Brevet FR2765735A1 — publié le 19990108

Système pour la fourniture d'énergie électrique, notamment en extérieur et dans des lieux publics, borne et socle correspondants. Le domaine de l'invention est celui de la fourniture d'énergie électrique, notamment en extérieur et dans des lieux publics. La transmission de l'énergie électrique provenant d'un réseau public ou privé, se réalise à travers un support de connexion simple qui est la prise de courant par un support. Ce support a de nombreux avantages dont le principal est le coût d'acquisition très faible pour l'utilisateur. Ce support a toutefois des inconvénients majeurs dont deux principaux que l'on peut résumer ainsi: - les choix de normalisation des différents pays rendent souvent incompatibles les différentes sortes de prises dans les branchements mâle-femelle; - toute prise de courant de type femelle doit protéger ses conducteurs par des constituants mécaniques. En d'autres termes, cette solution est parfaitement adaptée à la majorité des usagers et notamment aux usages domestiques, mais pose des problèmes inévitables pour certaines conditions d'utilisation. C'est le cas des prises installées sur la voie publique qui sont l'objet de vandalisme. C'est le cas en général des prises qui sont en contact avec des ambiances extérieures sévères dues à leur environnement comme les bornes enterrées ou aux conditions climatiques qu'elles subissent - air marin, poussières désertiques, orages violents etc... -. Les collectivités et communautés urbaines rencontrent de nombreux problèmes dans la mise en oeuvre des solutions existantes. Le sujet des bornes enterrées destinées aux raccordements du réseau EDF à l'espace public ne déclenche pas de passions au premier abord. Toutefois la distribution du courant sur les lieux publics qui fut longtemps banalisée par l'utilisateur commence à préoccuper sérieusement les collectivités de par les coûts qu'elle génère pour la maintenance et l'environnement. Pour toutes les collectivités, une bonne distribution d'énergie électrique c'est celle qui ne se voit pas, qui n'encombre pas et qui est disponible sans intervention de spécialiste. L'effort actuel des élus tend à favoriser l'adoption de solutions qui permettent la prise en charge des dépenses par celui qui consomme. L'environnement est l'un des domaines ou les collectivités sont particulièrement prudentes sur les solutions et le calendrier qu'elles adoptent car elles peuvent se heurter à des sensibilités très diverses et à des réactions passionnées. L'investissement financier est souvent lourd, il doit être en conséquence pertinent et consensuel. A noter par exemple que dans le domaine des bornes de distribution d'électricité l'usage profite aux marchands, le paysage lui, est supporté par les riverains. Les lieux et voies publiques abondent de mobilier urbain. Les armoires de distribution d'énergie électrique et les bornes ne cessent de pousser pour de multiples usages : péages, sécurité, éclairage, télécoms...La profusion et la diversité de ces "caissons" en plein air ainsi que les travaux et les coûts qu'ils génèrent préoccupe les élus. Par ailleurs, I'érection des bornes fixe qui quadrillent les places de marchés notamment rend la surface difficilement convertible à d'autres manifestations possibles pour l'animation du quartier. L'accès à l'énergie est de plus concédé ponctuellement dans le cadre d'une procédure d'ouverture ou de fermeture de toute le réseau de la plate-forme. Plusieurs usages se présentent avec plusieurs réseaux électriques. C'est ainsi que les voitures électriques utilisent leur propre réseau sur la voie publique, les services municipaux leurs prises dédiées. D'autres prises sont utilisées pour les servitudes et les marchands qui alimentent leurs balances et leur chauffage. Selon encore un autre aspect, on constate que l'accès au réseau électrique, notamment en France, n'est pas valorisé. Depuis cinquante ans nous consommons l'électricité sans nous préoccuper du réseau qui la transporte.ll nous était en quelque sorte offert. Dans le même état d'esprit les collectivités acceptent mal d'investir dans une prise de courant "publique" fusse t'elle enterrée. Pour le client final le prix doit être faible et les moyens mis en oeuvre pour la fourniture sont sans intérêts pourvu que l'énergie soit disponible. La disponibilité est la qualité principale exigée des bornes enterrées de distribution d'électricité. Cette contrainte de fonctionner tout le temps entraîne des coûts de maintenance importants pour les bornes enterrées qui sont soumises à tout les aléas du pavé. Les premières expériences font ressortir des coûts de 70 à 80 000 Francs par an pour cent bornes avec des dysfonctionnements constatés souvent d'origine mécanique. Ce coût peut être réduit considérablement avec des installations statiques. Par ailleurs, une facture avec TVA pour 17,25 Francs, par exemple, ne fait pas l'unanimité et n'allège pas les comptabilités. De ce point de vue l'accès en libre service simplifierait la relation du client final avec EDF par un pré-paiement, I'absence d'autorisation et de personnel dédié pour le branchement. La