Brevet FR2698220A1 — publié le 19940520

INSTALLATION DE TRANSMISSION, SANS CONTACT, DE PUISSANCE ELECTRIQUE La présente invention se rapporte à une installation de transmission, sans contact, de puissance électrique à une charge. I1 existe de nombreuses configurations pour lesquelles une charge doit être le plus possible isolée du monde extérieur, afin en particulier d'éviter que des vibrations ne puissent lui être transmises. Dans un satellite faisant par exemple partie d'un programme spatial scientifique, il est souhaitable qu'une "charge utile", constituée par exemple par des appareils de mesure ou par des essais expérimentaux, soit au maximum isolée des vibrations en vol du satellite. Cette charge utile étant elle-même montée sur un organe de support, communément dénommé "plateforme", la meilleure solution pour s ' affranchir de ces vibrations consiste alors à prévoir, en apesanteur, cette plateforme "flottante" dans une enveloppe. Les commandes sont alors transmises de 1' enveloppe à la charge utile par transmission à rayons infra-rouge, et la puissance électrique est fournie à cette charge utile par 1 ' intermédiaire d ' au moins un transformateur d'énergie à secondaire flottant. L ' énergie thermique qui résulte soit de la transformation de 1 'énergie électrique, soit d'une autre transformation (par exemple chimique), est évacuée à 1 'aide d'un ensemble d ' ailettes radiatrices. Un transformateur flottant classique 5 est représenté schématiquement, en perspective, sur la figure 1 jointe. I1 comporte une carcasse magnétique 1, une bobine d' enroulement primaire 2 qui est bobinée serrée autour de la carcasse magnétique 1 et une bobine d'enroulement secondaire 3 qui est bobinée autour de la carcasse magnétique 1 sans toucher cette dernière, en laissant donc libre un espace d' air 4 entre cette carcasse 1 et cette bobine 3. Le secondaire 3 alimente une charge utile qui est prévue par exemple flottante ou du moins très bien isolée de 1' environnement extérieur. Elle est en conséquence fixée mécaniquement sur cette charge. La carcasse 1, et donc aussi l'enroulement primaire 2, est alors rendue solidaire du chassis porteur qui peut donc être soumis à des sollicitations mécaniques, telles que des vibrations. Ces sollicitations ne doivent en aucun cas être transmises à la charge utile, ce qui explique 1' utilisation du secondaire "flottant" 3. Toutefois, contrairement à ce que 1 on croit de prime abord, le fait de prévoir cet intervalle d' air 4 entre la carcasse i reliée au milieu environnant et la bobine secondaire 3 reliée à la charge utile ne suffit pas à assurer une isolation mécanique parfaite de cette charge. I1 faut en effet en particulier compter avec la "raideur" électromagnétique du transformateur flottant, qui est justement due à cet espace d'air 4 et aux lignes de fuite du champ magnétique qui traversent ce même espace d'air. En supposant la carcasse i bien centrée par rapport à la bobine secondaire 3, tout déplacement relatif d va entrainer, selon une loi fondamentale bien connue, 1 ' apparition de forces électromagnétiques F qui vont naturellement tendre à s 'opposer à ce déplacement d. La force électromagnétique F de rappel s' exprime, en fonction du déplacement relatif d, sous la forme: F = K.d le facteur K étant la "raideur" du transformateur flottant. I1 en résulte que, cette raideur K étant d'autant plus importante que la puissance transmise est élevée, le transformateur flottant va malheureusement transmettre au secondaire, malgré l'espace d'air 4, une proportion souvent prohibitive des vibrations ou autres déplacements mécaniques fortuits du primaire 2. Pour ces fortes puissances, l'utilisation de câbles souples pour remplacer la liaison à transformateur flottant n' est pas concevable, en raison du nombre élevé de câbles nécessaire. L ' invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à une installation de transmission, sans contact, de puissance électrique à une charge, cette trans miss on s ' effectuant par au moins un transformateur flottant, et cette installation se caractérisant en ce qu'elle est équipée de moyens pour appliquer la puissance électrique à au moins 1' enroulement flottant de ce transformateur sous forme d'une puissance dont la tension est, à puissance égale, beaucoup plus élevée que la tension appliquée à l'entrée de ladite installation, et dont en conséquence le courant est beaucoup plus faible que le courant correspondant à l'entrée de cette installation, de sorte que finalement la raideur électromagnétique de ce transformateur flottant est diminuée en raison de la diminution corrélative de 1 'intensité du courant qui parcourt le ou les enroulements flottants de ce transformateur. L ' invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 1, déjà décrite précédemment, représente le transformateur flottant de rapport 1/1 qui est utilisé dans cette installation; et Figure 2 est un schéma électrique synoptique de cette installation. En se reportant à l'ensemble des figures 1 et 2, il s'agit d'une installation de transmission d'une puissance continue P à une charge Z. A titre d' exemple nullement limitatif, la puissance P est celle disponible à bord d'un satellite scientifique, et la charge Z est une charge utile expérimentale qui, pour être protégée des vibrations du satellite, est portée par une plateforme montée