenne primaire inductive B1 ou par l’antenne primaire résonante B2 vers le dispositif de charge D et par à la réception d’un message en retour du terminal mobile si celui-ci est posé sur la surface de charge 10.
Dans une première étape de détermination du procédé (EO), une fois le terminal mobile détecté, le procédé propose de déterminer si le terminal mobile est compatible avec un procédé de charge par induction ou avec un procédé de charge par résonance. Ce procédé de détermination de type de charge est connu de l’art antérieur et ne sera pas expliqué en détails. Les deux procédés de chargement sont principalement différenciés par la valeur du facteur de qualité Q de leur antenne respective en chargement.
Dans le but de déterminer le type de charge souhaité et la présence du terminal mobile posé sur la surface de charge 10, l’antenne primaire résonante B2 émet périodiquement un signal d’interrogation sous la forme d’une impulsion électromagnétique (par exemple toutes les 150 ms). Lorsqu’un terminal mobile est placé à proximité de l’antenne primaire résonante B2, il modifie le champ électromagnétique généré pendant l’émission dudit signal d’interrogation. Une fois qu’un terminal a été détecté et s’il est compatible avec la norme de chargement, l’antenne B2 émet une demande d’authentification et le terminal mobile répond en retour en envoyant un signal de réponse comportant son identifiant et l’état de sa batterie.
Si le terminal mobile est compatible avec une charge par résonance, alors lors de l’étape E1, les premiers moyens de mesure M1a mesure la fréquence de résonance FR de l’antenne primaire résonante B2. Les premiers moyens de comparaison M1b comparent ladite fréquence à une valeur minimum Rmin et une valeur maximum Rmax d’une fenêtre de fréquences prédéterminée R (et. figures 4 et 5) située autour d’une fréquence de résonance optimale Fopt.
Si la fréquence de résonance FR est comprise dans ladite fenêtre R, en d’autres termes, si la fréquence de résonance FR est supérieure à la valeur minimum Rmin et si la dite fréquence de résonance FR est inférieure à la valeur maximum Rmax, alors la charge par résonance commence (étape E1 b).
Si la fréquence de résonance FR n’est pas comprise dans ladite fenêtre R, alors les premiers moyens de contrôle M1c des moyens de déplacement 100 commandent le déplacement du corps ferromagnétique C et de l’antenne primaire inductive B1 à l’aide du moteur électrique M, jusqu’à ce que la fréquence de résonance FR soit comprise dans la fenêtre R de fréquences prédéterminée (étape E1a). Le déplacement s’arrête lorsque la fréquence de résonance FR est située dans la fenêtre R de fréquence souhaitée et alors la charge par résonance débute (étape E1 b).
De manière similaire, si le terminal mobile est compatible avec une charge par induction, alors lors de l’étape E2, les deuxièmes moyens de mesure M2a, mesurent l’efficacité de charge Q de l’antenne primaire inductive B1, et les deuxièmes moyens de comparaison M2b comparent l’efficacité Q ainsi mesurée à un seuil, égal à une efficacité minimal Qmin.
Si l’efficacité Q mesurée est supérieure ou égale au seuil Qmin, alors la charge par induction commence (étape E2b).
Si l’efficacité Q mesurée est inférieure audit seuil Qmin, alors les deuxièmes moyens de contrôle M2c des moyens de déplacement commandent le déplacement du corps ferromagnétique C et de l’antenne primaire inductive B1 à l’aide du moteur électrique M, jusqu’à ce que l’efficacité Q de charge soit supérieure ou égale au seuil Qmin (étape E2a). Le déplacement s’arrête lorsque l’efficacité de charge Q est supérieure ou égale au seuil Qmin et alors la charge par induction commence (étape E2b).
Lorsque la charge par induction ou par résonance est terminée (étape E3), le procédé revient à l’étape préliminaire S.
