EP0943149A1 - Systeme pour la fourniture d'electricite, borne et socle correspondants - Google Patents

Systeme pour la fourniture d'electricite, borne et socle correspondants

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EP0943149A1
EP0943149A1 EP97948978A EP97948978A EP0943149A1 EP 0943149 A1 EP0943149 A1 EP 0943149A1 EP 97948978 A EP97948978 A EP 97948978A EP 97948978 A EP97948978 A EP 97948978A EP 0943149 A1 EP0943149 A1 EP 0943149A1
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EP
European Patent Office
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base
terminal
coil
electrical
plate
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EP97948978A
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EP0943149B1 (fr
Inventor
Jacques Andres
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Individual
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Publication of EP0943149B1 publication Critical patent/EP0943149B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings

Definitions

  • the field of the invention is that of the supply of electrical energy, for a load 5 of unknown value, without mechanical contact, especially outdoors and in public places.
  • This support has many advantages, the main one being the very low acquisition cost for the user.
  • the outlet is perfectly suited for most uses but poses inevitable problems for certain conditions of use. This is generally the case for sockets installed outside, in particular buried terminals, which are in contact with harsh environments due to their environment and conditions
  • the electrical power distribution cabinets and the terminals are constantly “pushing" for multiple uses: tolls, security, lighting, telecommunications ...
  • the profusion and 61 are constantly “pushing" for multiple uses: tolls, security, lighting, telecommunications ...
  • a lock that seizes up, a valve that no longer closes, rough handling, are all causes of breakdowns related to the condition of retraction of the sockets and their access by a hatch.
  • the invention in particular aims to overcome these drawbacks of the state of the art.
  • An objective of the invention is to eliminate any mechanical connection interface and to permanently isolate the exterior of the electrical network by making the connection itself by a simple act which is not subject to failure, such as depositing an object on another.
  • the invention relates to a system for the supply of electrical energy, in particular outdoors and in public places, comprising:
  • a buried and / or walled part comprising a first inductive coil supplied by an electrical network.
  • the power supply of the base is made, from the network, in single-phase or preferably, for a reason of transmitted power, in three-phase current generally 230 volts 50 or 60 Hertz (depending on the country), this frequency is amplified by a stage electronics fulfilling the function of a resonance inverter which supplies, using IGBT components, a chopped current at the frequency of approximately 20 Kz or more.
  • the resulting current is led to the inductive coil at a voltage of around 350 V by a cord.
  • the inductive coil is in the form of a plate of approximately 22.5 cm in diameter which houses 6 concentric turns. Each turn is the result of a braiding of approximately 1000 strands isolated each strand with a diameter of 0.18 mm.
  • This first coil is provided with an intermediate output, which makes it possible to transmit only part of the power, and
  • a mobile part, called terminal comprising a second inductive coil supplying at least one socket, and designed to be placed opposite said base so as to allow induction coupling between said first and second coils, so that the electrical energy received from said electrical network can be transmitted to said outlet without electrical connection between said base and said terminal.
  • the electronics of the mobile part rectifies a current of 350 V picked up by the receiving plate which is transformed into 230 V alternating current by a conventional inverter stage to provide a power of approximately 4 to 6 W.
  • said base has a sealed package, at least the part of which faces said terminal is made of a non-magnetic material.
  • said first coil and / or said second coil are placed in a core made of magnetic material.
  • Said magnetic material comprises for example ferrite, at least one rare earth, (cobalt) or a mixture of these materials.
  • said base comprises first electronic means ensuring at least one of the functions belonging to the group comprising:
  • the transmitting system self-protects by a relay circuit breaker. This accidental break in the power supply automatically opens the circuit breaker of the mobile terminal. The transmitting system automatically rearms beyond a defined time delay. To restart the mobile terminal, the user must manually reset the circuit breaker located on it and resume the general procedure for starting up the system. • transfer of data to a centralizing device, for example by modulation of the carrier current type on said electrical network. This may allow, for example, central billing of the power supply.
  • said terminal comprises second electronic means ensuring the transformation of a high frequency electrical signal received by said second coil into a low frequency electrical signal intended to supply said socket.
  • said terminal comprises at least one of the elements belonging to the group comprising: 1
  • the system of the invention comprises means for promoting and / or controlling the positioning of said terminal opposite said base, belonging to the group comprising:
  • optical means ensuring the transmission of an optical signal emitted in the visible or invisible spectrum, for example in infrared from said terminal to a corresponding sensor in said base.
  • an infrared optical transmitter housed in the center of the magnet in the ring of the mobile terminal tray transmits information digital to the infrared optical receiver housed in the center of the magnet in the central ring of the base plate buried opposite. This two-way communication is permanent during system operation.
  • the invention can also include means for locking said terminal on said base, preventing the withdrawal of said terminal as long as the energy transfer is effective. Said locking means advantageously use magnetic forces.
  • the invention also relates to the terminals and bases of such a system.
  • Figure 2 shows a base according to the invention, in section.
  • Figures 6 and 7 show the same thing in an industrial version.
  • Figure 3 illustrates, in more detail, in section, the components of a system according to the invention
  • Figure 4 shows, in perspective, another presentation of a base and a terminal according to the invention.
  • Figure 5 illustrates the operating principle of the invention.
  • a portable socket (see also figure 1) containing a take-up coil with on-board electronics and incorporated female electrical sockets, to which the user connects.
  • the source transmitter coil is buried. Completely static, it is enclosed in a sealed package and is presented at ground level in the form of a circular induction hob with a coating suitable for public spaces and in particular non-slip and discreet.
  • the base rests on the ground. The whole emerges half a centimeter from the ground on which it is fixed.