flottante dans une enceinte. De façon à isoler mécaniquement le mieux possible cette charge Z, la transmission de puissance P s ' effectue à travers un transformateur flottant 5, de rapport de transformation 1/1, identique à celui représenté en Figure 1 et décrit précédemment. Ce transformateur 5 est donc à secondaire 3 flottant, un espace d' air 4 étant ménagé entre sa carcasse 1 et son enroulement secondaire 3. Pour pouvoir utiliser ce transformateur 5, il est classiquement prévu un circuit 6 de conversion de puissance continue en puissance alternative (ou "convertisseur DC/AC") en entrée 10 de l'installation, et symétriquement de même un circuit 7 de conversion de puissance alternative en puissance continue (ou "convertisseur AC/DC") en sortie de l'installation. Conformément à l'invention, et donc afin de diminuer au maximum la raideur électromagnétique du transformateur flottant 5, des moyens sont prévus pour, à puissance transmise égale, faire fonctionner le transformateur 5 sous tension primaire et secondaire élevées, et donc avec des courants primaires et secondaires faibles. Ces moyens consistent à prévoir entre le convertisseur DC/AC 6 et le primaire 2 du transformateur flottant 5 un transformateur élévateur de tension 8 à petit rapport de transformation primaire/secondaire, par exemple de 1/6 permettant de passer de 50 volts à 300 volts environ; et entre le secondaire flottant 3 du transformateur 5 et le convertisseur AC/DC 7 un transformateur abaisseur de tension 9 à grand rapport de transformation primaire/secondaire, ce rapport étant préférentiellement inverse de celui du transformateur 8, et donc égal à 6/1 dans cet exemple. Le courant qui traverse les enroulements, primaire et secondaire du transformateur 5, et en particulier celui qui traverse son secondaire flottant 3, étant très faible, la raideur électromagnétique de ce transformateur flottant 5 est en conséquence très faible. Comme il va de soi, l'invention n' est pas limitée à 1' exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi que l'utilisation de transformateurs élévateur 8 puis abaisseur 9 n'est pas impérative : on pourrait très bien concevoir tout simplement d'utiliser des convertisseurs DC/AC 6 et AC/DC 7 qui fournissent et recoivent respectivement une tension alternative très élevée, par exemple de l'ordre de plusieurs centaines de volts à voire même un ou plusieurs kilovolts. Le rapport de transformation primaire/secondaire du transformateur élévateur de tension 8 peut par exemple être compris entre environ 1/5 et 1/100, de façon à diminuer l'intensité du courant dans l'enroulement flottant d ' un facteur compris entre 5 et 100 environ. REVENDICATIONS 1 - Installation de transmission, sans contact, de puissance électrique (P) à une charge (Z), cette transmission s'effectuant par au moins un transformateur flottant ( 5 ), caractérisée en ce qu'elle est équipée de moyens (6,8) pour appliquer la puissance électrique (P) à au moins 1 enroulement flottant (3) de ce transformateur sous forme d ' une puissance dont la tension est, à puissance (P) égale, beaucoup plus élevée que la tension appliquée à l'entrée (10) de l'installation, et dont en conséquence le courant est beaucoup plus faible, de sorte que finalement la raideur électromagnétique de ce transformateur flottant est diminuée en raison de la diminution corrélative de 1 'intensité du courant qui parcourt le ou les enroulements flottants (3) de ce transformateur (5). 2 - Installation de transmission de puissance électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens (6,8) sont prévus pour diminuer d ' un facteur compris entre 5 et 100 l'intensité du courant dans l'enroulement flottant (3) du transformateur (5). 3 - Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un transformateur élévateur de tension (8) en amont du transformateur flottant ( 5 ) et un transformateur abaisseur de tension (9) en aval de ce transformateur flottant (5). 4 - Installation selon l'une des revendications 1 à 3, pour la transmission par au moins un transformateur flottant (5) d'une puissance continue (P) à une charge (Z), caractérisée en ce qu'elle comporte successivement, entre l'entrée (10) de l'installation et la charge (Z), au moins - un convertisseur continu-alternatif (6); - un transformateur élévateur de tension(8); - le transformateur flottant (5); - un transformateur abaisseur de tension (9); et - un convertisseur alternatif-continu (7). 5 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le transformateur élévateur de tension 8 et le transformateur abaisseur de tension (9) sont de rapports de transformation sensiblement égaux mais inverses. 6 - Installation selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que ledit transformateur élévateur de tension (8) a un rapport de transformation primaire/secondaire compris entre 1/5 et 1/100. 7 - Installation selon 1 'une des revendications 1 ou 2, pour la transmission par au moins un transformateur flottant (S) d'une puissance continue (P) à une charge (Z), caractérisée en ce qu'elle comporte successivement, entre l'entrée (10) de l'installation et la charge (Z) un convertisseur continu-alternatif (6) qui délivre une tension alternative de valeur élevée, et donc une intensité de courant correspondant faible; le transformateur flottant (5); et un convertisseur alternatif-continu (7).