FR3093872A1 - Contactless power transmission device by inductive resonance coupling for recharging a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Dispositif d’étanchéité entre une cloche d’embrayage et une machine électrique tournante Circuit résonnant émetteur (2) pour réaliser une transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance avec un circuit résonnant récepteur (1) comportant une première capacitance (C1) et un premier enroulement (E1), le premier enroulement (E1) comportant une inductance (L1) et une première résistance (R1), le circuit résonnant émetteur (2) comportant une deuxième capacitance (C2) de valeur C2’ et un deuxième enroulement (E2), le deuxième enroulement (E2) comportant une deuxième inductance (L2) de valeur L2’, une deuxième résistance (R2) de valeur R2’, le circuit résonnant émetteur (2) ayant une pulsation propre ω2 telle que ω2=1/ √ (L2’ x C2’) et une fréquence propre f2 telle que f2 = ω2/(2π), caractérisé en ce que la valeur d’inductance de la deuxième inductance (L2) varie de manière prédéterminée. Figure d’abrégé : figure 1Sealing device between a clutch housing and a rotating electrical machine Resonant transmitter circuit (2) for carrying out contactless power transmission by resonant inductive coupling with a receiving resonant circuit (1) comprising a first capacitance (C1) and a first winding (E1), the first winding (E1) comprising an inductance (L1) and a first resistor (R1), the emitting resonant circuit (2) comprising a second capacitance (C2) of value C2 'and a second winding ( E2), the second winding (E2) comprising a second inductance (L2) of value L2 ', a second resistor (R2) of value R2', the emitting resonant circuit (2) having its own pulsation ω2 such that ω2 = 1 / √ (L2 'x C2') and a natural frequency f2 such that f2 = ω2 / (2π), characterized in that the inductance value of the second inductor (L2) varies in a predetermined manner. Abstract figure: Figure 1
Description
La présente invention porte sur un circuit résonnant émetteur et sur un dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance pour charger ou recharger un véhicule automobile.The present invention relates to a resonant transmitter circuit and to a device for transmitting contactless power by inductive resonance coupling for charging or recharging a motor vehicle.
De façon connue en soi, il est techniquement possible d’alimenter par transmission sans contact un véhicule automobile ou tout autre objet muni d'un dispositif de stockage d’énergie électrique à une puissance comprise entre 3 et 10 kW, lorsque cet objet est à l’arrêt (on parle dans ce cas de charge statique), ou lorsque celui-ci se déplace (on parle alors de charge dynamique. Cette alimentation par transmission sans contact se fait alors au moyen de circuits électriques distants couplés magnétiquement et accordés à la même fréquence. Les circuits couplés magnétiquement comportant chacun au moins un élément LC résonnant, L et C désignant respectivement des inductances et capacitances.In a manner known per se, it is technically possible to supply by contactless transmission a motor vehicle or any other object provided with an electrical energy storage device at a power of between 3 and 10 kW, when this object is at the stop (in this case we speak of static charge), or when the latter moves (we speak then of dynamic load. This contactless transmission power supply is then done by means of distant electrical circuits coupled magnetically and tuned to the same frequency The magnetically coupled circuits each comprising at least one resonant LC element, L and C denoting respectively inductances and capacitances.
Le problème avec ce type de solution est que pour transmettre un niveau de puissance satisfaisant, notamment plusieurs kW, il faut opérer à des fréquences élevées, notamment de l’ordre de 85 kHz ou plus, pour la fréquence de travail et pour la fréquence propre de chaque circuit résonnant. En outre, ce type de solution nécessite d'opérer à faible distance entre les éléments résonnants situés à la source et à la charge.The problem with this type of solution is that to transmit a satisfactory power level, in particular several kW, it is necessary to operate at high frequencies, in particular of the order of 85 kHz or more, for the working frequency and for the natural frequency. of each resonant circuit. In addition, this type of solution requires operating at a short distance between the resonant elements located at the source and at the load.
Opérer à un tel niveau élevé de fréquence se traduit principalement par la nécessité d’employer des composants coûteux comme des ferrites doux et du fil conducteur de Litz dont les brins sont de toute petite section, par exemple inférieure ou égale à 0,07 mm de diamètre.Operating at such a high level of frequency results mainly in the need to use expensive components such as soft ferrites and Litz conductor wire whose strands are of very small cross section, for example less than or equal to 0.07 mm in diameter. diameter.
L’invention a pour but de pallier, au moins en partie, ces inconvénients.The aim of the invention is to alleviate, at least in part, these drawbacks.
A cet effet, l'invention a pour objet un circuit résonnant émetteur pour réaliser une transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance avec un circuit résonnant récepteur comportant une première capacitance et un premier enroulement, le premier enroulement comportant une inductance et une première résistance,To this end, the invention relates to a resonant transmitter circuit for carrying out contactless power transmission by inductive resonance coupling with a resonant receiver circuit comprising a first capacitance and a first winding, the first winding comprising an inductance and a first resistance,
- le circuit résonnant émetteur comportant une deuxième capacitance de valeur C2’ et un deuxième enroulement,the emitting resonant circuit comprising a second capacitance of value C2 ′ and a second winding,
- le deuxième enroulement comportant une deuxième inductance de valeur L2’, une deuxième résistance de valeur R2’,the second winding comprising a second inductor of value L2 ’, a second resistor of value R2’,
- le circuit résonnant émetteur ayant une pulsation propre ω2 telle que ω2=1/ √ (L2’ x C2’) et une fréquence propre f2 telle que f2 = ω2 / (2π),the emitting resonant circuit having a natural pulsation ω2 such that ω2 = 1 / √ (L2 ’x C2’) and a natural frequency f2 such that f2 = ω2 / (2π),
- caractérisé en ce que la valeur d’inductance de la deuxième inductance (L2) varie de manière prédéterminée.characterized in that the inductance value of the second inductor (L2) varies in a predetermined manner.
