WO2008125394A1 - Système d'alimentation électrique et de transmission de données sans contact électrique. - Google Patents

Système d'alimentation électrique et de transmission de données sans contact électrique. Download PDF

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WO2008125394A1
WO2008125394A1 PCT/EP2008/052827 EP2008052827W WO2008125394A1 WO 2008125394 A1 WO2008125394 A1 WO 2008125394A1 EP 2008052827 W EP2008052827 W EP 2008052827W WO 2008125394 A1 WO2008125394 A1 WO 2008125394A1
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transmitter
data
primary winding
data transmission
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PCT/EP2008/052827
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Gilles Lacour
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Delachaux S.A.
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
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    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
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    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • the present invention generally relates to non-contact power supply and non-contact data transmission systems.
  • Non-contact power supply and transmission systems are already known, enabling a power transmission device to be coupled to a power receiver device comprising data collection means provided by different sensors fitted to the power receiver device.
  • a power receiver device is not autonomous with respect to its power supply.
  • the power-emitting device is able to be coupled to the power-receiving device by magnetic coupling between a so-called primary winding of the power-transmitting device and a so-called secondary winding of the power-receiving device, and without electrical contact, so as to power the device.
  • the transmission of data between the power transmission device and the power receiver device to which it is coupled is carried out according to a technique similar to the carrier currents, that is to say that a modulation at a frequency substantially greater than the frequency of the alternating current generating the magnetic flux from the primary winding to the secondary winding, is superimposed on this current to convey between the two signals.
  • This known technique has the disadvantage of requiring specific modulation / demodulation circuits, which consume electrical energy, even though the available energy of the power-emitting device is limited and must satisfy, the electrical energy requirements of its components. circuits and circuits of the power receiver device to which it is able to be coupled.
  • US 2005/063488 discloses a contactless power supply and transmission system between a transmitter and a receiver in which the signal from the transmitter is frequency modulated to transmit data.
  • the transmitter uses a frequency shift keying (FSK) method to transfer data to the receiving device.
  • FSK frequency shift keying
  • This technique of frequency modulation of the signal from the transmitter makes it difficult to synchronize the receiver on the transmitter and therefore the data transmission. Moreover, this technique requires the presence of modulation / demodulation circuit in the transmitter and receiver, further complicating the system and being energy consumer.
  • the receiver of US 2005/063488 comprises a multi-phase demodulator capable of providing a data stream and a clock signal from the signal from the transmitting device.
  • the present invention aims to overcome the limitations of the state of the art in the field of power and data transmission without contact, and to propose a new system that is simple, robust and energy efficient.
  • a non-contact power supply system and a contactless data transmission system comprising a transmitter having a source of electrical energy and a receiver that is not autonomous in terms of its sound.
  • power supply the transmitter and the receiver respectively comprising a primary winding and a secondary winding capable of being in a magnetic flux transfer relationship
  • the transmitter comprising a circuit for applying to the primary winding a low frequency alternating current d supply to produce on the secondary winding a current used for the power supply of the receiver
  • the transmitter and the receiver having data transmission circuits connected to the primary and secondary windings, in which system the transmission circuit transmitter-side data is able to selectively directly modify the dud waveform it AC power supply, and the receiver-side data transmission circuit is able to detect these waveform changes, respectively to transmit from the transmitter to the receiver data of different values corresponding to different waveforms , the frequency of the AC supply current being constant.
  • the system according to the invention proposes to modify directly the shape of the supply current, without changing its period or frequency. This allows on the one hand to achieve a power transfer to the receiver whose efficiency remains optimal at all times, and secondly to ensure a particularly simple and reliable synchronization between transmitter and receiver. And thanks to the waveform modulation combined with good quality synchronization, the system does not require specific modulation / demodulation circuits for cost-effective data transmission that consume electrical energy .
  • a transmitting device intended to ensure the non-contact power supply of a non-autonomous receiver device in terms of its power supply, and to transmit data thereto, comprising a winding primary to be in a magnetic flux transfer relationship with a secondary winding of the receiver device, and a circuit for applying to the primary winding alternating current at a low supply frequency, and a data transmission circuit connected to the primary winding, a device in which the data transmission circuit is able to selectively directly modify the waveform of said AC supply current, to selectively transmit data of different values corresponding to the different waveforms.
  • an emitter device as described above in an underwater robot intended to cooperate with underwater equipment for collecting geophysical information.
  • a non-autonomous receiver device in terms of its power supply and intended to be supplied without contact by a transmitter device, transmit data thereto and receive data from it, comprising a secondary winding intended to be in a magnetic flux transfer relationship with a primary winding of the transmitter device, a circuit for supplying the device from a low frequency alternating current flowing in the secondary winding, and a data transmission circuit capable of detecting changes in the AC waveform itself, respectively for receiving data from different values corresponding to different waveforms.
  • an underwater equipment for collecting geophysical information comprising a receiver / transmitter device as described above.
  • a non-contact power supply system and non-contact data transmission between a fixed structure and a rotating crew of a machine comprising a transmitting device as previously described on the fixed structure and a receiving device as described above on the rotating crew, the primary winding and the secondary winding being cylindrical and arranged around each other along the axis of rotation of the rotating crew.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of a connector 2 is a perspective view of a winding of the inductive connector;
  • FIG. 3 is a schematic representation of an example of application of the inductive connector;
  • FIG. 4 is an electronic diagram illustrating an electronic card of a power transmitter,
  • FIG. 5 is an electronic diagram illustrating an electronic card of a power receiver,
  • FIG. 6 represents control signals for switches controlled by a control unit of the power transmitter when no data is transmitted. from the power transmitter to the power receiver,
  • FIG. 7 shows control signals of the switches controlled by the control unit when data is transmitted from the power transmitter to the power receiver.
  • FIG. an example for calculating a duty cycle at the receiver.
  • an inductive connector for use in a power supply and data transmission system comprising a power transmitter device and a power receiver (hereinafter referred to as “transmitter” and “transmitter”). receiver ").
  • the connector is electromagnetic induction type and allows transmission without electrical contact:
  • the transmission of data without electrical contact between the transmitter and the receiver is bidirectional, that is to say that the transmission of data can be done from the transmitter to the receiver or from the receiver to the transmitter.
  • This two-way communication is an alternating two-way communication.
  • alternating bidirectional communication is intended to mean a communication that makes it possible to route the data in both directions, but alternatively (that is to say a "half-duplex" type of communication). According to Anglo-Saxon terminology).
  • the transmitted data is binary data. Alternate two-way communication is done bit by bit.
  • the connector can be used in a system in which the transmitter and the receiver have at least one degree of freedom between them.
  • the inductive connector may be: - an electrical connection system - of the socket type - where the relative movement between the two devices is axial,
  • the connector comprises a primary winding 11 and a secondary winding 22 arranged respectively on the transmitter and the receiver.
  • the primary winding 11 is wound inside a sleeve 12 and is connected to the emitter.
  • the secondary winding 22 is wound around a shaft 23.
  • the secondary winding is connected to the receiver.
  • the primary and secondary windings 11, 22 are intended to come into each other. More particularly, the secondary winding 22 is intended to come inside the primary winding 11. In another embodiment not shown, it is the primary winding which is intended to come inside the secondary winding. In this case, the primary winding is wound around the core and the secondary winding is wound inside the sleeve.
  • primary and secondary winding planar plate type arranged face to face and parallel to each other, or primary winding and secondary type bent plates so as to obtain cylinders of different diameters able to be arranged one in the other etc.
  • the inductive connector can be adapted to different systems depending on the application.
  • the primary and secondary windings 11, 22 are constituted as described below.
  • the primary and secondary windings 11, 22 comprise different numbers of turns depending on the primary and secondary voltages.
  • the secondary winding 22 is shorter in the axial direction than the primary winding 11.
  • the primary and secondary windings extend in two coaxial cylinders of different diameter.
  • Each winding 11, 22 comprises two identical identical electrical conductors.
  • each winding 11, 22 comprises two windings
  • the two windings 34, 35 are concentrically intertwined.
  • one end 32 'of one of the windings 34, 35 is connected to one end 32 "of the other windings 34, 35.