  • the monobloc assembly is itself fitted into a lost well.
  • the bases are not a constraint capable of conditioning the use of the platform to a single activity, and this thus extends its use value to multiple uses such as markets, local entertainment. or commercial or sporting events. Hardly visible at eye level, they do not disfigure the squares and respect tourist sites. All the bases can be used by all those who have a corresponding induction socket. In the case of markets, the induction socket behaves like a standard multiple socket. More generally, the user will be able to obtain differentiated services by placing receiving coils dedicated to multiple uses on the base, for example a lighting chandelier which lights up by simple positioning on a base or safety signs on track or light beacon made using the bases as possible grids.
  • the bases are inert sub-assemblies which can be installed simply and economically using suitable tools. Unlike the traditional underground solution, using the induction solution, the investor only directly finances the infrastructure for installing the studs because the sockets themselves are fully or partially taken care of by individual or collective customers.
  • the buried base is delivered in the form of a hollowed-out concrete cube, covered with a visible metal plate (see Figure 7) on the ground on which the structural drawings facilitate the centering of the mobile terminal and promote air circulation suitable for cooling the transmitter plate when it is covered by the mobile terminal.
  • This cube is housed the electronic unit.
  • This assembly is waterproof, it is placed in a well dug for this purpose and connected with the external electricity distribution network by an electrical distribution cable leaving the cube.
  • a device surrounding the housing makes it possible to distribute and evacuate the calories emitted by the internal electronics in the manner of the radiators fixed on the power transistors. . See figure 7. Special feature of the transmitter board.
  • the circular emitting plate visible on the ground is covered with a plastic element (see FIG. 6) of a design such that it ensures effective protection of the plate and that it retains its initial shape without undergoing deformations following the cumulative heat of the sun, the transmitting coil and the receiving coil of the terminal placed on it.
  • This protective part in the form of an overturned plate whose edges are sandwiched between the metal plate visible on the ground and the concrete cover on which this plate is fixed.
  • This system itself seals the transmitter tray between the public road and the buried base and allows, if necessary, a simple repair and exchange intervention.
  • the installation time of the studs is reduced due to the simplicity of installation and suitable tools.
  • a plate on the ground withstands the marine environment of ports better than the traditional costly outlets for maintenance in these environments.
  • the stud does not require any particular maintenance.
  • Compact and waterproof in design it is designed to withstand the conditions of use of public platforms - cleaning - vehicle wheels - etc. and respects security constraints vis-à-vis the various layers of the human and animal population.
  • Their very operating principle means that they can only be activated in the presence of a receiving coil socket, which gives them operational reliability.
  • the bases are marked on the ground and the network of studs can of course be connected to a self-service electricity distribution terminal like those available to electric vehicles. In the latter case - the electronic payment terminals in question having already been tested through multiple installations on the streets and in car parks - the maintenance of the electronic payment terminal system and associated network will be considerably reduced due to the total absence of parts associated mechanics.
  • the terminal, or portable induction socket ffigure 1)
  • the portable outlet contains a take-up coil with a female electrical outlet incorporated in the case of applications for marketplaces and in the distribution of electrical energy in general. Totally static, it is enclosed in a sealed packaging and is in the form of a cylindrical cover which is placed over the stud. It has two handles for easy transport and several sheltered sockets that deliver electricity.
  • the mobile bollard is proportioned and designed in order to highlight the carrying handle, to limit the height of fall of the bollard when it is transported, to favor a simple assembly and to make its disassembly impossible without destruction. It aims to be of a form familiar to users and of simplified ergonomics without reference to electronics. Attached is the drawing of the terminal in Figure 8. The mobile terminal is made up during its assembly phase:
  • the electronic module of the terminal is installed with a single manipulation in the hull, after having connected the equipment by snap-action of the receiving plate in the rubber crown at the base of the hull. This operation is only reversible with appropriate tools. Specific tools are made to allow the module to be force-fitted into the terminal, the latter being assembled upside down.
  • This terminal known as a mobile terminal, itself houses an inductive transceiver allowing the reading and writing of digital information coming from so-called contactless cards in order to allow the user to start his terminal and to pay for his electricity himself. to an electronic wallet.
  • This electronic payment system can be installed in each mobile terminal; it complements the operating modes defined below under the heading: description of operating modes.
  • the portable induction plug is stored with the user or the manager of the outlet fleet. It is therefore invisible outside the period of use.
  • Household, heating, lighting or kitchen appliances can be fitted with an integrated transmission socket or connected to an induction socket.
  • the block complies with the security constraints vis-à-vis the different layers of the population, in particular allowing rapid disconnection in the event of an anomaly.
  • Transmissions of digital information between the socket and the network can allow personalized recognition of the user.
  • Electronic access keys or even all-purpose terminals for security services can thus be programmed.
  • Maintenance is not absent from this system but is considerably limited and respects the urgency. It does not take care of the pads, but only the connection to the network. A broken pad does not require intervention on the site but only an exchange.
  • One solution is to have one or two pads available on the market for maintenance needs.
  • the exchange service for the terminals can be delegated to the concessionaire or to a specialized maintenance company.
  • the invention therefore relates to the provision of electrical energy in public or private places exposed for example to outdoor atmospheric conditions (places where it is not desired a profusion of fixed urban material on the surface (for example public places) but where there is a temporary need for energy (market days, fairgrounds, ballroom lighting, ...) of low power, less than 10 kW for example.
  • This new contactless connection system is intended to replace the existing electrical connections by plugs of the male-female type.
