Brevet FR2864364A1 — publié le 20050624

Dispositif de couplage électrique sans contact pour véhicule automobile L'invention se rapporte à un dispositif de couplage. électrique sans contact pour le couplage de deux parties d'un véhicule automobile mobiles l'une par rapport à l'autre. Par exemple, un tel dispositif de couplage peut être utilisé pour procéder au couplage électrique d'un ouvrant de véhicule automobile au reste de la carrosserie afin, d'une part, d'effectuer l'alimentation des dispositifs électriques équipant l'ouvrant et, d'autre part, d'échanger éventuellement de manière bidirectionnelle des signaux d'information avec ces dispositifs. En effet, les équipements électriques de l'ouvrant doivent pouvoir être interconnectés au réseau électrique de bord du véhicule pour pouvoir être alimenté et pour pouvoir recevoir des signaux véhiculant des informations de commande ou de contrôle. A cet effet, le câblage électrique entre un ouvrant de véhicule automobile et le reste du véhicule comprend classiquement un premier faisceau de câbles comportant des câbles dédiés les uns à l'alimentation électrique et, les autres, au transfert de signaux de différentes natures. Un connecteur, placé entre l'ouvrant et le reste de la carrosserie, se charge de procéder au raccordement du faisceau de câbles. Ce genre de technique présente un inconvénient majeur dans la mesure où le connecteur présente une fiabilité insuffisante et compromet dès lors la fiabilité de l'ensemble du faisceau électrique. En outre, en ce qui concerne l'alimentation, en raison de l'augmentation du nombre de charges électriques dans le véhicule, le nombre des câbles du faisceau et la section de ces derniers augmentent, ce qui entraîne une augmentation non négligeable du coût du montage et de la maintenance. Par ailleurs, de manière générale, les différentes charges que constitue l'installation électrique d'un véhicule ont besoin de tensions d'alimentation différentes. Il est ainsi nécessaire de prévoir des tensions d'alimentation de l'ordre de 5 volts, 12 volts, 15 volts, 300 volts, ... Pour optimiser le rendement de l'ensemble constitué par les charges électriques et le générateur d'alimentation, les constructeurs de véhicules automobiles ont été amenés à utiliser plusieurs convertisseurs continu-continu assurant chacun, à partir d'une même tension nominale d'alimentation, l'élaboration de niveaux de tension d'alimentation spécifiques, ce qui entraîne des interactions et des perturbations dans le réseau de bord du véhicule, en raison des harmoniques générées par les convertisseurs. Ces solutions nécessitent donc d'utiliser des filtres actifs, ce qui constitue une solution relativement onéreuse qui en outre augmente le poids et le volume de ces équipements. Ce problème se pose de manière accrue lorsqu'il s'agit d'alimenter des charges électriques qui nécessitent des tensions d'alimentation différentes et qui sont situées sur une partie du véhicule mobile par rapport à la carrosserie, comme c'est le cas d'une portière ou, de manière générale, d'un ouvrant, dans la mesure où si l'on ne souhaite pas multiplier les câbles d'alimentation du faisceau, plusieurs convertisseurs continu-continu doivent être utilisés. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique et de fournir un dispositif de couplage électrique sans contact permettant le couplage de deux parties de véhicule automobile mobiles l'une par rapport à l'autre et qui soit en outre capable de transmettre plusieurs niveaux de tension et ce, de manière fiable et peu onéreuse. L'invention a donc pour objet un dispositif de couplage électrique sans contact pour le couplage de deux parties d'un véhicule automobile mobiles l'une par rapport à l'autre, comprenant un premier convertisseur de tension destiné à être alimenté par un faisceau d'alimentation raccordé au réseau de bord du véhicule et adapté pour convertir la tension continue d'alimentation prélevée sur le réseau de bord en une tension alternative, un deuxième convertisseur de tension adapté pour redresser la tension alternative délivrée par le premier convertisseur et des moyens de couplage inductif placés entre le premier et le deuxième convertisseur. Selon une caractéristique générale du dispositif de couplage selon l'invention, l'un au moins des premier et deuxième convertisseur est un convertisseur à tensions de sortie multiples et comporte un circuit de régulation de tension pour adapter le niveau de tension délivré à un niveau de tension consommé. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de couplage inductif sont constitués par un transformateur inductif bobiné dont le primaire est raccordé au premier convertisseur et dont le secondaire est raccordé au second convertisseur de sorte qu'un flux magnétique soit transféré sans contact et à haut rendement entre les premier et deuxième convertisseurs. Par exemple, le premier convertisseur comporte le circuit de régulation. Dans un mode de réalisation, le premier convertisseur comporte un circuit onduleur comportant un ensemble de cellules de commutation pilotées chacune par des signaux de commande délivrés par un circuit de commande. Dans ce cas, la commande des cellules de commutation peut être réalisée à l'aide d'une structure de commutation duale de sorte que, en cas de défaillance des signaux de commande, les cellules de commutation soient ouvertes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier convertisseur comporte en outre un circuit résonnant placé en série sur le circuit onduleur et comportant un pont capacitif résonnant. Ce circuit de régulation de tension peut être un régulateur de type Proportionnel-Intégral. Dans un mode de réalisation, le premier convertisseur de tension comporte un premier circuit d'entrée destiné à être raccordé au réseau de bord d'alimentation du véhicule et un deuxième circuit d'entrée destiné à être raccordé à un circuit émetteur/récepteur d'un signal électrique porteur d'informations de sorte que la sortie du premier convertisseur véhicule lesdites informations. De même, le deuxième convertisseur de tension comporte un premier circuit de sortie destiné à l'alimentation d'une charge et un deuxième circuit de sortie destiné à être raccordé à un circuit récepteur/émetteur d'un signal électrique porteur d'informations. Avantageusement, les premier et deuxième convertisseurs comportent l'un un circuit de modulation et l'autre un circuit de démodulation correspondant. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique montrant l'architecture générale d'un dispositif de couplage inductif conforme à l'invention; - la figure 2 est un schéma synoptique montrant l'architecture du premier convertisseur; la figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un onduleur de tension entrant dans la constitution du premier convertisseur; - la figure 4 est un schéma montrant la structure du circuit de commande pilotant le premier convertisseur; - la figure 5 est un schéma de principe illustrant la méthode de régulation de la tension; et - la figure 6 est un schéma illustrant la structure du régulateur de tension. Sur la figure 1, on a représenté la figure de structure générale d'un dispositif de couplage inductif conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 10. Ce dispositif est destiné à réaliser un couplage électrique d'une première partie 12 de véhicule automobile et d'une deuxième partie 14 de véhicule automobile qui sont mobiles l'une par rapport à l'autre. Par exemple, la deuxième partie 14 est constituée par une portière de véhicule automobile et la première partie 12 est constituée par la carrosserie du véhicule. Ainsi, le dispositif de couplage est destiné à, d'une part, transmettre une tension d'alimentation aux organes électriques dont est pourvue la portière 14 et, d'autre part, véhiculer des signaux d'information, éventuellement de manière bidirectionnelle. Comme on le voit sur cette figure 1, le dispositif de couplage électrique sans contact selon l'invention est agencé autour d'un transformateur 16 bobiné de sorte qu'un flux magnétique soit transmis entre les deux parties 12 et 14 et que le couplage entre ces parties s'effectue ainsi de manière inductive. Le transformateur 16 comporte un enroulement primaire 16a raccordé à la sortie d'un premier convertisseur 18 ou convertisseur d'entrée, installé au niveau de la première partie 12 et un enroulement secondaire 16b raccordé à l'entrée d'un deuxième convertisseur 20 ou convertisseur de sortie, installé dans la deuxième partie 14. En ce qui concerne le premier convertisseur 18, celui-ci est constitué par un convertisseur DC/AC. Il comporte un circuit d'entrée 21 équipé d'un bornier raccordé