profusion des matériels et la multiplication des systèmes de raccordements -prises 16 A - 32A avec ou sans terre etc... - incommodent l'usager qui ne souhaiterait qu'une seule prise, celle qui se raccorde directement à son appareil. La standardisation des prises touche l'usager car cela lui facilite la vie, il accorde une valeur à la connexion qui lui est proposée pas au réseau qui achemine le courant. Les technologies mises en oeuvre actuellement sont essentiellement électromécaniques, elles ne peuvent pas se contenter d'une maintenance préventive. Elles doivent résister aux conditions sévères de leur environnement. Le lavage par jet d'eau à haute pression infiltre dans les puits et dans les prises les détritus et les boues des sols. Un verrou qui grippe, un clapet qui ne ferme plus, une manipulation brutale, sont autant de causes de panes liées à la condition d'escamotage des prises et à leur accès par trappe. L'invention à notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de la technique. Un objectif de l'invention est d'éliminer tout interface mécanique de connexion et d'isoler en permanence l'extérieur du réseau électrique en réalisant la connexion elle même par un acte simple et non sujet à défaillance comme le dépôt d'un objet sur un autre. Ces objectifs sont atteints, selon la présente invention, à l'aide d'une transmission de courant par induction dans le but d'alimenter une ou des prises électriques femelles sur laquelle l'utilisateur branchera ses installations personnelles. Un certain nombre d'aspects nouveaux sont liés à l'invention. Ils visent notamment une protection naturelle de l'environnement par rapport aux rayonnements, un conditionnement offrant les garanties de robustesse attendues, la possibilité de transmettre au réseau et de recevoir du réseau des informations de type numériques etc... L'extension vers des applications dérivées est également proposée. Plus précisément, l'invention concerne un système pour la fourniture d'énergie électrique, notamment en extérieur et dans des lieux publics, comprenant: une partie enterrée et/ou emmurée, appelée socle, comprenant une première bobine inductive alimentée par un réseau électrique ; et - une partie mobile, appelée borne, comprenant une seconde bobine inductive alimentant au moins une prise de courant, et prévue pour être placée en regard dudit socle de façon à permettre un couplage par induction entre lesdites première et seconde bobines, de façon que l'énergie électrique reçue dudit réseau électrique puisse être transmise à ladite prise de courant sans connexion électrique entre ledit socle et ladite borne. Avantageusement, ledit socle présente un conditionnement étanche, dont au moins la partie venant en regard de ladite borne est réalisée dans un matériau non magnétique. De façon préférentielle, ladite première bobine et/ou ladite seconde bobine sont placés dans un noyau en matériau magnétique. Ledit matériau magnétique comprend par exemple de la ferrite, au moins une terre rare ou un mélange de ces matériaux. Avantageusement, ledit socle comprend des premiers moyens électroniques assurant au moins une des fonctions appartenant au groupe comprenant: - transformation d'un signal électrique basse fréquence reçu via ledit réseau électrique en un signal électrique haute fréquence alimentant ladite première bobine; - détection de la présence et/ou identification de ladite borne; - validation d'un transfert d'énergie entre lesdites bobines; - limitation de la puissance transmise; - transfert de données vers un dispositif centralisateur, par exemple par modulation du courant porteur dudit réseau électrique. Préférentiellement, ladite borne comprend des seconds moyens électroniques assurant la transformation d'un signal électrique haute fréquence reçue par ladite seconde bobine en un signal électrique basse fréquence prévu pour alimenté ladite prise de courant. De façon avantageuse, ladite borne comprend au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant: - un voyant indiquant l'existence d'un transfert d'énergie; - au moins une prise de raccordement électrique d'un ou plusieurs standards connus; - un dispositif de lecture d'objets portatifs à mémoire, pour l'autorisation d'utilisation de ladite borne et/ou le paiement de l'énergie électrique consommée; - un matériel électrique spécifique, tel qu'un lampadaire, un cône lumineux, du matériel de secours; - au moins une poignée de transport. Selon une autre caractéristique avantageuse, le système de l'invention comprend des moyens pour favoriser et/ou contrôler la mise en place de ladite borne en regard dudit socle, appartenant au groupe comprenant: - des moyens mécaniques de guidage pour la mise en place de ladite borne et/ou son accrochage audit socle; - des moyens optiques, assurant la transmission d'un signal optique ou infrarouge depuis ladite borne vers un capteur correspondant dans ledit socle. 11 peut également comprendre des moyens de verrouillage de ladite borne sur ledit socle, interdisant le retrait de ladite borne tant que le transfert d'énergie est effectif.Lesdits moyens de verrouillage mettent avantageusement en oeuvre des forces magnétiques. L'invention concerne également les bornes et les socles d'un tel système. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un mode de réalisation préférentiel, et des dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'une borne selon l'invention; - la figure 2 présente un socle selon l'invention, en coupe; la figure 3 illustre, de façon plus détaillée, en coupe, les éléments constitutifs d'un système selon l'invention; - la figure 4 présente, en perspective, une autre présentation d'un socle et d'une borne selon l'invention ; et - la figure 5 illustre le principe de fonctionnement de l'invention. Le système de l'invention se présente en deux éléments totalement distincts et non appairés (figure 4): - un socle (voir également figure 2) qui est figé au ras du sol contenant une bobine émettrice source; - une prise portable (voir également figure 1) contenant une bobine réceptrice avec l'électronique embarquée et des prises électriques femelles incorporée, sur lesquelles se branche l'utilisateur. Le socle (figure 2! La bobine émettrice source est enterrée. Totalement statique elle est enfermée dans un conditionnement étanche et se présente au niveau du sol sous la forme d'une plaque à induction circulaire disposant d'un revêtement adapté à l'espace publique et notamment antidérapant et discret. Le socle prend appui sur le sol. L'ensemble émerge d'un demi centimètre par rapport au sol sur lequel il est fixé. L'ensemble monobloc est lui même emmanché dans un puits perdu. Disposés à raz du sol les socles ne sont pas une contrainte susceptible de conditionner l'usage de la plate-forme à une seule activité et celle ci étend ainsi sa valeur d'usage à de multiples affectations telles que les marchés, I'animation locale ou les manifestations commerciales ou sportives. Peu visibles à hauteur d'homme ils ne défigurent pas les places et respectent les sites touristiques. Tout les socles peuvent être utilisées par tout ceux qui disposent d'une prise à induction correspondante. Dans le cas des marchés la prise à induction se comporte comme une prise multiple standard. Plus généralement l'utilisateur pourra obtenir des services différenciés par le fait de poser des bobines réceptrices dédiées à de multiples usages sur le socle comme par exemple un chandelier d'éclairage qui éclaire par simple positionnement sur un socle ou une signalisation de sécurité sur voie ou un balisage lumineux réalisé en utilisant les socles comme des quadrillages possibles. Les socles sont des sous ensembles inertes qui peuvent s'implanter simplement et de façon économique en utilisant un outillage adapté. Contrairement à la solution de borne traditionnelle enterrée, en utilisant la solution par induction l'investisseur ne finance directement que l'infrastructure d'implantation des plots car les prises elles mêmes sont prises en charge totalement ou en partie par les clients individuels ou collectifs. L'achat d'un plot seul coûte moitié moins cher que la borne enterrée classique complète. Le temps d'installation des plots est réduit du fait de la simplicité de pose et d'un outillage adapté. Une plaque sur le sol résiste lieux à l'ambiance marine des ports que les prises traditionnelles coûteuses en maintenance dans ces ambiances. Absolument statique le plot ne nécessite pas de maintenance particulière. Compact et étanche de conception il est étudié pour résister aux conditions d'usage des plates-formes publiques - nettoyages - roues de véhicules - etc.. et respecte les contraintes de sécurité vis à vis des différentes couches de la population humaine et animale. Leur principe même de fonctionnement fait qu'il ne peuvent être activés qu'en présence d'une prise bobine réceptrice ce qui leur confere une sûreté de fonctionnement. Les socles sont repérés au sol et le réseau de plots peut bien entendu être connecté à une borne de distribution d'électricité en libre service comme celles qui sont à la disposition des véhicules électriques. Dans ce dernier cas de figure - les bornes monétique en question ayant déjà été éprouvées à travers de multiples installations sur les rues et dans les parkings - la maintenance du système borne monétique et réseau associé sera réduit considérablement du fait de l'absence totale de parties mécaniques associées. La borne. ou prise portable a induction (figure 1 La prise portable contient une bobine réceptrice avec une prise électrique femelle incorporée dans le cas des applications pour les places de marchés et de la distribution d'énergie électrique en général. Totalement statique elle est enfermée dans un conditionnement étanche et se présente sous la forme d'un couvercle cylindrique qui se pose en recouvrement du plot. Elle dispose de deux poignées facilitant son transport et de plusieurs prises de courant abritées qui délivrent l'électricité. Disposée en recouvrement d'un plot actif elle adhère au sol et ne peut être déplacée pendant la durée de la livraison d'énergie. Elle se décolle automatiquement lorsque le plot ne perçoit plus de courant ou en cas d'arrêt d'urgence. Elle referme les dispositifs de protection standards et