  • This system is composed of:
  • the buried part is the source of energy. It is placed in a concrete well into which the low-voltage electrical network arrives. Once connected to the network, it is bolted to the ground. A seal placed underneath prevents any water infiltration.
  • the set is designed for quick connection and exchange of sources. Its apparent surface at ground level is made of non-magnetic material, non-slip and provided with appropriate signage. Its mechanical strength allows the passage of an automobile.
  • the source consists of control electronics associated with an inductive coil placed in a core of magnetic materials of ferrite type or rare te ⁇ es (cobalt ...) which creates the magnetic field. The advantage of this type of material is allow strong couplings with reduced losses while having a directive magnetic field.
  • the control electronics have several roles:
  • the mobile part includes:
  • control electronics to transform the received HF signal into usable current / voltage
  • It can also be fitted with a card reader (or other similar portable object) enabling the distribution to be associated with a payment. Its weight allows it to be transported by one person (less than 10 kg).
  • This mobile part can be dedicated by being equipped for example with a lamppost, a light security cone, emergency electrical equipment, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

SYSTEME POUR LA FOURNITURE D ' ELECTRICITE , BORNE ET SOCLE CORRESPONDANTS
Le domaine de l'invention est celui de la fourniture d'énergie électrique, pour une charge 5 de valeur inconnue, sans contact mécanique, notamment en extérieur et dans les lieux publics.
La mise à disposition de l'énergie électrique provenant d'un réseau public ou privé, se réalise aujourd'hui à travers un support de connexion simple qui est la prise de courant.
Ce support a de nombreux avantages dont le principal est le coût d'acquisition très faible 10 pour l'utilisateur.
Ce support a toutefois des inconvénients majeurs dont les principaux, que l'on peut résumer ainsi, sont :
• les choix de normalisation des différents pays rendent souvent incompatibles les différentes sortes de prises dans les branchements mâle, femelle ;
15 • toute prise de courant fournissant l'énergie doit protéger ses conducteurs par des constituants mécaniques.
• la sécurité de l'utilisateur doit être assurée quelques puissent être les défauts de l'installation (disjoncteur différentiel);
• la connexion mécanique est sujette à tous les aléas (eau, oxydation, mauvais 20 contact,... )
En d'autres termes, la prise de courant est parfaitement adaptée à la majorité des usages mais pose des problèmes inévitables pour certaines conditions d'utilisation. C'est le cas en général des prises installées à l'extérieur, notamment des bornes enterrées, qui sont en contact avec des ambiances sévères dues à leur environnement et aux conditions
25 climatiques qu'elles subissent : air marin, poussières, pluies, orages violents etc,... voire, en plus, pour les bornes installées sur la voie publique des problèmes de vandalisme. Les bornes enterrées destinées aux raccordements du réseau EDF à l'espace public commencent à préoccuper sérieusement les collectivités de par les coûts qu'elles génèrent pour leur maintenance. La solution qui consiste à les mettre en coffret, au dessus du sol,
30 contribue au fait que les lieux et voies publiques abondent de mobilier urbain. Les armoires de distribution d'énergie électrique et les bornes ne cessent de « pousser » pour de multiples usages : péages, sécurité, éclairage, télécommunications ... La profusion et 61
la diversité de ces « caissons » en plein air ainsi que les travaux et les coûts qu'Us génèrent inquiètent les élus.
Pour toutes les collectivités, une bonne distribution d'énergie électrique est celle qui ne se voit pas, qui n'encombre pas et qui est disponible sans intervention de spécialiste. L'effort actuel des élus tend à favoriser l'adoption de solutions qui permettent la prise en charge des dépenses par celui qui consomme.
Dans le domaine des bornes de distribution d'électricité l'usage profite à l'utilisateur, le paysage lui, est supporté par les riverains. L'érection des bornes fixes qui quadrillent les places de marchés notamment rend la surface difficilement convertible à d'autres manifestations pour l'animation du quartier. L'accès à l'énergie est de plus concédé ponctuellement avec une procédure d'ouverture ou de fermeture de tout le réseau de la plate-forme. Plusieurs usages se présentent avec plusieurs réseaux électriques. C'est ainsi que les voitures électriques utilisent leur propre réseau sur la voie publique, les services municipaux leurs prises dédiées. D'autres prises sont utilisées pour les servitudes et les marchands ambulants qui alimentent leurs balances et leur chauffage. Selon encore un autre aspect, on constate que l'accès au réseau électrique, notamment en France, n'est pas valorisé. Depuis cinquante ans nous consommons l'électricité sans nous préoccuper du réseau qui la transporte. Il nous était en quelque sorte offert. Dans le même état d'esprit les collectivités acceptent mal d'investir dans une prise de courant "publique" fusse-t'elle enterrée. Pour le client final le prix doit être faible et les moyens mis en oeuvre pour la fourniture sont sans intérêts pourvu que l'énergie soit disponible. La disponibilité est la qualité principale exigée des bornes enterrées de distribution d'électricité. Cette contrainte de fonctionner tout le temps entraîne des coûts de maintenance importants pour les bornes enterrées qui sont soumises à tout les aléas du pavé. Les premières expériences font ressortir des coûts de 70 à 80 000 Francs par an pour cent bornes avec des dysfonctionnements constatés souvent d'origine mécanique ou liés à l'introduction d'eau de pluie ou de nettoyage. Ce coût peut être réduit considérablement avec des installations statiques.
Par ailleurs, établir une facture d'électricité avec TVA pour 17,25 Francs, par exemple, ne fait pas l'unaninité et n'allège pas les comptabilités. De ce point de vue l'accès en libre service simplifierait la relation du client final avec le fournisseur d'énergie par un pré- 1
paiement, en permettant l'absence d'autorisation et de personnel dédié pour le branchement.