L'invention permet de faire croître l’amplitude d’un courant électrique d’amorçage fourni par le circuit résonnant émetteur au circuit résonnant récepteur, lorsque le circuit résonnant émetteur est couplé magnétiquement au circuit résonnant récepteur.The invention makes it possible to increase the amplitude of an electric starting current supplied by the emitting resonant circuit to the receiving resonant circuit, when the emitting resonant circuit is magnetically coupled to the receiving resonant circuit.
Selon une mise en œuvre, la deuxième inductance comporte un circuit magnétique.According to one implementation, the second inductor comprises a magnetic circuit.
Selon une mise en œuvre, la valeur d’inductance de la deuxième inductance varie par variation de la réluctance du circuit magnétique de la deuxième inductance.According to one implementation, the inductance value of the second inductor varies by varying the reluctance of the magnetic circuit of the second inductor.
Selon une mise en œuvre, le circuit magnétique de la deuxième inductance comporte au moins une partie mobile, relativement au deuxième enroulement.According to one implementation, the magnetic circuit of the second inductor comprises at least one mobile part, relative to the second winding.
Selon une mise en œuvre, le circuit magnétique de la deuxième inductance comporte au moins une partie fixe, relativement au deuxième enroulement.According to one implementation, the magnetic circuit of the second inductor comprises at least one fixed part, relative to the second winding.
Selon une mise en œuvre, la partie fixe et la partie mobile comportent un matériau ferromagnétique ou ferrimagnétique.According to one implementation, the fixed part and the mobile part comprise a ferromagnetic or ferrimagnetic material.
Selon une mise en œuvre, la partie mobile est mise en mouvement de sorte que des saillances se trouvent alternativement face à d’autres saillances ou entre deux saillances.According to one implementation, the movable part is set in motion so that protrusions alternately face other protrusions or between two protrusions.
Selon une mise en œuvre, la partie mobile du circuit magnétique de la deuxième inductance, est mue par un moteur électrique.According to one implementation, the mobile part of the magnetic circuit of the second inductor is driven by an electric motor.
Selon une mise en œuvre, la deuxième inductance est réalisée d’un seul tenant.According to one implementation, the second inductor is made in one piece.
Selon une mise en œuvre, la deuxième inductance comporte un solénoïde, notamment de forme sensiblement aplatie.According to one implementation, the second inductance comprises a solenoid, in particular of substantially flattened shape.
Selon une mise en œuvre, la valeur d’inductance de la deuxième inductance varie selon une fréquence prédéterminée et selon une amplitude de variation d’inductance hL prédéterminée autour d’une valeur moyenne L2moy, de sorte que la pulsation propre varie selon une amplitude de variation de pulsation hω prédéterminée autour d’une valeur moyenne ω2moy, avec ω2moy = 1/ √ (L2moy x C2’).According to one implementation, the inductance value of the second inductor varies according to a predetermined frequency and according to a predetermined amplitude of variation of inductance hL around an average value L2moy, so that the natural pulsation varies according to an amplitude of predetermined variation of pulsation hω around a mean value ω2moy, with ω2moy = 1 / √ (L2moy x C2 ').
L’invention permet ainsi de réaliser une amplification de l’amplitude du courant et de la tension, au niveau du circuit résonnant émetteur, avec un gain d’amplification suffisamment élevé pour permettre d’opérer à une fréquence plus basse, et/ou à une distance plus élevée.The invention thus makes it possible to amplify the amplitude of the current and of the voltage, at the level of the emitting resonant circuit, with an amplification gain high enough to allow operation at a lower frequency, and / or at a higher distance.
Selon une mise en œuvre, la fréquence prédéterminée est choisie de sorte à faire croître l’amplitude du courant électrique circulant dans circuit résonnant émetteur, en croissance exponentielle.According to one implementation, the predetermined frequency is chosen so as to increase the amplitude of the electric current flowing in the emitting resonant circuit, in exponential growth.
L'invention permet ainsi, par l’introduction d’un gain d’amplification, de transmettre un niveau satisfaisant de puissance par un procédé sans contact entre un circuit résonnant émetteur et un circuit résonnant récepteur, malgré la mise en œuvre d’une fréquence de niveau très faible par rapport à l’état de l’art.The invention thus makes it possible, by the introduction of an amplification gain, to transmit a satisfactory level of power by a method without contact between a transmitting resonant circuit and a receiving resonant circuit, despite the use of a frequency very low level compared to the state of the art.
Selon une mise en œuvre, la deuxième capacitance a une valeur sensiblement constante.According to one implementation, the second capacitance has a substantially constant value.