dispose d'un interrupteur d'urgence actionnable au pied. Elle est concue avec des matériaux qui limitent en canalisant le flux la diffusion des rayonnements magnétiques pendant la période de fonctionnement. Elle est dotée d'un système de transmission d'informations au réseau. La prise portable à induction est stockée chez l'utilisateur ou le gestionnaire du parc des prises. Elle est donc invisible hors période d'utilisation. Les multiples usages possibles de cette connexion par induction rendent à l'imagination et a la débrouillardise des latins leurs lettres de noblesse. On peut décliner ainsi par exemple trois types d' applications de plein air. Les appareils domestiques ou de chauffage ou d'éclairage ou de cuisines peuvent s'équiper d'une prise de transmission intégrée ou se connectant sur une prise à induction. Dans ce cas l'accès possible à tout moment au réseau EDF en libre service en utilisant des plots publics disposés à l'usage de tous répond au souhait le plus profond des campeurs caravaniers (équipés de prises): la liberté de mouvements. La possession de prises à induction par les services de secours ou de sécurité leur dorme accès à l'énergie partout ou il y a des plots. Enfin cette solution électrique élimine les petits moto générateurs qui pétaradent et polluent. Le coût d'acquisition de cette prise est dissocié du coût de l'investissement en infrastructure du réseau. Cette situation peut apporter aux collectivités locales des réponses économiques multiples à moindre coût financier. plusieurs solutions peuvent se présenter: -Soit elles investissent uniquement sur l'infrastructure avec une concession au privé de la vente ou de la location des plots. -Soit elles investissement sur l'infrastructure et prennent en charge une partie de l'achat du plot par la collectivité, le possesseur payant le complément. -Soit elles déléguent totalement la gestion du système à un concessionnaire privé. - etc. En outre en optant pour la solution de libre service les collectivités peuvent associer les services de péages et de redevance avec la fourniture de livraison d'électricité toutes ces prestations étant débitées sur la carte jusqu'à épuisement. Absolument statique le plot ne nécessite pas de maintenance particulière. Compact et étanche de conception il est en effet conçu pour résister aux conditions d'usage des multiples utilisateurs sans précautions particulières de rangement.. Le plot respecte les contraintes de sécurité vis à vis des différentes couches de la population en permettant notamment une rapide déconnexion en cas d'anomalie. Des transmissions d'informations numériques entre la prise le plot et le réseau peuvent permettre une reconnaissance personnalisée de l'utilisateur. Des clés d'accès électroniques voire des prises passe-partout pour les services de sécurités peuvent ainsi être programmées. La maintenance n'est pas absente de ce système mais est considérablement limitée et respecte l'urgence Elle ne prend pas en charge les plots mais uniquement la connexion au réseau Un plot hors d'usage ne nécessite pas d'intervention sur le site mais uniquement un échange. Une solution consiste à avoir un ou deux plots de disponibles sur le marché pour les besoins de maintenance. Le service d'échange pour les prises peut être délégué au concessionnaire ou à une société de maintenance spécialisée. Le principe général de l'invention, connu en soi, repose sur l'utilisation de l'induction, ainsi que cela est illustré en figure 5. On décrit maintenant plus précisément le système illustré en figure 3. L'invention concerne donc la mise à disposition d'énergie électrique dans des lieux publics ou privés exposés par exemple aux conditions atmosphériques extérieures (lieux où il n'est pas souhaité une profusion de matériel urbain fixe en surface (par exemple les places publics) mais où il existe un besoin temporaire d'énergie (jours de marché, forains, éclairage de bal populaire,...) de faible puissance, inférieure par exemple à 10 kW. Ce nouveau système de raccordement sans contact est destiné à remplacer les branchements électriques existants par prise du type mâle-femelle. Ce système est composé de: - une partie enterrée dans le sol (ou éventuellement emmurée); - une partie mobile que l'on pose sur la partie enterrée. La partie enterrée est la source d'énergie. Elle est posée dans un puits en béton dans lequel arrive le réseau électrique basse tension. Une fois raccordée au réseau, elle est boulonnée sur le sol. Un joint d'étanchéité placé en-dessous évite tout infiltration d'eau. L'ensemble est conçu pour un raccordement et un échange de source rapides. Sa surface apparente au niveau du sol est en matériau non magnétique, antidérapante et pourvue d'une signalétique appropriée. Sa résistance mécanique autorise le passage d'une automobile. La source est constituée d'une électronique de commande associée à une bobine inductive placée dans un noyau en matériaux magnétiques de type ferrite ou terres rares (cobalt...) qui crée le champ magnétique. L'avantage de ce type de matériaux est de permettre de forts couplages à pertes réduites tout en ayant un champ magnétique