Les technologies mises en oeuvre actuellement sont essentiellement électromécaniques, elles ne peuvent pas se contenter d'une maintenance préventive. Elles doivent résister aux conditions sévères de leur environnement. Le lavage par jet d'eau à haute pression infiltre dans les puits et dans les prises les détritus et les boues des sols.
Un verrou qui grippe, un clapet qui ne ferme plus, une manipulation brutale, sont autant de causes de pannes liées à la condition d'escamotage des prises et à leur accès par une trappe. L'invention à notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de la technique.
Un objectif de l'invention est d'éliminer tout interface mécanique de connexion et d'isoler en permanence l'extérieur du réseau électrique en réalisant la connexion elle même par un acte simple et non sujet à défaillance comme le dépôt d'un objet sur un autre. Ces objectifs sont atteints, selon la présente invention, à l'aide d'une transmission de courant par induction dans le but d'alimenter une ou des prises électriques femelles sur laquelle l'utilisateur branchera ses installations personnelles.
Un certain nombre d'aspects nouveaux sont liés à l'invention. Ils visent notamment une protection naturelle de l'environnement par rapport aux rayonnements, un conditionnement offrant les garanties de robustesse attendues, la possibilité de transmettre au réseau et de recevoir du réseau des informations de type numériques etc. L'extension vers des applications dérivées est également proposée. Plus précisément, l'invention concerne un système pour la fourniture d'énergie électrique, notamment en extérieur et dans des lieux publics, comprenant :
• une partie enterrée et/ou emmurée, appelée socle, comprenant une première bobine inductive alimentée par un réseau électrique. L'alimentation du socle est faite, à partir du réseau, en monophasé ou de préférence, pour une raison de puissance transmise, en courant triphasé généralement 230 volts 50 ou 60 Hertz (en fonction des pays), cette fréquence est amplifiée par un étage électronique remplissant la fonction d'un onduleur à résonance qui fournit à l'aide de composants IGBT un courant haché à la fréquence d'environ 20 Kz ou plus. Le courant résultant est conduit à la bobine inductive à une tension d'environ 350 V par un cordon. La bobine inductive se présente sous la forme d'un plateau d'environ 22,5 cm de diamètre qui loge 6 spires concentriques. Chaque spire est la résultante d'un tressage d'à peu près 1000 brins isolés chaque brin d'un diamètre de 0,18 mm. Cette première bobine est pourvue d'une sortie intermédiaire, ce qui permet de ne transmettre qu'une partie de la puissance, et
• une partie mobile, appelée borne, comprenant une seconde bobine inductive alimentant au moins une prise de courant, et prévue pour être placée en regard dudit socle de façon à permettre un couplage par induction entre lesdites première et seconde bobines, de façon que l'énergie électrique reçue dudit réseau électrique puisse être transmise à ladite prise de courant sans connexion électrique entre ledit socle et ladite borne. L'électronique de la partie mobile redresse un courant de 350 V capté par le plateau récepteur qui est transformé en courant 230 V alternatif par un étage onduleur classique pour fournir une puissance d'environ 4 à 6 W.
Avantageusement, ledit socle présente un conditionnement étanche, dont au moins la partie venant en regard de ladite borne est réalisée dans un matériau non magnétique. De façon préférentielle, ladite première bobine et/ou ladite seconde bobine sont placés dans un noyau en matériau magnétique. Ledit matériau magnétique comprend par exemple de la ferrite, au moins une terre rare, (cobalt) ou un mélange de ces matériaux.
Avantageusement, ledit socle comprend des premiers moyens électroniques assurant au moins une des fonctions appartenant au groupe comprenant :
• transformation d'un signal électrique basse fréquence reçu via ledit réseau électrique en un signal électrique haute fréquence alimentant ladite première bobine ;
• détection de la présence et/ou identification de ladite borne. Le rendement optimal du système est conditionné par une disposition concentrique de deux plateaux posés l'un sur l'autre. Pour obtenir ce résultat le centre du plateau émetteur et récepteur est percé sur un diamètre de 3 cms. Dans ce trou est inséré un aimant en anneau qui se présente comme une bague tenue en force. L'intensité du champ magnétique détecté lors de l'interaction des deux aimants 1
l'un sur l'autre déclenche ou ne déclenche pas, suivant le positionnement, le fonctionnement de l'interface optique du récepteur de communication décrit ci- dessous et par suite l'émission effective d'un champ inductif de la bobine du socle enterré sur la bobine réceptrice. Une autre possibilité est d'utiliser la sortie intermédiaire de la bobine du socle, en n'alimentant que cette partie du bobinage source on génère une petite puissance juste suffisante pour établir la communication avec la partie mobile. Quand la partie mobile est reconnue, à la suite d'un échange d'informations entre plot et borne, un contact mécanique ou statique connecte le reste du bobinage source et la totalité de la puissance est transmise.
• validation d'un transfert d'énergie entre lesdites bobines
• limitation de la puissance transmise. Cette limitation est gérée sous la forme d'un algorithme de régulation programmé dans un composant REPROM permettant à l'électronique enterrée de réagir aux appels de puissance variables provenant de la borne. ;
Au-delà d'un courant d'appel de 32 Ampères sur 200 milliseconde détecté par la borne mobile et transmis à l'électronique enterrée par la communication de la borne vers l'électronique enterrée, le système émetteur se met en autoprotection par un relais disjoncteur. Cette rupture accidentelle d'alimentation entraîne automatiquement l'ouverture du disjoncteur de la borne mobile. Le système émetteur se réarme automatiquement au delà d'un temporisation définie. Pour faire redémarrer la borne mobile l'utilisateur doit réarmer manuellement le disjoncteur situé sur celle ci et reprendre la procédure générale de mise en route du système. • transfert de données vers un dispositif centralisateur, par exemple par une modulation du type courant porteur sur ledit réseau électrique. Ceci peut permettre, par exemple, la facturation en central de la fourniture de courant.