Selon une mise en œuvre, le circuit résonnant émetteur est agencé pour être accordé au circuit résonnant récepteur. En conséquence, le circuit résonnant récepteur et le circuit résonnant émetteur ont sensiblement la même fréquence propre.According to one implementation, the emitting resonant circuit is arranged to be tuned to the receiving resonant circuit. Consequently, the receiving resonant circuit and the emitting resonant circuit have substantially the same natural frequency.
Selon une mise en œuvre, la fréquence prédéterminée est égale à deux fois la fréquence propre du circuit résonnant émetteur à une tolérance près.According to one implementation, the predetermined frequency is equal to twice the natural frequency of the emitting resonant circuit up to a tolerance.
Une telle fréquence prédéterminée permet de faire croître l’amplitude du courant électrique circulant dans circuit résonnant émetteur.Such a predetermined frequency makes it possible to increase the amplitude of the electric current flowing in the emitting resonant circuit.
Selon une mise en œuvre, la tolérance ε est telle que ε = √ (((1/2) x hL x ω2moy)² - (R2’ / L2’)²).According to one implementation, the tolerance ε is such that ε = √ (((1/2) x hL x ω2 avg) ² - (R2 ’/ L2’) ²).
Ainsi, la fréquence prédéterminée est comprise entre (2xf2) - ε et (2xf2) + ε.Thus, the predetermined frequency is between (2xf2) - ε and (2xf2) + ε.
Selon une mise en œuvre, l’amplitude de variation de pulsation prédéterminée hω est supérieure strictement à 2 x (R2’ / L2’) x √ (L2’ x C2’).According to one implementation, the predetermined amplitude of variation of pulsation hω is strictly greater than 2 x (R2 ’/ L2’) x √ (L2 ’x C2’).
Selon une mise en œuvre, la deuxième inductance est formée par un ensemble à réluctance magnétique variable comportant un rotor et un stator avec présence d’un entrefer entre eux,According to one implementation, the second inductance is formed by a variable magnetic reluctance assembly comprising a rotor and a stator with the presence of an air gap between them,
- le stator comportant un solénoïde et une pluralité de bras statoriques, l’ensemble des bras statoriques formant un unique pôle magnétique lorsque le solénoïde est parcouru par un courant électrique et le pôle étant notamment considéré du côté de l’entrefer,the stator comprising a solenoid and a plurality of stator arms, the set of stator arms forming a single magnetic pole when the solenoid is traversed by an electric current and the pole being considered in particular on the side of the air gap,
- le rotor comportant une pluralité de bras rotoriques formant un unique pôle magnétique lorsque le solénoïde est parcouru par un courant électrique et le pôle étant notamment considéré du côté de l’entrefer.the rotor comprising a plurality of rotor arms forming a single magnetic pole when the solenoid is traversed by an electric current and the pole being considered in particular on the side of the air gap.
Selon une mise en œuvre, deux bras rotoriques adjacents sont séparés deux à deux par une portion amagnétique.According to one implementation, two adjacent rotor arms are separated in pairs by a non-magnetic portion.
Selon une mise en œuvre, deux bras statoriques adjacents sont séparés deux à deux par une portion amagnétique.According to one implementation, two adjacent stator arms are separated in pairs by a non-magnetic portion.
Selon une mise en œuvre, le nombre de bras statoriques est égal au nombre de bras rotoriques.According to one implementation, the number of stator arms is equal to the number of rotor arms.
En variante, le nombre de bras statoriques est différent du nombre de bras rotoriquesAlternatively, the number of stator arms is different from the number of rotor arms
Selon une mise en œuvre, chaque bras statorique s’étend dans une direction radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor et comporte un paquet de tôles magnétiques feuilleté dont l’empilement est notamment réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à la direction radiale dans laquelle s’étend le bras statorique.According to one implementation, each stator arm extends in a radial direction with respect to the axis of rotation of the rotor and comprises a bundle of laminated magnetic sheets, the stack of which is in particular produced in an orthoradial direction with respect to the direction. radial in which the stator arm extends.
Selon une mise en œuvre, l’empilement est réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à l’axe de rotation du rotor.According to one implementation, the stack is made in an orthoradial direction with respect to the axis of rotation of the rotor.
En variante, l’empilement est réalisé dans une direction parallèle à l’axe de rotation du rotor.Alternatively, the stack is made in a direction parallel to the axis of rotation of the rotor.
Selon une mise en œuvre, chaque bras rotorique s’étend dans une direction radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor et comporte un paquet de tôles magnétiques feuilleté dont l’empilement est notamment réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à la direction radiale dans laquelle s’étend le bras rotorique.According to one implementation, each rotor arm extends in a radial direction with respect to the axis of rotation of the rotor and comprises a bundle of laminated magnetic sheets, the stack of which is in particular produced in an orthoradial direction with respect to the direction. radial in which the rotor arm extends.
Selon une mise en œuvre, l’empilement est réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à l’axe de rotation du rotor.According to one implementation, the stack is made in an orthoradial direction with respect to the axis of rotation of the rotor.
En variante, l’empilement est réalisé dans une direction parallèle à l’axe de rotation du rotor.Alternatively, the stack is made in a direction parallel to the axis of rotation of the rotor.
Selon une mise en œuvre, le rotor comporte un arbre amagnétique.According to one implementation, the rotor comprises a non-magnetic shaft.
Ceci permet que le flux ne passe que par les bras rotoriques et non par l’arbre, dans une direction axiale.This allows the flow to pass only through the rotor arms and not through the shaft, in an axial direction.