directif. L'électronique de commande a plusieurs rôles: - transformer le courant 220 V 50 Hz en courant haute fréquence (HF) alimentant la bobine - reconnaître et identifier une partie mobile (validation d'un code) - valider le transfert d'énergie - limiter la puissance transmise (cas de courteircuit, malveillance...) - transférer des informations par courant porteur en ligne ou bus à un centralisateur assurant les fonctions de gestion, diagnostic, comptage... La partie mobile comprend: - une bobine réceptrice avec son noyau magnétique - une électronique de commande pour transformer le signal HF reçu en courant/tension exploitables - un voyant témoin indiquant le transfert d'énergie - des prises de raccordement électrique classique de type 16 A - un dispositif de centrage et de verrouillage mécanique ou magnétique avec la bobine source. Elle peut également être munie d'un lecteur de carte (ou autre objet portatif similaire) permettant d'associer la distribution à un paiement. Son poids permet son transport par une personne. Cette partie mobile peut être dédiée en étant équipée par exemple d'un lampadaire, d'un cône lumineux de sécurité, de matériel électrique de secours... Dans ce cas, bien sûr, les prises ne sont optionnelles. Selon un autre mode de réalisation, la borne comprend une ou plusieurs rallonges (un mécanisme pour enrouler ces rallonges pouvant être prévu), qui peuvent par exemple porter à l'autre extrémité une prise spéciale, pour l'alimentation d'un véhicule électrique. REVENDICATIONS 1. Système pour la fourniture d'énergie électrique, notamment en extérieur et dans des lieux publics, caractérisé en ce qu'il comprend: - une partie enterrée et/ou emmurée, appelée socle, comprenant une première bobine inductive alimentée par un réseau électrique; et - une partie mobile, appelée borne, comprenant une seconde bobine inductive alimentant au moins une prise de courant, et prévue pour être placée en regard dudit socle de façon à permettre un couplage par induction entre lesdites première et seconde bobines, de façon que l'énergie électrique reçue dudit réseau électrique puisse être transmise à ladite prise de courant sans connexion électrique entre ledit socle et ladite borne. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit socle présente un conditionnement étanche, dont au moins la partie venant en regard de ladite borne est réalisée dans un matériau non magnétique. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite première bobine et/ou ladite seconde bobine sont placés dans un noyau en matériau magnétique. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit matériau magnétique comprend de la ferrite, au moins une terre rare ou un mélange de ces matériaux. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit socle comprend des premiers moyens électroniques assurant au moins une des fonctions appartenant au groupe comprenant: - transformation d'un signal électrique basse fréquence reçu via ledit réseau électrique en un signal électrique haute fréquence alimentant ladite première bobine; - détection de la présence et/ou identification de ladite borne; - validation d'un transfert d'énergie entre lesdites bobines; - lunitation de la puissance transmise; - transfert de données vers un dispositif centralisateur. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit transfert de données se fait par modulation du courant porteur dudit réseau électrique. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite borne comprend des seconds moyens électroniques assurant la transformation d'un signal électrique haute fréquence reçue par ladite seconde bobine en un signal électrique basse fréquence prévu pour alimenté ladite prise de courant. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite borne comprend au moins un des éléments appartenant au groupe comprenant: - un voyant indiquant l'existence d'un transfert d'énergie; - au moins une prise de raccordement électrique d'un ou plusieurs standards connus; - un dispositif de lecture d'objets portatifs à mémoire, pour l'autorisation d'utilisation de ladite borne et/ou le paiement de l'énergie électrique consommée; - un matériel électrique spécifique, tel qu'un lampadaire, un cône lumineux, du matériel de secours; au moins une poignée de transport. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour favoriser et/ou contrôler la mise en place de ladite borne en regard dudit socle, appartenant au groupe comprenant: des moyens mécaniques de guidage pour la mise en place de ladite borne et/ou son accrochage audit socle; - des moyens optiques, assurant la transmission d'un signal optique ou infrarouge depuis ladite borne vers un capteur correspondant dans ledit socle. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de verrouillage de ladite borne sur ledit socle, interdisant le retrait de ladite borne tant que le transfert d'énergie est effectif. i 1. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de verrouillage mettent en oeuvre des forces magnétiques. 12. Socle d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 13. Borne d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.