  • the primary and secondary windings 11, 22 are windings three connection points 31, 32, 33 with midpoint 32.
  • the three connection points 31, 32, 33 of the primary winding 11 are connected to an electronic card 13 of the transmitter which will be described later.
  • connection points 31, 32, 33 of the secondary winding 22 are connected to the electronic card 24 of the receiver which will be described below.
  • the free ends 31, 33 of the two windings 34, 35 have a potential in phase opposition when the winding is traversed by an alternating current.
  • the frequency of the alternating current is between 1 kHz and 500 kHz.
  • the inductive connector described above can be used in various applications requiring the powerless power supply of a power receiver R by a power transmitter E, and the transmission of data without electrical contact between the emitter E and the receiver R power.
  • the inductive connector described above can be used with a fixed element and a movable element relative to the fixed element.
  • the movable element can be either the power transmitter or the power receiver.
  • the inductive connector can also be used with two movable elements relative to each other.
  • the emitter E is a mobile element comprising a source of electrical energy (not shown) for the power supply of the receiver R.
  • the receiver R is a fixed element that is not autonomous in terms of its power supply.
  • the receiver R may not comprise energy storage means (such as a battery), and may be solely and exclusively powered by the transmitter E.
  • the receiver R comprises sensors 40 for measuring data to be transmitted to the transmitter E.
  • the emitter E is a marine robot
  • the receiver R is a pile driven into the seabed 41.
  • the sensors 40 of the receiver R allow the measurement of marine seismic data.
  • the pile is intended to remain at the bottom of the sea for several years (eg 10 to 15 years) and is suitable for use at significant depths (eg 2000 meters below sea surface 42).
  • the robot is intended to be positioned on the pile - for example for a month - to carry out a measurement campaign of marine seismic data.
  • the primary and secondary windings 11, 22 are protected against corrosion and aging.
  • the turns of the primary and secondary windings 11, 22 may comprise a coating of unalterable thermoplastic material.
  • the robot (emitter E) is near the pile (receiver R), it comes to cap the pile so that the secondary winding 22 enters the primary winding 11.
  • the magnetic flux emitted by the primary winding 11 is received by the secondary winding 22. This magnetic flux is used to supply the electronic circuits of the pile (receiver R).
  • the robot sends to the pile (receiver R) a firmware (or only parameters) for measuring marine seismic data.
  • the pile measures the seismic data using its sensors 40.
  • the pile sends them to the robot (emitter E) which stores them in a memory (not shown), or sends them outwards using auxiliary means (for example a radiofrequency antenna ).
  • auxiliary means for example a radiofrequency antenna
  • the primary and secondary windings 11, 22 allow both the power supply without electrical contact of the pile by the robot and bidirectional communication without electrical contact between the robot and the pile.
  • the flow transfer relationship between the robot and the pile may be of a type other than the nesting of the secondary winding in the primary winding, for example of the flat plate type arranged face to face and parallel to one another. to the other, or primary and secondary winding bent plate type so as to obtain cylinders of different diameters able to be arranged one in the other.
  • the issuer includes: a power supply circuit for applying to the primary winding an alternating current with a low supply frequency,
  • the electronic card 13 of the emitter E is illustrated.
  • connection points J1, J2, J3 intended to be connected to the three connection points 31, 32, 33 of the primary winding 11.
  • the circuit for applying to the primary winding an alternating current comprises first and second switches Q1, Q2 controlled by a control unit 14.
  • the control unit 14 is a microcontroller.
  • the first and second controlled switches Q1, Q2 make it possible to convert a DC voltage into an AC voltage (and thus a DC current).
  • the switching of the first and second controlled switches Q1, Q2 allows the generation of the alternating current of low frequency power supply.
  • the frequency of the alternating supply current is preferably between 1 kHz and 500 kHz.
  • the primary winding is fed through an inductor L1 connected at J2 at the midpoint 32 of the primary winding 11.
  • the primary winding 11 forms a resonant circuit tuned to the frequency of the low-frequency alternating current by capacitors C2, C3 of the electronic card 13.
  • the capacitances (in Farad) of these capacitors are chosen according to the inductance (in Henry) of the primary winding 11.
  • the oscillation at medium frequency (from a few kilos Hertz to a few hundred kilo hertz) is maintained by the first and second controlled switches Q1, Q2.
  • the first and second switches are controlled at a fixed frequency by the control unit 14, possibly through U1A, U1B drivers, for example when the first and second controlled switches Q1, Q2 are MOS or IGBT type transistors.
  • the first and second switches are controlled by square wave signals delivered by the control unit to control inputs of the controlled switches. These slot signals are shifted relative to each other (i.e. out of phase), as shown in Figure 6 which shows the control signals of the control unit.
  • control unit 14 controls the blocking 50 of the second controlled switch Q2 (locked state)
  • the control unit 14 controls, after a "small" period of time 52 (for example equal to 0.2 ⁇ s), the conduction 36 of the first switch Q1 (on state).
  • control unit 14 controls the blocking 30 of the first switch Q1
  • the control unit 14 controls, after a small period of time (typically equal to 0.2 ⁇ s), the conduction 51 of the second switch Q2.
  • the first and second controlled switches can maintain the oscillation in the primary winding 11 of the AC supply current.
  • the "small" time interval 52 between the blocking command of one of the controlled switches Q1, Q2 and the conduction control of the other of the switches Q1, Q2 makes it possible to prevent the first and second controlled switches Q1, Q2 are passing at the same time, which could lead to a deterioration of the circuits of the transmitter.
  • the control unit 14 of the transmitter E varies the conduction times 31, 51 of the first and second controlled switches Q1, Q2.
  • This modified cycle generates a data complementary to that corresponding to a symmetrical oscillation.
  • the data is transmitted in binary.
  • the control unit 14 delivers slots to the control inputs of the first and second switches.
  • the slots on the first and second switches are shifted relative to each other so that the high (or high) state of the slot applied to the first switch Q1 is in the time interval of the state. low (or low) of the slot applied to the second switch Q2, and that the high level of the slot applied to the second switch Q2 is in the time interval of the low level of the slot applied to the first switch Q1.
  • the control unit 14 delivers a slot on the first controlled switch Q1 and no slot on the second controlled switch Q2.
  • the slot applied on one of the switches for transmitting the second data value may have a duration different from half the resonance period of the tuned circuit including the primary winding.
  • the duration of this slot may be greater than half the resonance period.
  • the transmitted data is 8-bit or 16-bit data.
  • the transmitted data comprise N bits (where N is an integer, preferably a multiple of eight).
  • the conduction time of the first controlled switch Q1 is lengthened during the transmission of the second value.
  • the end face 37 of the slot is delayed with respect to the instant of the end edge 38 of a slot applied to the first switch Q1 controlled to transmit the first data value.
  • the data transmission circuit of the transmitter is able to selectively directly modify the waveform of the AC supply current.
  • the data transmission circuit of the transmitter is able to modify the waveform of the AC supply current only on alternating alternating current.
  • alteration means one or other of the half-periods of the AC supply current, during which the supply current does not change direction.
  • the transmitter and the receiver can be configured so that, when transmitting data from the transmitter to the receiver, an alternation does not comprise a data value (called without modulation or alternating "blank") between two signals comprising a data value.
  • a data value called without modulation or alternating "blank”
  • the second connection point J2 is connected to means allowing:
  • These means comprise an inductor L1 and a fourth transistor Q4.
  • the primary winding 1 1 is fed through the inductor L1 and a current sensing device in the inductor L1 having the fourth transistor Q4 and a diode D2. Depending on the direction of the current in the inductor L1, the fourth transistor Q4 leads or is blocked. Thus, the current reversals of the current in the inductor L1 are detected by the fourth controlled switch Q4.
  • the control unit 14 exchanges serial data with the outside via RX and TX lines. These communications are in half duplex.
  • connection points J1 ', J2', J3 ' intended to be connected to the three connection points 31, 32, 33 of the secondary winding 22.
  • the midpoint 32 of the secondary winding 22 is connected to the second connection point J2 '.