Selon une mise en œuvre, chaque bras rotorique comporte une portion en saillie, notamment disposée radialement du côté de l’axe de rotation du rotor.According to one implementation, each rotor arm has a projecting portion, in particular disposed radially on the side of the axis of rotation of the rotor.
Ceci permet un bon maintien des bras rotoriques sur l’arbre et permet de limiter les flux de fuites en canalisant le flux magnétique issu d’une source magnétique externe.This allows the rotor arms to be held securely on the shaft and limits the flow of leaks by channeling the magnetic flux from an external magnetic source.
Selon une mise en œuvre, le solénoïde comporte une spire à plat, ou une pluralité de spires s’étendant de manière concentrique et/ou s’étendant de manière axiale, les spires étant notamment dépourvues de fil de Litz.According to one implementation, the solenoid comprises a flat turn, or a plurality of turns extending concentrically and / or extending axially, the turns being notably devoid of Litz wire.
Selon une mise en œuvre, le solénoïde est agencé de sorte qu’un courant alternatif circulant dans les spires soit inférieur strictement à 3 kHz.According to one implementation, the solenoid is arranged so that an alternating current flowing in the turns is strictly less than 3 kHz.
Selon une mise en œuvre, les spires comportent du fil de Litz dont la section a un diamètre strictement supérieur à 0,2 mm, notamment strictement supérieur à 0,3 mm.According to one implementation, the turns comprise Litz wire, the section of which has a diameter strictly greater than 0.2 mm, in particular strictly greater than 0.3 mm.
Ceci permet de diminuer le nombre de fils et donc de simplifier grandement la mise en œuvre du solénoïde.This makes it possible to reduce the number of wires and therefore to greatly simplify the implementation of the solenoid.
Selon une mise en œuvre, le rotor est accouplé à un moteur pour lui permettre d’être entrainé en rotation notamment à une vitesse prédéterminée Ω, cette vitesse étant exprimée en tours/s et étant telle que Ω = ((2 x f2) ± ε ) / (N), N étant le nombre de bras statoriques.According to one implementation, the rotor is coupled to a motor to allow it to be driven in rotation in particular at a predetermined speed Ω, this speed being expressed in revolutions / s and being such that Ω = ((2 x f2) ± ε) / (N), N being the number of stator arms.
Selon une mise en œuvre, la deuxième capacitance comporte un condensateur polypropylène, notamment d’au moins 900 µF.According to one implementation, the second capacitance comprises a polypropylene capacitor, in particular of at least 900 µF.
L'invention a également pour objet un dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance, notamment pour charger ou recharger en énergie électrique un véhicule automobile, comportant :The subject of the invention is also a contactless power transmission device by inductive resonance coupling, in particular for charging or recharging a motor vehicle with electrical energy, comprising:
- une source d’énergie, notamment à courant alternatif,a source of energy, in particular alternating current,
- un circuit résonnant récepteur comportant une première capacitance et un premier enroulement, le premier enroulement comportant une inductance et une première résistance,a receiving resonant circuit comprising a first capacitance and a first winding, the first winding comprising an inductance and a first resistance,
- un circuit résonnant émetteur tel que décrit précédemment, le circuit résonnant émetteur étant alimenté par la source d’énergie.a resonant emitter circuit as described above, the resonant emitter circuit being supplied by the energy source.
L'invention a encore pour objet un ensemble de charge ou de recharge sans contact d’un véhicule automobile, comportant :A further subject of the invention is a contactless charging or recharging assembly for a motor vehicle, comprising:
- un dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance tel que décrit précédemment,a contactless power transmission device by inductive resonance coupling as described above,
- un redresseur, relié électriquement au circuit résonnant récepteur, pour redresser un courant électrique généré par la variation du champ magnétique issu du circuit résonnant émetteur,a rectifier, electrically connected to the receiving resonant circuit, to rectify an electric current generated by the variation of the magnetic field coming from the emitting resonant circuit,
- un dispositif de stockage d’énergie électrique, chargé par le redresseur.an electrical energy storage device, charged by the rectifier.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood from reading the following description and examining the accompanying figures. These figures are given only by way of illustration but in no way limit the invention.
Comme visible à la figure 1, un véhicule automobile 30 embarque un dispositif de stockage d’énergie électrique 20, notamment une batterie 20 pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur électrique de traction non représenté ainsi que le réseau de bord du véhicule automobile 30. La batterie 20 du véhicule automobile 30 a par exemple une tension nominale de 48V ou de 300V et peut être chargée ou rechargée sans contact à l'aide d'un dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance 100.As visible in FIG. 1, a motor vehicle 30 carries an electrical energy storage device 20, in particular a battery 20 for supplying electrical energy to an electric traction motor, not shown, as well as the on-board network of the vehicle. automobile 30. The battery 20 of the automobile vehicle 30 has, for example, a nominal voltage of 48V or 300V and can be charged or recharged without contact using a contactless power transmission device by inductive resonance coupling 100.