Preférentiellement, ladite borne comprend des seconds moyens électroniques assurant la transformation d'un signal électrique haute fréquence reçue par ladite seconde bobine en un signal électrique basse fréquence prévu pour alimenté ladite prise de courant. De façon avantageuse, ladite borne comprend au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant: 1
• un voyant indiquant l'existence d'un transfert d'énergie
• au moins une prise de raccordement électrique d'un standard connu;
• un dispositif de lecture d'objets portatifs à mémoire, pour l'autorisation d'utilisation de ladite borne et/ou le paiement de l'énergie électrique consommée;
• un matériel électrique spécifique, tel qu'un lampadaire, un cône lumineux, du matériel de secours ;
• au moins une poignée de transport.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le système de l'invention comprend des moyens pour favoriser et/ou contrôler la mise en place de ladite borne en regard dudit socle, appartenant au groupe comprenant:
• des moyens mécaniques de guidage pour la mise en place de ladite borne et/ou son accrochage audit socle ;
• des moyens optiques, assurant la transmission d'un signal optique émis dans le spectre visible ou invisible par exemple en infrarouge depuis ladite borne vers un capteur correspondant dans ledit socle.
Afin de transmettre les informations d'identification et de régulation de la borne vers le socle enterré et en l'absence de contact, un émetteur optique infrarouge logé au centre de l'aimant dans l'anneau du plateau de la borne mobile transmet une information numérique au récepteur optique infrarouge logé au centre de l'aimant dans l'anneau central du plateau du socle enterré en vis-à-vis. Cette communication, de type bidirectionnelle, est permanente pendant le fonctionnement du système.
Il peut également comprendre des moyens de verrouillage de ladite borne sur ledit socle, interdisant le retrait de ladite borne tant que le transfert d'énergie est effectif. Lesdits moyens de verrouillage mettent avantageusement en œuvre des force magnétiques. L'invention concerne également les bornes et les socles d'un tel système.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un mode de réalisation préférentiel, et des dessins annexes, parmi lesquels : • la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'une borne selon l'invention, la figure 8 montre la même chose en version industrielle;
• la figure 2 présente un socle selon l'invention, en coupe. Les figures 6 et 7 présentent la même chose en version industrielle.
• la figure 3 illustre, de façon plus détaillée, en coupe, les éléments constitutifs d'un système selon l'invention ;
• la figure 4 présente, en perspective, une autre présentation d'un socle et d'une borne selon l'invention ; et « la figure 5 illustre le principe de fonctionnement de l'invention.
Le système de l'invention se présente en deux éléments totalement distincts et non appairés (figure 4) :
• un socle (voir également figure 2) qui est figé au ras du sol contenant une bobine émettrice source ;
• une prise portable (voir également figure 1) contenant une bobine réceptrice avec l'électronique embarquée et des prises électriques femelles incorporées, sur lesquelles se branche l'utilisateur.
Le socle ("figure 2)
La bobine émettrice source est enterrée. Totalement statique elle est enfermée dans un conditionnement étanche et se présente au niveau du sol sous la forme d'une plaque à induction circulaire disposant d'un revêtement adapté à l'espace publique et notamment antidérapant et discret. Le socle prend appui sur le sol. L'ensemble émerge d'un demi centimètre par rapport au sol sur lequel il est fixé. L'ensemble monobloc est lui même emmanché dans un puits perdu.
Disposés à raz du sol les socles ne sont pas une contrainte susceptible de conditionner l'usage de la plate-forme à une seule activité et celle ci étend ainsi sa valeur d'usage à de multiples affectations telles que les marchés, l'animation locale ou les manifestations commerciales ou sportives. Peu visibles à hauteur d'homme ils ne défigurent pas les places et respectent les sites touristiques. Tout les socles peuvent être utilisées par tout ceux qui disposent d'une prise à induction correspondante. Dans le cas des marchés la prise à induction se comporte comme une prise multiple standard. Plus généralement l'utilisateur pourra obtenir des servic-es différenciés par le fait de poser des bobines réceptrices dédiées à de multiples usages sur le socle comme par exemple un chandelier d'éclairage qui éclaire par simple positionnement sur un socle ou une signalisation de sécurité sur voie ou un balisage lumineux réalisé en utilisant les socles comme des quadrillages possibles. Les socles sont des sous ensembles inertes qui peuvent s'implanter simplement et de façon économique en utilisant un outillage adapté. Contrairement à la solution de borne traditionnelle enterrée, en utilisant la solution par induction l'investisseur ne finance directement que l'infrastructure d'implantation des plots car les prises elles mêmes sont prises en charge totalement ou en partie par les clients individuels ou collectifs. Le socle enterré est livré sous la forme d'un cube évidé en béton, recouvert d'une plaque métallique visible (voir figure 7) au sol sur laquelle les dessins de structure facilitent le centrage de la borne mobile et favorisent une circulation d'air propice à refroidir le plateau émetteur lorsque celui-ci est recouvert par la borne mobile. Dans ce cube est logé le boîtier électronique. Cet ensemble est étanche, il est posé dans un puits creusé à cet effet et raccordé avec le réseau extérieur de distribution d'électricité par un câble de distribution électrique sortant du cube . Afin d'assurer la température d'ambiance compatible avec l'électronique dans ce confinement étanche, un dispositif entourant le boîtier permet de répartir et d'évacuer les calories émises par l'électronique interne à la manière des radiateurs fixés sur les transistors de puissance. Voir figure 7. Particularité du plateau émetteur.