  • This second connection point J2 ' is connected to a reference potential (ground).
  • the two free ends 31, 33 of the secondary winding 22 are connected to the first and third connection points J1 'and J3'.
  • the signal between the first and third connection points J1 ', J3' can be filtered by a capacitor C1.
  • the capacitance of this capacitor C1 is chosen (sufficiently small) so as to avoid creating a resonant circuit with the secondary winding 22.
  • the secondary winding 22 is not tuned to the frequency of the AC supply current. This allows to find the "defects" in the secondary, or more precisely to find the waveform changes generated by the transmitter at the receiver. For example, in the case of a sinusoidal form power supply, the fact that the secondary winding is not tuned to the frequency of the alternating current makes it possible to find the distortions of the sinusoid at the receiver.
  • connection point J3 ' is connected to means for powering the receiver.
  • the means for supplying the receiver comprise a diode D4 and a regulator 26.
  • the AC voltage at the end of the secondary winding 22 connected to the third connection point J3 ' is rectified by the diode D4 to produce a DC voltage. This DC voltage is received by the regulator 26.
  • the regulator 26 returns the voltage necessary to supply a control unit 26 of the electronic card 24 of the receiver.
  • the control unit 26 is a microcontroller.
  • the first JV connection point is connected to
  • the means for transmitting data to the transmitter comprises a first switch T1 controlled by the control unit 25.
  • the AC voltage at the end of the secondary winding 22 connected to the first connection point JV is rectified by a rectifier bridge.
  • the rectifier bridge comprises a diode D2.
  • the control unit 25 controls the conduction of the first controlled switch T1 at power-up by means of a second controlled switch T2.
  • the control unit 25 is connected to the sensors 40 by fourth and fifth connection points J4 ', J5' for receiving and transmitting signals to the sensors 40.
  • the control unit 25 receives a measured data from one of the sensors 40 connected to the fourth connection point J4 ', it controls the blocking of the first controlled switch T1 to interrupt the passage of the current coming from the secondary winding 22.
  • the blocking of the first controlled switch T1 changes the impedance across the secondary winding 22.
  • the impedance modification at the terminals of the secondary winding 22 induces currents variations in the emitter circuit (reversal of the direction of the current in the inductor L1 of the emitter circuit).
  • the transmitter which detected the transmission of data by the receiver, no longer transmits data and provides the primary winding with an alternating supply current in which the waveform is not modified (ie a AC power stable).
  • the fourth switch Q4 of the transmitter changes state (on or off) according to the direction of the current in the self L1.
  • This fourth controlled switch Q4 thus produces a binary signal corresponding to the data values transmitted by the receiver.
  • This binary signal is shaped (by the fifth controlled switch Q5) and sent to the control unit 14 of the transmitter which stores it or returns it to the outside. This is how the data transmission from the receiver to the transmitter takes place.
  • N alternans are used that do not include a given value (that is to say N "virgin” alternations) between two signals comprising a data value. This increases the reliability of the system.
  • N will be chosen between two and four.
  • a third controlled switch T3 is connected to the first connection point J1.
  • the third controlled switch T3 is used to synchronize the control unit of the receiver on the control unit.
  • the third controlled switch T3 leads or is blocked in the direction of the current in the secondary winding 22, which produces a binary signal of rectangular signal type which is received by the control unit 25.
  • the third controlled switch produces a stable rectangular (binary) signal received by the control unit.
  • This stable rectangular signal allows the receiver control unit to synchronize with the transmitter control unit.
  • a synchronized clock is obtained between the transmitter and receiver devices. Data transmission is therefore much more reliable and easier than with prior art systems in which the power supply signal is frequency modulated to transmit data.
  • the third controlled switch T3 is also used for receiving data from the transmitter.
  • the distortion of the form of the AC supply current caused by the transmission of data by the transmitter is detected by the third controlled switch T3.
  • This distortion causes a variation of the rectangular signal from the third controlled switch T3 and sent to the control unit.
  • the duty cycle of the rectangular signals from the third controlled switch T3 is calculated.
  • duty ratio in the context of the present invention is understood to mean the ratio between:
  • the period P corresponds to the time interval after which the signal from the third controlled switch T3 resumes the same sequence of values when the shape of the AC power supply is not modified by the transmitter.
  • the duration during which the rectangular signal from the third controlled switch T3 is high can correspond to:
  • the duty cycle is representative of the value ("0" or "1") of the data transmitted by the issuer.
  • the connector described above can be adapted to many applications such as, for example, the measurement of stress in a reactor vane, or any other application in which it is desired to supply a first element with a second element, and establish two-way communication between these two elements.
  • elements the said elements that can be:

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  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

L'invention concerne un ensemble comprenant un émetteur de puissance (E) et un récepteur de puissance (R) comportant respectivement un bobinage primaire (11) et un bobinage secondaire (22), dans lequel l'émetteur et le récepteur sont du type à induction électromagnétique et permettent d'une part l'alimentation sans contact électrique du récepteur par l'émetteur, et d'autre part une communication bidirectionnelle sans contact électrique entre l'émetteur et le récepteur.

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION ELECTRIQUE ET DE TRANSMISSION DE DONNEES SANS CONTACT ELECTRIQUE
La présente invention concerne d'une façon générale les systèmes d'alimentation électrique sans contact et de transmission de données sans contact.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaît déjà des systèmes d'alimentation et de transmission sans contact permettant à un dispositif émetteur de puissance de venir s'accoupler à un dispositif récepteur de puissance comprenant des moyens de collecte de données fournies par différents capteurs équipant le dispositif récepteur de puissance. Conventionnellement, un tel dispositif récepteur de puissance n'est pas autonome quant à son alimentation électrique.
Le dispositif émetteur de puissance est apte à être accouplé au dispositif récepteur de puissance par couplage magnétique entre un bobinage dit primaire du dispositif émetteur de puissance et un bobinage dit secondaire du dispositif récepteur de puissance, et sans contact électrique, de façon à alimenter le dispositif récepteur de puissance et lui adresser un certain nombre de données, celles-ci comprenant en particulier des instructions auxquelles le dispositif récepteur de puissance répond en transmettant des données fournies par ses capteurs. Conventionnellement, la transmission de données entre le dispositif émetteur de puissance et le dispositif récepteur de puissance auquel il est accouplé s'effectue selon une technique s'apparentant aux courants porteurs, c'est-à-dire qu'une modulation, à une fréquence sensiblement supérieure à la fréquence du courant alternatif générant le flux magnétique du bobinage primaire vers le bobinage secondaire, est superposée à ce courant pour véhiculer entre les deux des signaux. Cette technique connue présente l'inconvénient de nécessiter des circuits spécifiques de modulation/démodulation, qui sont consommateurs d'énergie électrique, alors même que l'énergie disponible du dispositif émetteur de puissance est limitée et doit satisfaire, les besoins en énergie électrique de ses circuits et des circuits du dispositif récepteur de puissance auquel il est apte à être accouplé.
En outre, les techniques de modulation, si elles permettent d'accroître le débit d'informations, peuvent s'avérer fragiles et sujettes aux perturbations. Par exemple le document US 2005/063488 décrit un système d'alimentation et de transmission sans contact entre un émetteur et un récepteur dans lesquels le signal issu de l'émetteur est modulé en fréquence pour transmettre des données.
Plus précisément, l'émetteur utilise une méthode de modulation par décalage de fréquence (FSK pour « frequency shift keying ») pour transférer des données au dispositif récepteur.
Cette technique de modulation en fréquence du signal issu de l'émetteur rend difficile la synchronisation du récepteur sur l'émetteur et donc la transmission de données. Par ailleurs, cette technique nécessite la présence de circuit de modulation/démodulation dans l'émetteur et le récepteur, complexifiant encore le système et étant consommateur d'énergie.
En particulier, le récepteur de US 2005/063488 comprend un démodulateur multi phase apte à fournir un flux de données et un signal d'horloge à partir du signal issu du dispositif émetteur. RESUME DE L'INVENTION
La présente invention vise à pallier les limitations de l'état de la technique dans le domaine de l'alimentation et de la transmission de données sans contact, et à proposer un nouveau système qui soit simple, robuste et économe en énergie.