Dans l'exemple de la figure 1, le dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance 100 comporte une source d’énergie 10 à courant alternatif alimentant un redresseur 12, le redresseur 12 étant relié électriquement à un onduleur 13 qui alimente ainsi un circuit résonnant émetteur 2 en courant alternatif selon une fréquence supérieure à celle de la source 10. En variante, la source d'énergie 10 pourrait être à une fréquence utilisable directement sans nécessiter d’avoir recours à un redresseur 12 et un onduleur 13. Dans l’exemple de la figure 1, c’est l’enroulement E0 qui est alimenté via la connexion filaire à la source d’énergie 10. Cet enroulement E0 alimente alors le circuit résonnant émetteur 2 par couplage inductif.In the example of FIG. 1, the contactless power transmission device by inductive resonance coupling 100 comprises an alternating current power source 10 supplying a rectifier 12, the rectifier 12 being electrically connected to an inverter 13 which supplies power. thus a resonant emitter circuit 2 in alternating current at a frequency higher than that of the source 10. As a variant, the energy source 10 could be at a frequency which can be used directly without requiring recourse to a rectifier 12 and an inverter 13 In the example of FIG. 1, it is the winding E0 which is supplied via the wire connection to the energy source 10. This winding E0 then supplies the emitting resonant circuit 2 by inductive coupling.
En variante non représentée, la source d’énergie 10 à courant alternatif pourrait alimenter directement le circuit résonnant émetteur 2 en courant alternatif.In a variant not shown, the alternating current power source 10 could directly supply the resonant emitting circuit 2 with alternating current.
Dans l'exemple de la figure 1, le circuit résonnant récepteur 1 comportant une première capacitance C1 et un premier enroulement E1.In the example of FIG. 1, the receiver resonant circuit 1 comprising a first capacitance C1 and a first winding E1.
Le dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance 100 comporte en outre un circuit résonnant émetteur 2 comportant une deuxième capacitance C2 et un deuxième enroulement E2.The contactless power transmission device by inductive resonance coupling 100 further comprises a resonant emitter circuit 2 comprising a second capacitance C2 and a second winding E2.
Lorsque le circuit résonnant récepteur 1 est couplé magnétiquement au circuit résonnant émetteur 2, il y a transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance au circuit résonnant émetteur 2. Ce couplage magnétique a lieu lorsque les premier E1 et deuxième E2 enroulements sont à proximité l'un de l'autre. Dans l’exemple considéré, ce couplage a lieu lorsque les premier E1 et deuxième E2 enroulements sont sensiblement à une distance comprise entre 10 cm et 1 m. Dans un autre exemple, le couplage a lieu, même si les performances sont dégradées, lorsque la distance est comprise entre 1 m et 10 m.When the receiver resonant circuit 1 is magnetically coupled to the emitter resonant circuit 2, there is contactless power transmission by inductive resonance coupling to the emitter resonant circuit 2. This magnetic coupling takes place when the first E1 and second E2 windings are in proximity. one of the other. In the example considered, this coupling takes place when the first E1 and second E2 windings are substantially at a distance of between 10 cm and 1 m. In another example, the coupling takes place, even if the performance is degraded, when the distance is between 1 m and 10 m.
Comme visible à la figure 2, la source d’énergie 10 est reliée à une résistance R0 en série avec une bobine d’émission L0. L’enroulement E0 représenté à la figure 1 comporte en effet la résistance parasite R0 en série avec une bobine d’émission L0. Sur la figure 2, le redresseur 12 et l’onduleur 13 n’ont pas été représentés pour plus de simplicité.As shown in Figure 2, the power source 10 is connected to a resistor R0 in series with an emission coil L0. The winding E0 shown in Figure 1 indeed includes the parasitic resistance R0 in series with an emission coil L0. In Figure 2, the rectifier 12 and the inverter 13 have not been shown for simplicity.
Comme visible à la figure 2, le circuit résonnant récepteur 1 est constitué d’un circuit RLC. En effet, le circuit résonnant récepteur 1 comporte une première inductance L1 en série avec une première résistance R1 et une première capacitance C1. Le premier enroulement E1 représenté à la figure 1 comporte en effet la résistance parasite R1 en série avec la première inductance L1.As shown in Figure 2, the receiver resonant circuit 1 consists of an RLC circuit. Indeed, the receiver resonant circuit 1 comprises a first inductance L1 in series with a first resistor R1 and a first capacitance C1. The first winding E1 shown in FIG. 1 in fact comprises the parasitic resistance R1 in series with the first inductance L1.
La bobine d’émission L0 est couplée magnétiquement à la première inductance L1.The transmission coil L0 is magnetically coupled to the first inductor L1.
Le circuit résonnant émetteur 2 est constitué d’un circuit RLC. En effet, le circuit résonnant émetteur 2 comporte une deuxième inductance L2 en série avec une deuxième résistance R2 et une deuxième capacitance C2. Le deuxième enroulement E2 représenté à la figure 1 comporte en effet la résistance parasite R2 en série avec la première inductance L2.The resonant emitter circuit 2 consists of an RLC circuit. Indeed, the resonant emitter circuit 2 comprises a second inductance L2 in series with a second resistor R2 and a second capacitance C2. The second winding E2 shown in FIG. 1 in fact comprises the parasitic resistance R2 in series with the first inductance L2.
La deuxième capacitance C2 comporte un condensateur polypropylène, d’au moins 900 µF.The second capacitance C2 has a polypropylene capacitor, at least 900 µF.