Le plateau émetteur circulaire visible au sol est recouvert d'un élément en matière plastique (voir figure 6) d'une conception telle qu'elle assure la protection efficace du plateau et qu'elle conserve sa forme initiale sans subir de déformations consécutives à la chaleur cumulée du soleil, de la bobine émettrice et de la bobine réceptrice de la borne posée sur elle..
Cette pièce de protection à la forme d'une assiette renversée dont les bords sont pris en sandwich entre la plaque métallique visible au sol et le couvercle de béton sur lequel cette plaque est fixée. Ce système assure de lui-même l'étanchéité du plateau émetteur entre la voie publique et le socle enterré et permet en cas de nécessité une intervention d'échange réparation simple.
Le temps d'installation des plots est réduit du fait de la simplicité de pose et d'un outillage adapté.
Une plaque sur le sol résiste mieux à l'ambiance marine des ports que les prises traditionnelles coûteuses en maintenance dans ces ambiances.
Absolument statique le plot ne nécessite pas de maintenance particulière. Compact et étanche de conception il est étudié pour résister aux conditions d'usage des plates-formes publiques - nettoyages - roues de véhicules - etc et respecte les contraintes de sécurité vis à vis des différentes couches de la population humaine et animale. Leur principe même de fonctionnement fait qu'il ne peuvent être activés qu'en présence d'une prise bobine réceptrice ce qui leur confère une sûreté de fonctionnement. Les socles sont repérés au sol et le réseau de plots peut bien entendu être connecté à une borne de distribution d'électricité en libre service comme celles qui sont à la disposition des véhicules électriques. Dans ce dernier cas de figure - les bornes monétique en question ayant déjà été éprouvées à travers de multiples installations sur les rues et dans les parkings - la maintenance du système borne monétique et réseau associé sera réduit considérablement du fait de l'absence totale de parties mécaniques associées. La borne, ou prise portable a induction ffigure 1)
La prise portable contient une bobine réceptrice avec une prise électrique femelle incorporée dans le cas des applications pour les places de marchés et de la distribution d'énergie électrique en général. Totalement statique elle est enfermée dans un conditionnement étanche et se présente sous la forme d'un couvercle cylindrique qui se pose en recouvrement du plot. Elle dispose de deux poignées facilitant son transport et de plusieurs prises de courant abritées qui délivrent l'électricité.
Disposée en recouvrement d'un plot actif elle adhère au sol et ne peut être déplacée pendant la durée de la livraison d'énergie. Elle se « décolle » automatiquement lorsque le plot ne perçoit plus de courant ou en cas d'arrêt d'urgence. Elle renferme les dispositifs de protection standards et dispose d'un interrupteur d'urgence actionnable au pied. Elle est conçue avec des matériaux qui limitent en canalisant le flux la diffusion des rayonnements magnétiques pendant la période de fonctionnement. Elle est dotée d'un système de transmission d'informations au réseau. La borne mobile est proportionnée et dessinée dans le but de mettre en évidence la poignée de transport, de limiter la hauteur de chute de la borne lorsqu'elle est transportée, de favoriser un montage simple et de rendre impossible son démontage sans destruction. Elle se veut d'une forme familière aux utilisateurs et d'une ergonomie simplifiée sans référence à l'électronique. Ci-joint le dessin de la borne figure 8. La borne mobile est constituée dans sa phase de montage :
• du plateau récepteur sur lequel sont fixés les cartes et composants électroniques sur un radiateur d'un profil carré de 4 cm de côté sur 10 cm de hauteur avec un faisceau de câbles de connexion aux prises - l'ensemble est appelé le module électronique de la borne
• de la coque enveloppe sur laquelle sont fixés les prises de courant et les boutons et voyants de commande.
Le module électronique de la borne s'installe d'une seule manipulation dans la coque, après avoir connecté les équipements de celle-ci par effet d'encliquetage du plateau récepteur dans la couronne en caoutchouc à la base de la coque. Cette opération n'est réversible qu'avec un outillage approprié Un outillage spécifique est réalisé pour permettre le montage en force du module dans la borne, celle-ci étant assemblée tête en bas.
Cette borne appelée borne mobile loge elle-même un émetteur récepteur inductif permettant la lecture et l'écriture d'informations numériques provenant de cartes dites sans contact afin de permettre à l'utilisateur de faire démarrer sa borne et de payer lui même son électricité grâce à un porte monnaie électronique .
Ce système de monétique peut être installé dans chaque borne mobile il est complémentaire aux modes de marche définis ci-après à la rubrique : description des modes de marche. La prise portable à induction est stockée chez l'utilisateur ou le gestionnaire du parc des prises. Elle est donc invisible hors période d'utilisation.
Les usages possibles de cette connexion par induction sont multiples. On peut décliner ainsi par exemple trois types d'applications de plein air. Les appareils domestiques ou de chauffage ou d'éclairage ou de cuisines peuvent s'équiper d'une prise de transmission intégrée ou se connectant sur une prise à induction.
Dans ce cas l'accès possible à tout moment au réseau EDF en libre service en utilisant des plots publics disposés à l'usage de tous répond au souhait le plus profond des campeurs caravaniers (équipés de prises) : la liberté de mouvements.
La possession de prises à induction par les services de secours ou de sécurité leur donne accès à l'énergie partout ou il y a des plots.