On propose à cet effet, selon un premier aspect de l'invention, un système d'alimentation électrique sans contact et de transmission de données sans contact comprenant un émetteur possédant une source d'énergie électrique et un récepteur non autonome sur le plan de son alimentation électrique, l'émetteur et le récepteur comprenant respectivement un bobinage primaire et un bobinage secondaire aptes à se situer dans une relation de transfert de flux magnétique, et l'émetteur comprenant un circuit pour appliquer au bobinage primaire un courant alternatif à basse fréquence d'alimentation de manière à produire sur le bobinage secondaire un courant utilisé pour l'alimentation électrique du récepteur, et l'émetteur et le récepteur possédant des circuits de transmission de données reliés aux bobinages primaire et secondaire, système dans lequel le circuit de transmission de données côté émetteur est apte à sélectivement modifier directement la forme d'onde dudit courant alternatif d'alimentation, et le circuit de transmission de données côté récepteur est apte à détecter ces modifications de forme d'onde, pour respectivement transmettre de l'émetteur vers le récepteur des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde, la fréquence du courant alternatif d'alimentation étant constante.
Comme expliqué précédemment, pour la transmission d'informations entre l'émetteur et le récepteur, les systèmes de l'art antérieur superposent un courant porteur au courant d'alimentation.
Au contraire, pour la transmission d'informations entre l'émetteur et le récepteur, le système selon l'invention propose de modifier directement la forme du courant d'alimentation, sans changer sa période ou fréquence. Ceci permet d'une part de réaliser un transfert de puissance vers le récepteur dont l'efficacité reste optimale à tout moment, et d'autre part d'assurer une synchronisation de façon particulièrement simple et fiable entre émetteur et récepteur. Et grâce à la modulation par forme d'onde combinée à une synchronisation de bonne qualité, le système ne nécessite pas de circuits spécifiques de modulation/démodulation pour la transmission de données, qui grèvent le coût de revient et qui sont consommateurs d'énergie électrique. Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose un dispositif émetteur destiné à assurer l'alimentation sans contact d'un dispositif récepteur non autonome sur le plan de son alimentation électrique, et à transmettre des données vers celui-ci, comprenant un bobinage primaire destiné à se situer dans une relation de transfert de flux magnétique avec un bobinage secondaire du dispositif récepteur, et un circuit pour appliquer au bobinage primaire un courant alternatif à basse fréquence d'alimentation, ainsi qu'un circuit de transmission de données relié au bobinage primaire, dispositif dans lequel le circuit de transmission de données est apte à sélectivement modifier directement la forme d'onde dudit courant alternatif d'alimentation, pour sélectivement transmettre des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde.
Selon un troisième aspect de l'invention, on propose l'utilisation d'un dispositif émetteur tel que décrit ci-dessus dans un robot sous marin destiné à coopérer avec des équipements sous-marins de collecte d'informations géophysiques.
Selon un quatrième aspect de l'invention, on propose un dispositif récepteur non autonome sur le plan de son alimentation électrique et destiné à être alimenté sans contact par un dispositif émetteur, émettre des données vers celui-ci et à recevoir des données à partir de celui-ci, comprenant un bobinage secondaire destiné à se situer dans une relation de transfert de flux magnétique avec un bobinage primaire du dispositif émetteur, un circuit pour alimenter le dispositif à partir d'un courant alternatif à basse fréquence circulant dans le bobinage secondaire, et un circuit de transmission de données apte à détecter des modifications de la forme d'onde du courant alternatif lui-même, pour respectivement recevoir des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde.
Selon un cinquième aspect de l'invention, on propose un équipement sous-marin de collecte d'informations géophysiques, l'équipement sous marin comprenant un dispositif récepteur/émetteur tel que décrit précédemment. Selon un sixième aspect de l'invention, on propose un système d'alimentation électrique sans contact et de transmission de données sans contact entre une structure fixe et un équipage tournant d'une machine, le système comprenant un dispositif émetteur tel que décrit précédemment sur la structure fixe et un dispositif récepteur tel que décrit précédemment sur l'équipage tournant, le bobinage primaire et le bobinage secondaire étant cylindriques et agencés l'un autour de l'autre selon l'axe de rotation de l'équipage tournant.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un connecteur inductif, la figure 2 est une vue en perspective d'un bobinage du connecteur inductif la figure 3 est une représentation schématique d'un exemple d'application du connecteur inductif, - la figure 4 est un schéma électronique illustrant une carte électronique d'un émetteur de puissance, la figure 5 est un schéma électronique illustrant une carte électronique d'un récepteur de puissance, la figure 6 représente des signaux de commande d'interrupteurs commandés par une unité de commande de l'émetteur de puissance lorsque qu'aucune donnée n'est transmise de l'émetteur de puissance vers le récepteur de puissance, la figure 7 représente des signaux de commande des interrupteurs commandés par l'unité de commande lorsqu'une donnée est transmise de l'émetteur de puissance vers le récepteur de puissance la figure 8 illustre un exemple pour le calcul d'un rapport cyclique au niveau du récepteur.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
Principe général :
En référence à la figure 1 , on a illustré un connecteur inductif destiné à être utilisé dans un système d'alimentation électrique et de transmission de données comprenant un dispositif émetteur de puissance et un récepteur de puissance (ci-après dénommé « émetteur » et « récepteur »).
Le connecteur est du type à induction électromagnétique et permet la transmission sans contact électrique :
- d'une puissance de l'émetteur vers le récepteur pour alimenter le récepteur, et
- de données entre l'émetteur et le récepteur.
La transmission de données sans contact électrique entre l'émetteur et le récepteur est bidirectionnelle, c'est-à-dire que la transmission de données peut se faire de l'émetteur vers le récepteur ou du récepteur vers l'émetteur. Cette communication bidirectionnelle est une communication bidirectionnelle alternée.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « communication bidirectionnelle alternée », une communication qui permet d'acheminer les données dans les deux sens, mais alternativement (c'est-à- dire une communication de type « half-duplex » selon la terminologie anglo- saxonne).
Plus particulièrement, cette communication bidirectionnelle alternée. Les données transmises sont des données binaires. La communication bidirectionnelle alternée se fait bit à bit.
Avantageusement, le connecteur peut être utilisé dans un système dans lequel l'émetteur et le récepteur disposent d'au moins un degré de liberté entre eux.
Le connecteur inductif peut être : - un système de raccordement électrique - de type prise - où le mouvement relatif entre les deux dispositifs est axial,
- un système de transmission électrique - de type collecteur - où le mouvement relatif entre les deux dispositifs est une rotation,
- un système où les deux mouvements sont combinés. Le connecteur comprend un bobinage primaire 11 et un bobinage secondaire 22 disposés respectivement sur l'émetteur et le récepteur.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , le bobinage primaire 11 est enroulé à l'intérieur d'un fourreau 12 et est relié à l'émetteur.
Le bobinage secondaire 22 est enroulé autour d'un fût 23. Le bobinage secondaire est relié au récepteur.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , les bobinages primaire et secondaire 11 , 22 sont destinés à venir l'un dans l'autre. Plus particulièrement, le bobinage secondaire 22 est destiné à venir à l'intérieur du bobinage primaire 11. Dans un autre mode de réalisation non représenté, c'est le bobinage primaire qui est destiné à venir à l'intérieur du bobinage secondaire. Dans ce cas, le bobinage primaire est enroulé autour du noyau et le bobinage secondaire est enroulé à l'intérieur du manchon.
Bien évidemment, d'autres relations de transfert de flux magnétique entre le bobinage primaire et le bobinage secondaire peuvent être envisagées (bobinage primaire et secondaire de type plaques planes disposées face à face et parallèlement l'une à l'autre, ou bobinage primaire et secondaire de type plaques cintrées de sorte à obtenir des cylindres de diamètres différents aptes à être disposés l'un dans l'autre etc.).
Ainsi, le connecteur inductif peut être adapté à différents systèmes selon l'application.
Bobinage :
Les bobinages primaire et secondaire 11 , 22 sont constitués de la façon décrite ci-après.