Dans l’exemple représenté, le circuit résonnant récepteur 1 et le circuit résonnant émetteur 2 sont accordés. Le circuit résonnant émetteur et le circuit résonnant récepteur ont ainsi sensiblement la même fréquence propre.In the example shown, the receiver resonant circuit 1 and the emitter resonant circuit 2 are tuned. The emitting resonant circuit and the receiving resonant circuit thus have substantially the same natural frequency.
Comme visible à la figure 2, une bobine de réception L3 est reliée électriquement à une résistance R3 représentant schématiquement une résistance parasite en série avec la charge constituée par le redresseur 11 et la batterie 20 de la figure 1.As can be seen in FIG. 2, a receiving coil L3 is electrically connected to a resistor R3 schematically representing a parasitic resistance in series with the load constituted by the rectifier 11 and the battery 20 of FIG. 1.
L’enroulement E3 représenté à la figure 1 comporte ici la résistance parasite en série avec la bobine de réception L3.The winding E3 shown in Figure 1 here comprises the parasitic resistance in series with the receiving coil L3.
La bobine de réception L3 est couplée magnétiquement à la deuxième inductance L2.The receiving coil L3 is magnetically coupled to the second inductor L2.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, le circuit résonnant émetteur 2 et la bobine d’émission L0 sont situés au sol, tandis que le circuit résonnant récepteur 1 et la bobine de réception L3 sont situés à bord du véhicule.In the example of Figures 1 and 2, the emitting resonant circuit 2 and the emission coil L0 are located on the ground, while the receiving resonant circuit 1 and the receiving coil L3 are located on board the vehicle.
Dans l’exemple des figures 1 et 2, la deuxième capacitance a une valeur C2’, la deuxième inductance a une valeur L2’, et la deuxième résistance a une valeur R2’. En outre, le circuit résonnant émetteur 2 a pour pulsation propre ω2 telle que ω2=1/ √ (L2’ x C2’) et pour fréquence propre f2 telle que f2 = ω2 / (2π).In the example of Figures 1 and 2, the second capacitance has a value of C2 ′, the second inductor has a value of L2 ’, and the second resistor has a value of R2’. In addition, the emitting resonant circuit 2 has its own pulsation ω2 such that ω2 = 1 / √ (L2 ’x C2’) and its natural frequency f2 such that f2 = ω2 / (2π).
La valeur d’inductance de la deuxième inductance L2 varie de manière prédéterminée.The inductance value of the second inductor L2 varies in a predetermined manner.
Plus précisément, la valeur d’inductance de la deuxième inductance L2 varie selon une fréquence prédéterminée et selon une amplitude de variation d’inductance hL prédéterminée autour d’une valeur moyenne L2moy, de sorte que la pulsation propre varie selon une amplitude de variation de pulsation hω prédéterminée autour d’une valeur moyenne ω2moy, avec ω2moy = 1/ √ (L2moy x C2’).More precisely, the inductance value of the second inductor L2 varies according to a predetermined frequency and according to a predetermined amplitude of variation of inductance hL around an average value L2moy, so that the natural pulsation varies according to an amplitude of variation of predetermined pulsation hω around a mean value ω2moy, with ω2moy = 1 / √ (L2moy x C2 ').
La fréquence prédéterminée étant choisie de sorte à faire croître l’amplitude du courant électrique alternatif circulant dans le circuit résonnant émetteur 2, en croissance exponentielle.The predetermined frequency being chosen so as to increase the amplitude of the alternating electric current flowing in the emitting resonant circuit 2, in exponential growth.
La deuxième capacitance C2 a une valeur sensiblement constante. On entend par valeur sensiblement constante, la valeur de cette capacitance, non comprises les variations de celle-ci liées à la température ou à l’usure ou tout autre facteur physique.The second capacitance C2 has a substantially constant value. By substantially constant value is meant the value of this capacitance, not including variations thereof related to temperature or wear or any other physical factor.
Le fréquence prédéterminée est égale à deux fois la fréquence propre du circuit résonnant émetteur 2 à une tolérance ε près. Cette tolérance ε est telle que ε = √ (((1/2) x hL x ω2moy)² - (R2’ / L2’)²).The predetermined frequency is equal to twice the natural frequency of the emitting resonant circuit 2 with a tolerance ε close. This tolerance ε is such that ε = √ (((1/2) x hL x ω2 avg) ² - (R2 ’/ L2’) ²).
Ainsi, la fréquence prédéterminée est comprise entre (2xf2) - ε et (2xf2) + εThus, the predetermined frequency is between (2xf2) - ε and (2xf2) + ε
Une telle fréquence prédéterminée permet de faire croître l’amplitude du courant électrique circulant dans circuit résonnant émetteur 2.Such a predetermined frequency makes it possible to increase the amplitude of the electric current flowing in the resonant emitter circuit 2.
Selon une mise en œuvre, l’amplitude de variation de pulsation prédéterminée hω est supérieure strictement à 2 x (R2’ / L2’) x √ (L2’ x C2’).According to one implementation, the predetermined amplitude of variation of pulsation hω is strictly greater than 2 x (R2 ’/ L2’) x √ (L2 ’x C2’).
Un exemple de réalisation de la deuxième inductance L2 est décrit en lien avec les figures 3 et 4.An exemplary embodiment of the second inductor L2 is described in connection with Figures 3 and 4.