Enfin cette solution électrique élimine les petits moto générateurs qui pétaradent et polluent. Le coût d'acquisition de cette prise est dissocié du coût de l'investissement en infrastructure du réseau. Cette situation peut apporter aux collectivités locales des réponses économiques multiples à moindre coût financier, plusieurs solutions peuvent se présenter :
• Soit elles investissent uniquement sur l'infrastructure avec une concession au privé de la vente ou de la location des plots.
• Soit elles investissement sur rinfrastructure et prennent en charge une partie de l'achat du plot par la collectivité, le possesseur payant le complément.
• Soit elles délèguent totalement la gestion du système à un concessionnaire privé. • etc.
En outre en optant pour la solution de libre service les collectivités peuvent associer les services de péages et de redevance avec la fourniture de livraison d'électricité toutes ces prestations étant débitées sur la carte jusqu'à épuisement. Absolument statique le plot ne nécessite pas de maintenance particulière. Compact et étanche de conception il est en effet conçu pour résister aux conditions d'usage des multiples utilisateurs sans précautions particulières de rangement.
Le plot respecte les contraintes de sécurité vis à vis des différentes couches de la population en permettant notamment une rapide déconnexion en cas d'anomalie. Des transmissions d'informations numériques entre la prise le plot et le réseau peuvent permettre une reconnaissance personnalisée de l'utilisateur. Des clés d'accès électroniques voire des bornes passe-partout pour les services de sécurités peuvent ainsi être programmées. La maintenance n'est pas absente de ce système mais est considérablement limitée et respecte l'urgence Elle ne prend pas en charge les plots mais uniquement la connexion au réseau Un plot hors d'usage ne nécessite pas d'intervention sur le site mais uniquement un échange. Une solution consiste à avoir un ou deux plots de disponibles sur le marché pour les besoins de maintenance.
Le service d'échange pour les bornes peut être délégué au concessionnaire ou à une société de maintenance spécialisée.
Le principe général de l'invention, connu en soi, repose sur l'utilisation de l'induction, ainsi que cela est illustré en figure 5. On décrit maintenant plus précisément le système illustré en figure 3.
L'invention concerne donc la mise à disposition d'énergie électrique dans des lieux publics ou privés exposés par exemple aux conditions atmosphériques extérieures (lieux où il n'est pas souhaité une profusion de matériel urbain fixe en surface (par exemple les places publics) mais où il existe un besoin temporaire d'énergie (jours de marché, forains, éclairage de bal populaire, ... ) de faible puissance, inférieure par exemple à 10 kW.
Ce nouveau système de raccordement sans contact est destiné à remplacer les branchements électriques existants par prise du type mâle-femelle. Ce système est composé de:
• une partie enterrée dans le sol (ou éventuellement emmurée)
• une partie mobile que l'on pose sur la partie enterrée.
La partie enterrée est la source d'énergie. Elle est posée dans un puits en béton dans lequel arrive le réseau électrique basse tension. Une fois raccordée au réseau, elle est boulonnée sur le sol. Un joint d'étanchéité placé en-dessous évite tout infiltration d'eau. L'ensemble est conçu pour un raccordement et un échange de source rapides. Sa surface apparente au niveau du sol est en matériau non magnétique, antidérapante et pourvue d'une signalétique appropriée. Sa résistance mécanique autorise le passage d'une automobile. La source est constituée d'une électronique de commande associée à une bobine inductive placée dans un noyau en matériaux magnétiques de type ferrite ou teπes rares (cobalt ... ) qui crée le champ magnétique. L'avantage de ce type de matériaux est de permettre de forts couplages à pertes réduites tout en ayant un champ magnétique directif.
L'électronique de commande a plusieurs rôles :
• transformer le courant 220 ~V 50 HZ en courant haute fréquence (HF) alimentant la bobine
• reconnaître et identifier une partie mobile (validation d'un code)
• valider le transfert d'énergie
• limiter la puissance transmise (cas de court-circuit, malveillance...) • transférer des informations par courant porteur en ligne ou bus à un centralisateur assurant les fonctions de gestion, diagnostic, comptage...
La partie mobile comprend:
• une bobine réceptrice avec son noyau magnétique
• une électronique de commande pour transformer le signal HF reçu en courant/tension exploitables
• un voy,ant témoin indiquant le transfert d'énergie
• des prises de raccordement électrique classique de type 16 A • un dispositif de centrage et de veπouillage mécanique ou magnétique avec la bobine source.
Elle peut également être munie d'un lecteur de carte (ou autre objet portatif similaire) permettant d'associer la distribution à un paiement. Son poids permet son transport par une personne (inférieur à 10 kg).
Cette partie mobile peut être dédiée en étant équipée par exemple d'un lampadaire, d'un cône lumineux de sécurité, de matériel électrique de secours...

Claims

6114REVENDICATIONS
1. Système pour la fourniture d'énergie électrique, notamment en extérieur et dans des lieux publics, caractérisé en ce qu'il n'est pas dédié à une application particulière (éclairage,...) et que la charge est de puissance variable et inconnue, qui comprend :
• une partie enterrée et/ou emmurée, appelée socle, comprenant une première bobine inductive alimentée par un réseau électrique.; et
• une partie mobile, appelée borne, comprenant une seconde bobine inductive alimentant au moins une prise de courant, et prévue pour être placée en regard dudit socle de façon à permettre un couplage par induction entre lesdites première et seconde bobines, de façon que l'énergie électrique reçue dudit réseau électrique puisse être transmise à ladite prise de courant sans connexion électrique entre ledit socle et ladite borne.
2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit socle présente un conditionnement étanche, dont au moins la partie venant en regard de ladite borne est réalisée dans un matériau non magnétique.