Les bobinages primaire et secondaire 11 , 22 comportent des nombres de spires différents suivant les tensions primaires et secondaires.
Dans un mode de réalisation, le bobinage secondaire 22 est plus court en direction axiale que le bobinage primaire 11. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , les bobinages primaire et secondaire s'étendent selon deux cylindres coaxiaux de diamètre différents.
Chaque bobinage 11 , 22 comprend deux conducteurs électriques identiques parallèles. En particulier, chaque bobinage 11 , 22 comprend deux enroulements
34, 35 de fil électrique comportant chacun deux extrémités 31 , 32', 32", 33.
Pour chaque bobinage 11 , 22, les deux enroulements 34, 35 sont entrelacés concentriquement.
Pour chaque bobinage 11 , 22, une extrémité 32' d'un 34 des enroulements 34, 35 est connectée à une extrémité 32" de l'autre 35 des enroulements 34, 35. Ces extrémités 32', 32" connectées et forment un point milieu 32 du bobinage 11 , 22.
Ainsi, les bobinages primaire et secondaire 11 , 22 sont des bobinages trois points de connexion 31 , 32, 33 avec point milieu 32. Les trois points de connexion 31 , 32, 33 du bobinage primaire 11 sont reliés à une carte électronique 13 de l'émetteur qui sera décrite dans la suite.
Les trois points de connexion 31 , 32, 33 du bobinage secondaire 22 sont reliés à la carte électronique 24 du récepteur qui sera décrite dans la suite. Les extrémités libres 31 , 33 des deux enroulements 34, 35 présentent un potentiel en opposition de phase lorsque le bobinage est parcouru par un courant alternatif.
Préférentiellement, la fréquence du courant alternatif est comprise entre 1 kHz et 500 kHz.
Description d'un mode de réalisation :
Le connecteur inductif décrit ci-dessus peut être utilisé dans diverses applications nécessitant l'alimentation sans contact électrique d'un récepteur de puissance R par un émetteur de puissance E, et la transmission de données sans contact électrique entre l'émetteur E et le récepteur R de puissance.
Le fait que l'alimentation et la communication bidirectionnelle se fassent sans contact permet d'adapter le connecteur inductif à un grand nombre d'applications.
Notamment, le connecteur inductif décrit précédemment peut être utilisé avec un élément fixe et un élément mobile par rapport à l'élément fixe. Dans ce cas, l'élément mobile peut être soit l'émetteur de puissance, soit le récepteur de puissance. Le connecteur inductif peut également être utilisé avec deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre. En référence à la figure 3, on va maintenant présenter un exemple d'application dans laquelle le connecteur décrit précédemment peut être utilisé.
Dans cette application, l'émetteur E est un élément mobile comprenant une source d'énergie électrique (non représenté) pour l'alimentation du récepteur R.
Le récepteur R est un élément fixe non autonome sur le plan de son alimentation. Avantageusement, le récepteur R peut ne pas comprendre de moyens de stockage d'énergie (tel qu'une batterie), et être uniquement et exclusivement alimenté par l'émetteur E. Le récepteur R comprend des capteurs 40 pour la mesure de données à transmettre à l'émetteur E.
Plus particulièrement dans cette application, l'émetteur E est un robot marin, et le récepteur R est un pieu enfoncé dans le fond marin 41. Les capteurs 40 du récepteur R permettent la mesure de données sismiques marine.
Le pieu est destiné à rester au fond de la mer pendant plusieurs années (par exemple 10 à 15 ans) et est adapté à être utilisé à des profondeurs importantes (par exemple 2000 mètres sous la surface de mer 42). Le robot est destiné à venir se positionner sur le pieu - par exemple pendant un mois - pour effectuer une campagne de mesure de données sismiques marines.
Les bobinages primaire et secondaire 11 , 22 sont protégés contre la corrosion et le vieillissement. Notamment, les spires des bobinages primaire et secondaire 11 , 22 peuvent comprendre un revêtement en matière thermoplastique inaltérable.
Le mode de fonctionnement d'un tel équipement sous-marin de collecte d'informations géophysiques est le suivant.
Le robot (émetteur E), comprenant le bobinage primaire 11 , se déplace dans la mer 43. Lorsque le robot (émetteur E) est à proximité du pieu (récepteur R), celui-ci vient coiffer le pieu de sorte que le bobinage secondaire 22 pénètre dans le bobinage primaire 11.
Une fois le robot (émetteur E) positionné, le flux magnétique émis par le bobinage primaire 11 est reçu par le bobinage secondaire 22. Ce flux magnétique permet l'alimentation des circuits électroniques du pieu (récepteur R).
Le robot (émetteur E) envoie au pieu (récepteur R) un microprogramme (ou uniquement des paramètres) pour mesurer des données sismiques marines.
Le pieu mesure les données sismiques en utilisant ses capteurs 40.
Une fois les données sismiques mesurées, le pieu (récepteur R) les envoie au robot (émetteur E) qui les stocke dans une mémoire (non représentée), ou les renvoie vers l'extérieur en utilisant des moyens annexes (par exemple une antenne radiofréquence).
Ainsi, les bobinages primaire et secondaire 11 , 22 permettent à la fois l'alimentation sans contact électrique du pieu par le robot et la communication bidirectionnelle sans contact électrique entre le robot et le pieu. Comme rappelé précédemment, la relation de transfert de flux entre le robot et le pieu peut être d'un autre type que l'imbrication du bobinage secondaire dans le bobinage primaire, par exemple de type plaques planes disposées face à face et parallèlement l'une à l'autre, ou bobinage primaire et secondaire de type plaques cintrées de sorte à obtenir des cylindres de diamètres différents aptes à être disposés l'un dans l'autre.
Carte électronique de l'émetteur :
On va maintenant décrire plus en détail un mode de communication et d'alimentation sans contact électrique entre l'émetteur et le récepteur.
L'émetteur comprend : - un circuit pour l'alimentation pour appliquer au bobinage primaire un courant alternatif à basse fréquence d'alimentation,
- un circuit de transmission de données relié au bobinage primaire. Ces circuits sont disposés sur une carte électronique dont les différents éléments vont être décrits plus en détail ci-après.
En référence à la figure 4, on a illustré la carte électronique 13 de l'émetteur E.
Sur le schéma de la carte électronique 13 de l'émetteur figurent des premier, deuxième et troisième points de connexion J1 , J2, J3 destinés à être reliés aux trois points de connexion 31 , 32, 33 du bobinage primaire 11.
Le point milieu 32 du bobinage primaire 11 est raccordé au deuxième point de connexion J2. Les deux extrémités libres 31 , 33 du bobinage primaire 11 sont raccordées aux premier et troisième points de connexion J1 , J3. Le circuit pour appliquer au bobinage primaire un courant alternatif comprend des premier et second interrupteurs Q1 , Q2 commandés par une unité de commande 14. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, l'unité de commande 14 est un microcontrôleur.
Les premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2 permettent de convertir une tension continue en tension alternative (et donc un courant continu en courant alternatif). Notamment, la commutation des premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2 permet la génération du courant alternatif d'alimentation à basse fréquence.
La fréquence du courant alternatif d'alimentation est préférentiellement comprise entre 1 kHz et 500 kHz.
Le bobinage primaire est alimenté à travers une self L1 reliée en J2 au niveau du point milieu 32 du bobinage primaire 11.
Le bobinage primaire 11 forme un circuit résonnant accordé sur la fréquence du courant alternatif basse fréquence par des condensateurs C2, C3 de la carte électronique 13. Les capacités (en Farad) de ces condensateurs sont choisies en fonction de l'inductance (en Henry) du bobinage primaire 11.
L'oscillation à fréquence moyenne (de quelques kilos hertz à quelques centaines de kilo hertz) est entretenue par les premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2.
Un troisième interrupteur commandé Q3 ouvert (i.e. non passant) au démarrage protègent les premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2 des courts circuits lors de la mise sous tension.
Pour générer le courant alternatif d'alimentation dans le bobinage primaire, les premier et second interrupteurs sont pilotés à fréquence fixe par l'unité de commande 14, éventuellement à travers des pilotes U1A, U1 B, par exemple lorsque les premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2 sont des transistors de type MOS ou IGBT.