L’invention permet judicieusement par le déplacement de l’ensemble constitué de l’antenne primaire inductive B1 et du corps ferromagnétique C de remédier à deux problèmes, lorsque le terminal mobile est placé sur la surface de charge 10 du dispositif de charge D « bi mode » :
• Si le terminal mobile est compatible avec un chargement par résonance : la désadaptation de la fréquence de résonance FR de l’antenne primaire résonante B2 vers une valeur de fréquence de résonance éloignée de la valeur de fréquence de résonance optimale Fopt, • Si le terminal mobile est compatible avec un chargement par induction : la baisse d’efficacité de chargement Q si le terminal mobile et l’antenne primaire inductive B1 ne sont pas centrés.
En rendant mobile cet ensemble (corps ferromagnétique et antenne primaire inductive B1), l’efficacité de charge Q optimale est assurée pour le chargement par induction et la fréquence de résonance optimale fopt est assuré pour le chargement par résonance, quelque soit le type de terminal mobile et quelque soit sa position sur la surface de charge 10 du dispositif de charge D.
L’invention est ingénieuse et facile à mettre en œuvre, car elle ne nécessite que des moyens logiciels et des moyens de déplacement peu coûteux.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de charge d’un terminal mobile par un dispositif de charge (D) destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dit dispositif de charge (D) comprenant au moins une première antenne de chargement dite par induction, ou antenne primaire inductive (B1) « WPC » ayant une fréquence de charge et une deuxième antenne de chargement dite par résonance, ou antenne primaire résonante (B2) « A4WP » ayant une fréquence de résonance (Fr), au moins 1000 fois supérieure à la fréquence de charge, un corps ferromagnétique (C) située en dessous et solidaire de l’antenne primaire inductive (B1), le procédé de charge étant caractérisé en ce qu’il consiste :• à équiper préalablement le corps ferromagnétique (C) et l’antenne primaire inductive (B1) de moyens de déplacement (100) aptes à déplacer le corps ferromagnétique (C) et ladite antenne primaire inductive (B1) par rapport à l’antenne primaire résonante (B2), • à détecter (étape S) le terminal mobile sur la surface de charge (10), • à déterminer (E0) un type de charge, entre le dispositif de charge (D) et le terminal mobile afin de déclencher la charge par l’antenne primaire inductive (B1) ou par l’antenne primaire résonante (B2).• à déplacer (étapes E1 et E1a) le corps ferromagnétique (C) solidaire de l’antenne primaire inductive (B1) par rapport à l’antenne primaire résonante (B2), en fonction de la fréquence de résonance (Fr) de ladite l’antenne primaire résonante (B2) lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire résonante (B2) et, • à déplacer (étapes E2 et E2a) le corps ferromagnétique (C) solidaire de l’antenne primaire inductive (B1) en fonction d’une efficacité de charge (Q) de l’antenne primaire inductive (B1) lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire inductive (B1 ).
- 2. Procédé de charge selon la revendication précédente, caractérisé en ce que :• l’étape de détection (étape S) et l’étape de détermination (étape E0) sont réalisées par l’intermédiaire de l’antenne primaire résonante (B2), et • l’étape de détermination (étape E0) comprend l’envoi d’un message de demande d’identifiant par l’antenne primaire résonante (B2) vers le terminal mobile,- si un identifiant compatible est reçu en retour par l’antenne primaire résonante (B2) en provenance du terminal mobile, le terminal mobile est chargé par l’intermédiaire de l’antenne primaire résonante (B2),-sinon le terminal mobile est chargé par l’intermédiaire l’antenne primaire inductive (B1).
- 3. Procédé de charge selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, • lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire résonante (B2), le déplacement du corps ferromagnétique (C) solidaire de l’antenne primaire inductive (B1) ne s’arrête que lorsque la fréquence de résonance (Fr) est comprise dans une fenêtre (R) de valeurs prédéterminées et • lorsque le terminal mobile est chargé par l’antenne primaire inductive (B1), le déplacement du corps ferromagnétique (C) solidaire de l’antenne primaire inductive (B1) ne s’arrête que lorsque l’efficacité de charge (Q) de l’antenne primaire inductive (B1) est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé (Qmin).