La deuxième inductance L2 est ici formée par un ensemble à réluctance magnétique variable comportant un rotor 6 et un stator 3 avec présence d’un entrefer entre eux. Le stator 3 comporte un solénoïde 5 et une pluralité de bras statoriques 4, l’ensemble des bras statoriques 4 formant un unique pôle magnétique lorsque le solénoïde 5 est parcouru par un courant électrique. Le pôle est ici considéré du côté de l’entrefer. Le rotor 6 comporte une pluralité de bras rotoriques 7 formant un unique pôle magnétique lorsque le solénoïde 5 est parcouru par un courant électrique. Le pôle est ici considéré du côté de l’entrefer.The second inductance L2 is here formed by a variable magnetic reluctance assembly comprising a rotor 6 and a stator 3 with the presence of an air gap between them. The stator 3 comprises a solenoid 5 and a plurality of stator arms 4, the set of stator arms 4 forming a single magnetic pole when the solenoid 5 is traversed by an electric current. The pole is here considered on the side of the air gap. The rotor 6 comprises a plurality of rotor arms 7 forming a single magnetic pole when the solenoid 5 is traversed by an electric current. The pole is here considered on the side of the air gap.
Ainsi, le solénoïde 5 constitue un enroulement. Le stator constitue une partie fixe et le rotor constitue une partie mobile, relativement à l’enroulement.Thus, the solenoid 5 constitutes a winding. The stator is a fixed part and the rotor is a movable part, relative to the winding.
Comme on peut le voir à la figure 3, deux bras rotoriques 7 adjacents sont séparés deux à deux par une portion amagnétique et deux bras statoriques 4 adjacents sont séparés deux à deux par une portion amagnétique. Dans l’exemple considéré, le nombre de bras statoriques 4 est égal au nombre de bras rotoriques 7, en l’occurrence, ce nombre est égal à 12.As can be seen in FIG. 3, two adjacent rotor arms 7 are separated in pairs by a non-magnetic portion and two adjacent stator arms 4 are separated in pairs by a non-magnetic portion. In the example under consideration, the number of stator arms 4 is equal to the number of rotor arms 7, in this case, this number is equal to 12.
Ainsi, le stator 3 présente une pluralité de saillances, toutes de même polarité, cette polarité au sens de l’orientation nord ou sud, étant fonction de la phase du courant traversant le solénoïde 5. En outre, le rotor 6 présente une pluralité de saillances, toutes de même polarité, cette polarité au sens de l’orientation nord ou sud, étant fonction de la phase du courant traversant le solénoïde 5. Le stator 3 et le rotor 6 ont chacun le même nombre de saillances magnétiques, séparées par des absences de matière magnétique.Thus, the stator 3 has a plurality of projections, all of the same polarity, this polarity in the sense of the north or south orientation, being a function of the phase of the current flowing through the solenoid 5. In addition, the rotor 6 has a plurality of projections, all of the same polarity, this polarity in the sense of the north or south orientation, being a function of the phase of the current passing through the solenoid 5. The stator 3 and the rotor 6 each have the same number of magnetic projections, separated by absence of magnetic matter.
Chaque bras statorique 4 s’étend dans une direction radiale par rapport à l’axe de rotation X du rotor et comporte un paquet de tôles magnétiques feuilleté dont l’empilement est réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à la direction radiale dans laquelle s’étend le bras statorique 4. Dans l’exemple considéré, l’empilement est réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à l’axe de rotation X du rotor 6.Each stator arm 4 extends in a radial direction with respect to the axis of rotation X of the rotor and comprises a stack of laminated magnetic sheets, the stack of which is produced in an orthoradial direction with respect to the radial direction in which s' extends the stator arm 4. In the example considered, the stacking is carried out in an orthoradial direction with respect to the axis of rotation X of the rotor 6.
Chaque bras rotorique 7 s’étend dans une direction radiale par rapport à l’axe de rotation X du rotor et comporte un paquet de tôles magnétiques feuilleté dont l’empilement est réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à la direction radiale dans laquelle s’étend le bras rotorique 7. Dans l’exemple considéré, l’empilement est réalisé dans une direction orthoradiale par rapport à l’axe de rotation X du rotor.Each rotor arm 7 extends in a radial direction with respect to the axis of rotation X of the rotor and comprises a stack of laminated magnetic sheets, the stack of which is produced in an orthoradial direction with respect to the radial direction in which s' extends the rotor arm 7. In the example considered, the stacking is carried out in an orthoradial direction with respect to the axis of rotation X of the rotor.
Le rotor 6 comporte un arbre 8 qui réalisé dans un matériau amagnétique. Ceci permet que le flux ne passe que par les bras rotoriques 7 et non par l’arbre 8, dans une direction axiale.The rotor 6 comprises a shaft 8 which is made of a non-magnetic material. This allows the flow to pass only through the rotor arms 7 and not through the shaft 8, in an axial direction.
Dans l’exemple considéré, l’arbre 8 amagnétique du rotor 6 est ni feuilleté ni en ferrite doux afin d’éviter la formation de courants induits préjudiciables dans ledit arbre 8.In the example considered, the non-magnetic shaft 8 of the rotor 6 is neither laminated nor made of soft ferrite in order to avoid the formation of harmful induced currents in said shaft 8.
