FR2914512A1

FR2914512A1 - Systeme d'alimentation electrique et de transmission de donnees sans contact electrique.

Info

Publication number: FR2914512A1
Application number: FR0754056A
Authority: FR
Inventors: Gilles Lacour
Original assignee: Delachaux SA
Current assignee: Conductix Wampfler France
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-03
Also published as: CN101663833A; JP2010523030A; US20100104031A1; RU2009139632A; WO2008125394A1; EP2140565A1; KR20100015517A

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.

10 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 15 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 20 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 25 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 30 porteurs, c'est-à-dire qu'une modulation, à une fréquence sensiblement supérieure à la fréquence du courant alternatif générant le flux magnétique5 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.

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. 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 la forme du courant d'alimentation. Ainsi, le système selon l'invention véhicule la puissance et les données à une même fréquence, les données étant transmises en influençant la forme d'onde. Ceci permet de limiter la consommation du système selon l'invention qui, de fait, ne nécessite pas de circuits spécifiques de modulation/démodulation pour la transmission de données 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 : 30 - 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.

Bobinaqe :

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 15 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 20 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 25 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 30 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 protégent 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 U1 A, 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 0.2ps), 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 0.2ps), 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 Il, 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 QI, 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 QI et aucun créneau sur le second interrupteur commandé Q2. Â 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 QI 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 QI 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 11 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 . 15 Carte électronique du récepteur :

En référence à la figure 5, on a illustré la carte électronique 24 du connecteur secondaire 2 du récepteur R. 20 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 25 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' 30 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 auniveau 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 J1' 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 Ti commandé par l'unité de commande 25. La tension alternative à l'extrémité du bobinage secondaire 22 connectée au premier point de connexion J1' 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 Ti 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 Ti pour interrompre le passage du courant provenant du bobinage secondaire 22. Le blocage du premier interrupteur commandé Ti 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 l'émission 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 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. 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'intervalles 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.

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 aumoins un interrupteur (QI, 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 (QI, 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 àl0, 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. 20

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. 25

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 30 récepteur étant réalisée uniquement par le courant dans le bobinage secondaire.15

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 10 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 500kHz. 20

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 25 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 30 transmettre des données de valeurs différentes correspondant aux différentes formes d'onde. 15

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. 10

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. 15

26. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que le circuit de transmission de données comprend une paire d'interrupteurs (QI, 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 20 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). 25

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. 30

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. 10

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) 15 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 20 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 25 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. 30

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. 20

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 25 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 30 revendications 38 à 46.15

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.