- 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déplacement de I’ antenne primaire inductive (B1) et de la ferrite (C) est réalisé dans un plan parallèle (P) à la surface de charge (10).
- 5. Dispositif de charge (D) d’un terminal mobile, destiné à être embarqué dans un véhicule automobile, le dit dispositif de charge (D) comprenant au moins une première antenne de chargement dite par induction, ou antenne primaire inductive (B1) « WPC » ayant une fréquence charge et une deuxième antenne de chargement dite par résonance, ou antenne primaire résonante (B2) « A4WP » ayant une fréquence de résonance, au moins 1000 fois supérieure à la fréquence de charge, un corps ferromagnétique (C) situé en dessous et solidaire de l’antenne primaire inductive (B1), le dispositif de charge (D) étant caractérisé en ce qu’il comprend :• Des moyens de déplacement (100) du corps ferromagnétique (C) solidaire de l’antenne primaire inductive (B1), aptes à déplacer le corps ferromagnétique (C) et l’antenne primaire inductive (B1), • Des moyens de détection de la présence du terminal mobile sur la surface de charge (10), • Des moyens de détermination du type de charge, • Des premiers moyens de mesure (M1a) de la fréquence de résonance (Fr) de l’antenne primaire résonante (B2), • Des deuxièmes moyens de mesure (M2a) d’une efficacité de charge (Q) de l’antenne primaire inductive (B1), • Des premiers moyens de contrôle (M1b) des moyens de déplacement (100) en fonction de la fréquence de résonance (Fr), • Des deuxièmes moyens de contrôle (M2b) des moyens de déplacement (100) en fonction de l’efficacité de charge (Q), • Des premiers moyens de comparaison (M1c) entre la fréquence de résonance (Fr) de l’antenne primaire résonante (B2) et une valeur minimum (Rmin) et une valeur maximum (Rmax) d’une fenêtre (R) de valeurs prédéterminées, • Des deuxièmes moyens de comparaison (M2c) entre l’efficacité de charge (Q) de l’antenne primaire inductive (B2) et un seuil prédéterminé (Qmin).
- 6. Dispositif de charge (D) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface de charge (10) comprenant un axe longitudinal (XX’) et un axe transversal (YY’) se coupant en un centre (O) :• l’antenne primaire résonante (B2) est située aux extrémités (Ext1, Ext2, Ext3, Ext4) de la surface de charge (10) et, • le corps ferromagnétique (C) et, l’antenne primaire inductive (B1) sont aptes à se déplacer selon l’axe longitudinal (XX’) d’une position initiale dans laquelle l’antenne primaire inductive (B1) ou la ferrite (C) a un centre (θ’) coïncidant avec le centre (O) de la surface de charge (10), vers une position finale dans laquelle l’antenne primaire inductive (B1) ou la ferrite (C) se situe à proximité de l’antenne primaire résonante (B2) aux extrémités (Ext1, Ext2) de la surface de charge (10).
- 7. Dispositif de charge (D), selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que de l’antenne primaire résonante (B2) entoure tout ou en partie l’antenne primaire inductive (B1 ).
- 8. Dispositif de charge (D), selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le déplacement de l’antenne primaire inductive (B1 ) et de la ferrite (C) est réalisé dans un plan parallèle (P) à la surface de charge (10) et en ce que les moyens de déplacement (100) comprennent :5 «Un moteur électrique (M), • Un système d’entrainement comprenant au moins deux poulies (P1, P2), autour desquelles est entraîné en déplacement un tapis (30) solidaire du corps ferromagnétique (C)
- 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de charge
- 10 (D) selon l’une quelconque des revendications 5 à 8.1/3
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