Comme on peut le voir à la figure 4, chaque bras rotorique 7 comporte une portion faisant saillie, notamment disposée radialement du côté de l’axe de rotation X du rotor 6. Ceci permet de canaliser le flux magnétique tout en permettant un meilleur maintien mécanique de l'ensemble constituant le rotor 6.As can be seen in FIG. 4, each rotor arm 7 comprises a projecting portion, in particular disposed radially on the side of the axis of rotation X of the rotor 6. This makes it possible to channel the magnetic flux while allowing better mechanical retention. of the assembly constituting the rotor 6.
Dans l'exemple de la figure 3, le solénoïde 5 comporte une pluralité de spires s’étendant de manière concentrique. Dans l'exemple de la figure 4, le solénoïde 5 peut comporter une pluralité de spires s’étendant de manière axiale. En variante non représentée, le solénoïde 5 peut comporter une unique spire à plat.In the example of Figure 3, the solenoid 5 has a plurality of turns extending concentrically. In the example of Figure 4, the solenoid 5 may have a plurality of axially extending turns. In a variant not shown, the solenoid 5 may comprise a single flat turn.
Les spires sont dépourvues de fil de Litz. En variante, les spires comportent du fil de Litz dont la section a un diamètre strictement supérieur à 0,2 mm, notamment strictement supérieur à 0,3 mm.The turns are devoid of Litz wire. As a variant, the turns comprise Litz wire, the section of which has a diameter strictly greater than 0.2 mm, in particular strictly greater than 0.3 mm.
Le solénoïde 5 est agencé de sorte qu’un courant alternatif circulant dans les spires le composant, soit de fréquence strictement inférieure à 3 kHz.The solenoid 5 is arranged so that an alternating current flowing in the turns of the component, is of a frequency strictly less than 3 kHz.
Un moteur électrique non représenté est accouplé à l’arbre 8 pour permettre d’entrainer en rotation le rotor 6 à une vitesse prédéterminée Ω exprimée en tours/s et étant telle que Ω = ((2xf0) +/- ε ) / (N), N étant le nombre de bras statoriques 4. Cette vitesse prédéterminée est considérée en régime permanent, c'est-à-dire à la fin d’un régime transitoire électro-mécanique.An electric motor, not shown, is coupled to the shaft 8 to enable the rotor 6 to be driven in rotation at a predetermined speed Ω expressed in revolutions / s and being such that Ω = ((2xf0) +/- ε) / (N ), N being the number of stator arms 4. This predetermined speed is considered in steady state, that is to say at the end of an electro-mechanical transient state.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the field of the invention, from which one would not depart by replacing the various elements with all other equivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Further, the different features, variations, and / or embodiments of the present invention may be associated with each other in various combinations, as long as they are not incompatible or exclusive of each other.
Claims (15)
- le circuit résonnant émetteur (2) comportant une deuxième capacitance (C2) de valeur C2’ et un deuxième enroulement (E2), le deuxième enroulement (E2) comportant une deuxième inductance (L2) de valeur L2’, une deuxième résistance (R2) de valeur R2’,
- le circuit résonnant émetteur (2) ayant une pulsation propre ω2 telle que ω2=1/ √ (L2’ x C2’) et une fréquence propre f2 telle que f2 = ω2/(2π),
- caractérisé en ce que la valeur d’inductance de la deuxième inductance (L2) varie de manière prédéterminée.
- the emitting resonant circuit (2) comprising a second capacitance (C2) of value C2 'and a second winding (E2), the second winding (E2) comprising a second inductance (L2) of value L2', a second resistor (R2) of value R2 ',
- the emitting resonant circuit (2) having a natural pulsation ω2 such that ω2 = 1 / √ (L2 'x C2') and a natural frequency f2 such that f2 = ω2 / (2π),
- characterized in that the inductance value of the second inductor (L2) varies in a predetermined manner.
- le stator (3) comportant un solénoïde (5) et une pluralité de bras statoriques (4), l’ensemble des bras statoriques (4) formant un unique pôle magnétique lorsque le solénoïde (5) est parcouru par un courant électrique et le pôle étant notamment considéré du côté de l’entrefer,
- le rotor (6) comportant une pluralité de bras rotoriques (7) formant un unique pôle magnétique lorsque le solénoïde (5) est parcouru par un courant électrique et le pôle étant notamment considéré du côté de l’entrefer.
- the stator (3) comprising a solenoid (5) and a plurality of stator arms (4), the set of stator arms (4) forming a single magnetic pole when the solenoid (5) is traversed by an electric current and the pole being considered in particular on the side of the air gap,
- the rotor (6) comprising a plurality of rotor arms (7) forming a single magnetic pole when the solenoid (5) is traversed by an electric current and the pole being considered in particular on the side of the air gap.
- une source d’énergie (10), notamment à courant alternatif,
- un circuit résonnant récepteur (1) comportant une première capacitance (C1) et un premier enroulement (E1), le premier enroulement (E1) comportant une inductance (L1) et une première résistance (R1),
- un circuit résonnant émetteur (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit résonnant émetteur (2) étant alimenté par la source d’énergie (10).
- an energy source (10), in particular alternating current,
- a receiving resonant circuit (1) comprising a first capacitance (C1) and a first winding (E1), the first winding (E1) comprising an inductance (L1) and a first resistor (R1),
- a resonant emitter circuit (2) according to any one of the preceding claims, the resonant emitter circuit (2) being supplied by the power source (10).
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