En particulier, les premier et second interrupteurs sont commandés par des signaux créneaux délivrés par l'unité de commande à des entrées de commande des interrupteurs commandés. Ces signaux créneau sont décalés l'un par rapport à l'autre (i.e. déphasés), comme illustré à la figure 6 qui représente les signaux de commande de l'unité de commande.
Lorsque l'unité de commande 14 commande le blocage 50 du second interrupteur commandé Q2 (état bloqué), l'unité de commande 14 commande, après un « petit » laps de temps 52 (par exemple égale à 0.2μs), la conduction 36 du premier interrupteur Q1 (état passant). Lorsque l'unité de commande 14 commande le blocage 30 du premier interrupteur Q1 , l'unité de commande 14 commande, après un petit laps de temps (typiquement égale à 0.2μs), la conduction 51 du second interrupteur Q2.
De la sorte, les premier et second interrupteurs commandés permettent d'entretenir l'oscillation, dans le bobinage primaire 11 , du courant alternatif d'alimentation.
On notera que le « petit » laps de temps 52 entre la commande de blocage de l'un des interrupteurs commandés Q1 , Q2 et la commande de conduction de l'autre des interrupteurs Q1 , Q2 permet d'éviter que les premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2 ne soient passant en même temps, ce qui pourrait entraîner une détérioration des circuits de l'émetteur.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, pour envoyer des données vers le récepteur R, l'unité de commande 14 de l'émetteur E fait varier les temps de conduction 31 , 51 des premier et second interrupteurs commandés Q1 , Q2.
Ce cycle modifié génère une donnée complémentaire de celle correspondant à une oscillation symétrique. Avantageusement, les données sont transmises en binaire.
Comme illustré à la figure 7, pour transmettre une première valeur 61 de donnée (dans l'exemple, un « 1 »), l'unité de commande 14 délivre des créneaux aux entrées de commande des premier et second interrupteurs.
Les créneaux sur les premier et second interrupteurs sont décalés l'un par rapport à l'autre de sorte que l'état haut (ou niveau haut) du créneau appliqué sur le premier interrupteur Q1 est dans l'intervalle de temps de l'état bas (ou niveau bas) du créneau appliqué sur le second interrupteur Q2, et que le niveau haut du créneau appliqué sur le second interrupteur Q2 est dans l'intervalle de temps du niveau bas du créneau appliqué sur le premier interrupteur Q1.
Pour transmettre une deuxième valeur 60 de donnée (dans l'exemple, un « 0 »), l'unité de commande 14 délivre un créneau sur le premier interrupteur commandé Q1 et aucun créneau sur le second interrupteur commandé Q2.
Le créneau appliqué sur l'un des interrupteurs pour transmettre la deuxième valeur de donnée peut avoir une durée différente de la moitié de la période de résonance du circuit accordé comprenant le bobinage primaire. Par exemple, la durée de ce créneau peut être plus grande que la moitié de la période de résonance.
Selon, le mode de réalisation, les données transmises sont des données 8 bits ou 16 bits. Bien entendu, on peut imaginer d'autres modes de réalisation dans lesquels les données transmises comprennent N bits (ou N est un nombre entier, préférentiellement un multiple de huit). Dans le mode de réalisation illustré à la figure 7, le temps de conduction du premier interrupteur commandé Q1 est allongé lors de la transmission de la deuxième valeur.
En particulier, lors de la transmission de la deuxième valeur, le front de fin 37 du créneau est retardé par rapport à l'instant du front de fin 38 d'un créneau appliqué au premier interrupteur Q1 commandé pour transmettre la première valeur de donnée.
Ainsi, pour transmettre une donnée de l'émetteur vers le récepteur, le circuit de transmission de données de l'émetteur est apte à sélectivement modifier directement la forme d'onde du courant alternatif d'alimentation. Selon une variante, le circuit de transmission de données de l'émetteur est apte à modifier la forme d'onde du courant alternatif d'alimentation uniquement sur une alternance du courant alternatif.
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « alternance », l'une ou l'autre des demi-périodes du courant alternatif d'alimentation, pendant laquelle le courant d'alimentation ne change pas de sens.
Avantageusement, on peut configurer l'émetteur (et le récepteur) de sorte que, lors de l'émission d'une donnée de l'émetteur vers le récepteur, on utilise une alternance ne comprenant pas de valeur de donnée (dite sans modulation ou encore alternance « vierge ») entre deux signaux comprenant une valeur de donnée. Ceci permet d'éviter les dérives de fréquence entre l'émetteur et le récepteur et augmente ainsi la fiabilité du système.
Le deuxième point de connexion J2 est connecté à des moyens permettant :
- l'alimentation du bobinage primaire 11 , et
- la détection et la réception d'un signal émis par le récepteur de puissance.
Ces moyens comprennent une self L1 et un quatrième transistor Q4.
L'alimentation du bobinage primaire 1 1 se fait à travers la self L1 et un dispositif de détection du sens du courant dans la self L1 comportant le quatrième transistor Q4 et une diode D2. Suivant le sens du courant dans la self L1 , le quatrième transistor Q4 conduit ou est bloqué. Ainsi, les inversions de sens du courant dans la self L1 sont détectées par le quatrième interrupteur commandé Q4.
Ceci produit un signal binaire mis en forme (par une cinquième transistor Q5) afin d'être reçu par l'unité de commande 14 qui stocke ce signal binaire ou le renvoie vers un dispositif extérieur.
L'unité de commande 14 échange des données séries avec l'extérieur par des lignes RX et TX. Ces communications sont en « half duplex ».
Carte électronique du récepteur :
En référence à la figure 5, on a illustré la carte électronique 24 du connecteur secondaire 2 du récepteur R.
Sur le schéma électrique de la carte électronique 24 du récepteur figurent des premier, deuxième et troisième points de connexions J1 ', J2', J3' destinés à être reliés aux trois points de connexion 31 , 32, 33 du bobinage secondaire 22.
Le point milieu 32 du bobinage secondaire 22 est raccordé au deuxième point de connexion J2'. Ce deuxième point de connexion J2' est relié à un potentiel de référence (la masse).
Les deux extrémités libres 31 , 33 du bobinage secondaire 22 sont raccordées au premier et troisième points de connexion J1 ' et J3'.
Le signal entre les premier et troisième points de connexion J1 ', J3' peut être filtré par un condensateur C1. La capacité de ce condensateur C1 est choisie (suffisamment petite) de sorte à éviter de créer un circuit résonnant avec le bobinage secondaire 22.
Ainsi, le bobinage secondaire 22 n'est pas accordé à la fréquence du courant alternatif d'alimentation. Ceci permet de retrouver les « défauts » au secondaire, ou plus précisément de retrouver les modifications de forme d'onde générées par l'émetteur au niveau du récepteur. Par exemple, dans le cas d'un courant alternatif d'alimentation de forme sinusoïdale, le fait que le bobinage secondaire ne soit pas accordé sur la fréquence du courant alternatif permet de retrouver les distorsions de la sinusoïde au niveau du récepteur.
Le troisième point de connexion J3' est relié à des moyens pour alimenter le récepteur.
Les moyens pour alimenter le récepteur comprennent une diode D4 et un régulateur 26.
La tension alternative à l'extrémité du bobinage secondaire 22 connectée au troisième point de connexion J3' est redressée par la diode D4 pour fabriquer une tension continue. Cette tension continue est reçue par le régulateur 26.
Le régulateur 26 retourne la tension nécessaire à l'alimentation d'une unité de commande 26 de la carte électronique 24 du récepteur. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, l'unité de commande 26 est un microcontrôleur.
Le premier point de connexion JV est relié à
- des moyens pour l'émission de données vers l'émetteur E.
- des moyens pour la réception de données issues de l'émetteur E, Les moyens pour l'émission de données vers l'émetteur comprennent un premier interrupteur T1 commandé par l'unité de commande 25.