3 . Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le socle enteπé est livré sous la forme d'un cube évidé en béton recouvert d'une plaque métallique au sol sur laquelle les dessins de structure facilitent le centrage de la borne mobile et favorisent une circulation d'air propice à refroidir le plateau émetteur lorsque celui-ci est recouvert par la borne mobile et que, afin d'assurer la température d'ambiance compatible avec l'électronique dans ce confinement étanche, un dispositif entourant le boîtier permet de répartir et d'évacuer les calories émises par l'électronique interne à la manière des radiateurs fixés sur les transistors de puissance. Particularité du plateau émetteur.
4 . Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plateau émetteur circulaire visible au sol est recouvert d'un élément en matière plastique d'une conception telle qu'elle assure la protection efficace du plateau et qu'elle conserve sa forme initiale sans subir de déformations consécutives à la chaleur cumulée du soleil, de la bobine émettrice et de la bobine réceptrice de la borne posée sur elle, que cette pièce de protection à la forme d'une assiette renversée dont les bords sont pris en sandwich entre la plaque métallique visible au sol et le couvercle de béton sur lequel cette plaque est fixée, que ce système assure de lui-même l'étanchéité du plateau émetteur entre la voie publique et le socle enterré et permet en cas de nécessité une intervention d'échange réparation simple.
5 . Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite première bobine et/ou ladite seconde bobine sont placés dans un noyau en matériau magnétique.
6 . Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau magnétique comprend de la ferrite, au moins une teπe rare ou un mélange de ces matériaux.
7 .Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit socle comprend des premiers moyens électroniques assurant au moins une des fonctions appartenant au groupe comprenant :
• transformation d'un signal électrique basse fréquence reçu via ledit réseau électrique triphasé 230 volts 50 Hertz amplifié par un étage électronique remplissant la fonction d'un onduleur à résonance à l'aide de deux composants IGBT en un signal électrique haute fréquence 20 k HZ alimentant, en 350 volts, la bobine inductive du socle. Que ladite bobine se présente sous la forme d'un plateau de 22,5 cm de diamètre logeant 6 spires concentriques. Chaque spire étant constituée de 1 000 brins isolés d'un diamètre de 0, 18 mm.
• détection du bon positionnement et de la présence et/ou identification de ladite borne.; • en ce que le rendement optimal du système est conditionné par une disposition concentrique de deux plateaux posés l'un sur l'autre. Pour obtenir ce résultat le centre du plateau émetteur et récepteur est percé sur un diamètre de 3 cms. Dans ce trou est inséré un aimant en anneau qui se présente comme une bague tenue en force. L'intensité du champ magnétique détecté lors de l'interaction des deux aimants l'un sur l'autre déclenche ou ne déclenche pas (suivant le positionnement- le fonctionnement de l'interface optique du récepteur de communication décrit ci-dessous et par suite l'émission effective d'un champ inductif de la bobine du socle enterré sur la bobine réceptrice. Ou que, autre possibilité, qui est d'utiliser la sortie intermédiaire de la bobine du socle, en n'alimentant que cette partie du bobinage source on génère une petite puissance juste suffisante pour établir la communication avec la partie mobile. Quand la partie mobile est reconnue, à la suite d'un échange d'informations entre plot et 1
16
borne, un contact mécanique ou statique connecte le reste du bobinage source et la totalité de la puissance est transmise.
• validation d'un transfert d'énergie entre lesdites bobines en ce qu'afin de transmettre les informations d'identification et de régulation de la borne vers le socle enteπé et en l'absence de contact, un émetteur optique infrarouge logé au centre de l'aimant dans l'anneau du plateau de la borne mobile transmet une information numérique au récepteur optique infrarouge logé au centre de l'aimant dans l'anneau central du plateau du socle enterré en vis-à- vis. Cette communication de type bidirectionelle est permanente pendant le fonctionnement du système.
• limitation de la puissance transmise par mise en autoprotection du système émetteur au delà d'une valeur de puissance prédéterminée détectée par la bome mobile et transmise à l'électronique du socle par la communication optique. Avec réarmement automatique après une temporisation • transfert de données vers un dispositif centralisateur.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit transfert de données se fait par modulation du courant porteur dudit réseau électrique.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite borne comprend des seconds moyens électroniques assurant le redressement du signal électrique haute fréquence reçue par la bobine réceptrice sous 350 volts et le transforme par un étage onduleur classique en un signal électrique basse fréquence prévu pour alimenté ladite prise de courant avec une puissance fournie de 4 à 6 kW.
10 . Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite borne comprend au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant : • un voyant indiquant l'existence d'un transfert d'énergie ;
• au moins une prise de raccordement électrique d'un ou plusieurs standards connus;
• un dispositif de lecture d'objets portatifs à mémoire, pour l'autorisation d'utilisation de ladite borne et/ou le paiement de l'énergie électrique consommée ;
• un matériel électrique spécifique, tel qu'un lampadaire, un cône lumineux,
• du matériel de secours ;
• au moins une poignée de transport.
11 . Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour favoriser et/ou contrôler la mise en place de ladite bome en regard dudit socle, appartenant au groupe comprenant:
• des moyens mécaniques de guidage pour la mise en place de ladite borne et/ou son accrochage audit socle ;
• des moyens optiques, assurant la transmission d'un signal optique ou infrarouge depuis ladite bome vers un capteur correspondant dans ledit socle.
12 . Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de veπouillage de ladite bome sur ledit socle, interdisant le retrait de ladite bome tant que le transfert d'énergie est effectif.
13 . Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de veπouillage mettent en œuvre des force magnétiques.
14 . Socle d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15 . Bome d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
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