La tension alternative à l'extrémité du bobinage secondaire 22 connectée au premier point de connexion JV est redressée par un pont redresseur. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 5, le pont redresseur comprend une diode D2. L'unité de commande 25 commande la conduction du premier interrupteur commandé T1 à la mise sous tension par l'intermédiaire d'un deuxième interrupteur commandé T2.
L'unité de commande 25 est connectée aux capteurs 40 par des quatrième et cinquième points de connexion J4', J5' pour la réception et l'émission de signaux vers les capteurs 40. Lorsque l'unité de commande 25 reçoit une donnée mesurée d'un des capteurs 40 connectés au quatrième point de connexion J4', elle commande le blocage du premier interrupteur commandé T1 pour interrompre le passage du courant provenant du bobinage secondaire 22. Le blocage du premier interrupteur commandé T1 modifie l'impédance aux bornes du bobinage secondaire 22.
Au niveau de l'émetteur, la modification d'impédance aux bornes du bobinage secondaire 22 induit des variations de courant dans le circuit de l'émetteur (inversion du sens du courant dans la self L1 du circuit émetteur). L'émetteur, qui a détecté l'émission d'une donnée par le récepteur, n'émet plus de données et fournit au bobinage primaire un courant alternatif d'alimentation dans lequel la forme d'onde n'est pas modifiée (i.e. un courant alternatif d'alimentation stable).
Le quatrième interrupteur Q4 de l'émetteur change d'état (passant ou bloqué) en fonction du sens du courant dans la self L1. Ce quatrième interrupteur commandé Q4 produit ainsi un signal binaire correspondant aux valeurs de donnée transmise par le récepteur. Ce signal binaire est mis en forme (par le cinquième interrupteur commandé Q5) et envoyé à l'unité de commande 14 de l'émetteur qui le stocke ou le renvoie vers l'extérieur. C'est ainsi que la transmission de donnée du récepteur vers l'émetteur s'effectue.
Avantageusement, on peut configurer le récepteur de sorte que, lors de rémission d'une donnée du récepteur vers l'émetteur, on utilise N alternances ne comprenant pas de valeur donnée (c'est-à-dire N alternances « vierges ») entre deux signaux comprenant une valeur de donnée. Ceci permet d'augmenter la fiabilité du système.
Préférentiellement, on choisira N compris entre deux et quatre.
Un troisième interrupteur commandé T3 est relié au premier point de connexion J1 \ Le troisième interrupteur commandé T3 est utilisé pour synchroniser l'unité de commande 25 du récepteur sur l'unité de commande
14 de l'émetteur et pour la réception des données issues de l'émetteur. Le fait que la période du signal issu de l'émetteur soit constante permet de disposer d'une horloge synchronisée entre émetteur et récepteur.
Le troisième interrupteur commandé T3 conduit ou est bloqué suivant le sens du courant dans le bobinage secondaire 22, ce qui produit un signal binaire de type signal rectangulaire qui est reçu par l'unité de commande 25.
Lorsque le courant alternatif d'alimentation de la bobine primaire 11 est stable (c'est-à-dire que la forme du signal alternatif d'alimentation n'est pas modifiée par l'émetteur pour envoyer une valeur de donnée), le troisième interrupteur commandé produit un signal (binaire) rectangulaire stable reçu par l'unité de commande. Ce signal rectangulaire stable permet à l'unité de commande du récepteur de se synchroniser sur l'unité de commande de l'émetteur. Ainsi, on obtient une horloge synchronisée entre les dispositifs émetteur et récepteur. La transmission de données est donc beaucoup plus fiable et plus facile qu'avec des systèmes de l'art antérieur dans lesquels le signal d'alimentation électrique est modulé en fréquence pour transmettre des données.
Le troisième interrupteur commandé T3 est également utilisé pour la réception de données issues de l'émetteur.
La distorsion de la forme du courant alternatif d'alimentation provoquée par l'émission d'une donnée par l'émetteur est détectée par le troisième interrupteur commandé T3.
Cette distorsion provoque une variation du signal rectangulaire issu du troisième interrupteur commandé T3 et envoyé à l'unité de commande.
Pour déterminer la valeur de la donnée envoyée par l'émetteur, on calcule le rapport cyclique des signaux rectangulaires issus du troisième interrupteur commandé T3.
En référence à la figure 8, on entend, dans le cadre de la présente invention, par « rapport cyclique », le ratio entre :
- la durée 70, 71 , 72+73 durant laquelle le signal rectangulaire issu du troisième interrupteur commandé T3 est à l'état haut sur une période P et - la durée 74 de cette même période P.
La période P correspond à l'intervalle de temps à la suite duquel le signal issu du troisième interrupteur commandé T3 reprend une même suite de valeurs lorsque la forme du courant alternatif d'alimentation n'est pas modifiée par l'émetteur.
La durée durant laquelle le signal rectangulaire issu du troisième interrupteur commandé T3 est à l'état haut peut correspondre :
- soit à une durée unique 71 sur une période et correspondant à un état haut unique sur ladite période, - soit à la somme de plusieurs durées 72, 73 correspondant à plusieurs états hauts sur ladite période.
Le rapport cyclique est représentatif de la valeur (« 0 » ou « 1 ») de la donnée émise par l'émetteur.
C'est ainsi que s'effectue la transmission de données de l'émetteur vers le récepteur.
Le connecteur décrit précédemment peut être adapté à de nombreuses applications comme par exemple la mesure de contrainte dans une aube de réacteur, ou tout autre application dans laquelle on souhaite alimenter un premier élément grâce à un deuxième élément, et établir une communication bidirectionnelle entre ces deux éléments, les dits éléments pouvant être :
- un élément fixe et un élément mobile par rapport à l'élément fixe,
- ou deux éléments mobiles.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation électrique sans contact et de transmission de données sans contact comprenant un émetteur (E) possédant une source d'énergie électrique et un récepteur (R) non autonome sur le plan de son alimentation électrique, l'émetteur et le récepteur comprenant respectivement un bobinage primaire (11 ) et un bobinage secondaire (22) aptes à se situer dans une relation de transfert de flux magnétique, et l'émetteur comprenant un circuit pour appliquer au bobinage primaire un courant alternatif à basse fréquence d'alimentation de manière à produire sur le bobinage secondaire un courant utilisé pour l'alimentation électrique du récepteur, et l'émetteur et le récepteur possédant des circuits de transmission de données reliés aux bobinages primaire et secondaire, système caractérisé en ce que le circuit de transmission de données côté émetteur est apte à sélectivement modifier directement la forme d'onde dudit courant alternatif d'alimentation, et en ce que le circuit de transmission de données côté récepteur est apte à détecter ces modifications de forme d'onde, pour respectivement transmettre de l'émetteur vers le récepteur des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde, la fréquence du courant alternatif d'alimentation étant constante.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la modification de forme d'onde est appliquée seulement sur une alternance du courant.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données côté émetteur est apte à modifier la symétrie des deux demi-ondes.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bobinage primaire est accordé sur la fréquence du courant alternatif à basse fréquence, et en ce que le circuit de transmission de données comprend au moins un interrupteur (Q1 , Q2) commandé apte à modifier l'excitation du circuit accordé comprenant le bobinage primaire.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données comprend une paire d'interrupteurs commandés (Q1 , Q2) par une unité de commande (14), et en ce que l'unité de commande est apte à délivrer à des entrées de commande des interrupteurs commandés soit des créneaux décalés l'un par rapport à l'autre de sorte que l'état haut de l'un des créneaux est dans l'intervalle de temps de l'état bas de l'autre pour transmettre une première valeur de donnée (61 ), soit un créneau sur l'un des interrupteurs et aucun créneau sur l'autre interrupteur pour transmettre une deuxième valeur de donnée (60).
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le créneau appliqué sur l'un des interrupteurs pour transmettre la deuxième valeur de donnée a une durée différente de la moitié de la période de résonance du circuit accordé comprenant le bobinage primaire.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la durée dudit créneau est plus grande que la moitié de ladite période de résonance.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'instant du front de fin (37) dudit créneau est retardé par rapport à l'instant du front de fin (38) d'un créneau appliqué au même interrupteur commandé pour transmettre la première valeur de donnée.
9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit de transmission côté récepteur est apte à écrêter la tension aux bornes du bobinage secondaire pour produire des signaux rectangulaires représentatifs des valeurs des données transmises par l'émetteur.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport cyclique des signaux rectangulaires est représentatif de la valeur de chaque donnée.
11. Système selon l'une des revendications 1 à10, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données côté récepteur est apte à sélectivement modifier l'impédance aux bornes du bobinage secondaire, et en ce que le circuit de transmission de données côté émetteur est apte à détecter des variations de courant dans le circuit du bobinage primaire.
12. Système selon la revendication 11 , caractérisé en ce que le circuit de transmission de données côté récepteur comprend un interrupteur (T1 ) apte à être mis en court-circuit en aval d'un pont redresseur (D2) relié au bobinage secondaire, de manière à réaliser ladite modification d'impédance.
13. Système selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la dite modification d'impédance est effectuée seulement sur une alternance du courant.
14. Système selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données côté émetteur est apte à détecter une inversion de courant à travers une self (L1 ) connectée au bobinage primaire.
15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que le courant inversé est apte à commander le changement d'état d'un interrupteur (Q4).
16. Système selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le récepteur de puissance ne comprend pas de batterie, l'alimentation du récepteur étant réalisée uniquement par le courant dans le bobinage secondaire.
17. Système selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les bobinages primaire et secondaires s'étendent selon deux cylindres coaxiaux, de diamètres différents, imbriqués l'un dans l'autre.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que le bobinage primaire est à l'extérieur du bobinage secondaire.
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le bobinage secondaire est plus court en direction axiale que le bobinage primaire.
20. Système selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les bobinages primaire et secondaire sont des bobinages trois points (31 , 32,
33) avec point milieu (32).
21. Système selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que la fréquence du courant alternatif est comprise entre environ 1 kHz et 50OkHz.
22. Dispositif émetteur (E) destiné à assurer l'alimentation sans contact d'un dispositif récepteur (R) non autonome sur le plan de son alimentation électrique, et à transmettre des données vers celui-ci, comprenant un bobinage primaire (11 ) destiné à se situer dans une relation de transfert de flux magnétique avec un bobinage secondaire (22) du dispositif récepteur, et un circuit pour appliquer au bobinage primaire un courant alternatif à basse fréquence d'alimentation, ainsi qu'un circuit de transmission de données relié au bobinage primaire, dispositif caractérisé en ce que le circuit de transmission de données est apte à sélectivement modifier directement la forme d'onde dudit courant alternatif d'alimentation, pour sélectivement transmettre des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde.
23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que la modification de forme d'onde est appliquée seulement sur une alternance du courant.
24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données est apte à modifier la symétrie des deux demi- ondes.
25. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que le bobinage primaire est accordé sur la fréquence du courant alternatif à basse fréquence, et en ce que le circuit de transmission de données comprend au moins un interrupteur commandé (Q1 , Q2) apte à modifier l'excitation du circuit accordé comprenant le bobinage primaire.
26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données comprend une paire d'interrupteurs (Q1 , Q2) commandés par une unité de commande (14), en ce que l'unité de commande est apte à délivrer à des entrées de commande des interrupteurs commandés soit des créneaux décalés l'un par rapport à l'autre de sorte que l'état haut de l'un des créneaux est dans l'intervalle de temps de l'état bas de l'autre pour transmettre une première valeur de donnée (61 ), et soit un créneau sur l'un des interrupteurs et aucun créneau sur l'autre interrupteur pour transmettre une deuxième valeur de donnée (60).
27. Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que le créneau appliqué sur l'un des interrupteurs pour transmettre la deuxième valeur de donnée a une durée différente de la moitié de la période de résonance du circuit accordé comprenant le bobinage primaire.
28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que la durée dudit créneau est plus grande que la moitié de ladite période de résonance.
29. Dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce que l'instant du front de fin (37) dudit créneau est retardé par rapport à l'instant du front de fin (38) d'un créneau appliqué au même interrupteur commandé pour transmettre la première valeur de donnée.
30. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 29, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données est apte à détecter des variations de courant dans le circuit du bobinage primaire, de manière à permettre la transmission de données du dispositif récepteur vers le dispositif émetteur.
31. Dispositif selon la revendication 30, caractérisé en ce que la dite modification d'impédance est effectuée seulement sur une alternance du courant.
32. Dispositif selon la revendication 30 ou 31 , caractérisé en ce que le circuit de transmission de données côté émetteur est apte à détecter une inversion de courant à travers une self (L1 ) connectée au bobinage primaire.
33. Dispositif selon la revendication 32, caractérisé en ce que le courant inversé est apte à commander le changement d'état d'un interrupteur (Q4).
34. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 33, caractérisé en ce que le bobinage primaire s'étend selon un cylindre dans un fourreau (12) destiné à recevoir le bobinage primaire.
35. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 34, caractérisé en ce que le bobinage primaire est un bobinage trois points (31 , 32, 33) avec point milieu (32).
36. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 35, caractérisé en ce que la fréquence du courant alternatif est comprise entre environ 1 kHz et 500 kHz.
37. Utilisation d'un dispositif émetteur selon l'une des revendications 22 à 36 dans un robot sous-marin destiné à coopérer avec des équipements sous-marins de collecte d'informations géophysiques.
38. Dispositif récepteur (R) non autonome sur le plan de son alimentation électrique et destiné à être alimenté sans contact par un dispositif émetteur (E), à émettre des données vers celui-ci et à recevoir des données à partir de celui-ci, comprenant un bobinage secondaire (22) destiné à se situer dans une relation de transfert de flux magnétique avec un bobinage primaire (11 ) du dispositif émetteur, un circuit pour alimenter le dispositif à partir d'un courant alternatif à basse fréquence circulant dans le bobinage secondaire, et un circuit de transmission de données apte à détecter des modifications de la forme d'onde du courant alternatif lui-même, pour respectivement recevoir des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde.
39. Dispositif selon la revendication 38, caractérisé en ce que le circuit de transmission est apte à écrêter la tension aux bornes du bobinage secondaire pour produire des signaux rectangulaires représentatifs des valeurs des données reçues.
40. Dispositif selon la revendication 39, caractérisé en ce que le rapport cyclique des signaux rectangulaires est représentatif de la valeur de chaque donnée.
41. Dispositif selon l'une des revendications 38 à 40, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données est apte à sélectivement modifier l'impédance aux bornes du bobinage secondaire, pour respectivement envoyer des données de valeurs différentes correspondant à différents états d'impédance destinés à être détectés par le dispositif émetteur.
42. Dispositif selon la revendication 41 , caractérisé en ce que le circuit de transmission de données comprend un interrupteur (T1 ) apte à être mis en court-circuit en aval d'un pont redresseur (D2) relié au bobinage secondaire, de manière à réaliser ladite modification d'impédance.
43. Dispositif selon la revendication 41 ou 42, caractérisé en ce que la dite modification d'impédance est effectuée seulement sur une alternance du courant.
44. Dispositif selon l'une des revendications 38 à 43, caractérisé en ce que le bobinage secondaire s'étend selon un cylindre sur un fût (23) autour duquel le bobinage secondaire est destiné à être placé.
45. Dispositif selon l'une des revendications 38 à 44, caractérisé en ce que le bobinage secondaire est un bobinage trois points (13, 32, 33) avec point milieu (32).
46. Dispositif selon l'une des revendications 38 à 45, caractérisé en ce que la fréquence du courant alternatif est comprise entre environ 1 kHz et 500 kHz.
47. Equipement sous-marin de collecte d'informations géophysiques, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif récepteur (R) selon l'une des revendications 38 à 46.
48. Système d'alimentation électrique sans contact et de transmission de données sans contact entre une structure fixe et un équipage tournant d'une machine, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif émetteur selon l'une des revendications 22 à 36 sur la structure fixe et un dispositif récepteur selon l'une des revendications 38 à 46 sur l'équipage tournant, le bobinage primaire et le bobinage secondaire étant cylindriques et agencés l'un autour de l'autre selon l'axe de rotation de l'équipage tournant.
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