à des conducteurs 24 d'un faisceau de câbles F du réseau de bord du véhicule automobile dédiés à l'alimentation électrique, et un deuxième circuit d'entrée 26 raccordé à la sortie d'un étage 28 de démodulation piloté par un circuit de commande 30 et raccordé par l'intermédiaire d'un bornier de raccordement 32 à un deuxième ensemble de conducteurs 34 du faisceau F. En ce qui concerne la deuxième partie 14 où, de manière générale l'ouvrant, le deuxième convertisseur 20 ou convertisseur de sortie est constitué par un convertisseur AC/DC assurant le redressement de la tension récupérée en sortie du bobinage secondaire 16b du transformateur 16. La sortie du convertisseur 20 est raccordée, par l'intermédiaire d'un bornier de sortie 36 à un premier ensemble de conducteurs 38 d'un faisceau F' de câbles qui se charge de véhiculer une tension d'alimentation pour des charges électriques équipant la portière 14. En outre, le convertisseur de sortie 20 est raccordé, en sortie, à un démodulateur 40 lui-même raccordé par l'intermédiaire d'un bornier de sortie 42, à un deuxième ensemble de conducteurs 43 du faisceau F' pour véhiculer des informations à destination des dispositifs électriques équipant la portière. En fonctionnement, l'énergie électrique d'alimentation fournie par le réseau de bord du véhicule se présente sous la forme d'une tension continue référencée à la masse. Pour permettre son transfert par l'intermédiaire du transformateur 16, le convertisseur 18 DC/AC transforme la tension continue d'alimentation en une tension alternative. Parallèlement, l'étage de modulation 28, piloté par le circuit de commande 30 produit une tension alternative correspondant à un codage des informations reçues à partir du deuxième ensemble de conducteur 34 du faisceau F puis superpose cette tension alternative à la tension alternative fournie par l'onduleur 18, l'ensemble étant fourni au bobinage primaire 16a du transformateur 16. On notera que le modulateur 28 peut en outre être pourvu d'un circuit de décodage permettant de décoder les signaux transmis le cas échéant par un modulateur correspondant associé au démodulateur 40. Une tension alternative est alors récupérée au niveau du bobinage secondaire 16b du transformateur 16, laquelle est alors redressée par le redresseur 20 pour être fournie sur le premier ensemble de conducteur 38 du faisceau F'. Les informations véhiculées sont par ailleurs récupérées par le démodulateur 40 pour être ensuite délivrées au deuxième ensemble de conducteurs 43 du faisceau F'. On va maintenant décrire en référence aux figures 2 et 3 l'architecture générale du premier convertisseur 18. Comme on le voit tout d'abord sur la figure 2, sur laquelle les circuits d'alimentation n'ont pas été repris, le convertisseur d'entrée 18 est essentiellement constitué par un onduleur de tension 44 (représenté sur la figure 3), piloté par deux circuits de commande 46 et 48 eux-mêmes raccordés, par l'intermédiaire de deux coupleurs 50 et 52 à un oscillateur commandé en tension (VCO) 54. Un circuit de régulation 56, dont la fonction sera exposée en détail par la suite en référence à la figure 5, assure une correction de la tension de sortie de l'onduleur 44 par action sur la fréquence de travail de l'oscillateur commandé en tension 54 de manière à adapter la tension de sortie du dispositif de couplage à un niveau de tension consommé par les charges électriques de la portière 14. Ainsi, grâce à l'utilisation du circuit de régulation 56 qui coopère avec le VCO 54, le premier convertisseur 18 constitue un étage de conversion multi-niveaux capable de fournir plusieurs niveaux de tension à partir d'une même tension d'alimentation prélevée à partir du réseau de bord du véhicule. En ce qui concerne l'onduleur 44 proprement dit, comme on le voit sur la figure 3, celui-ci est constitué par un ensemble de cellules de commutation 58 et 60 pilotées chacune par un signal de commande C et C' issu des circuits de commande 46 et 48. Les cellules de commutation 58 et 60 peuvent être constituées par tout type d'élément de commutation approprié pour l'utilisation envisagée tels que des transistors MOS. Ils sont associés, en sortie, à un pont capacitif résonnant constitué par une inductance L raccordée à deux condensateurs Cl et C2 placés en série, constituant un diviseur de tension, et d'un troisième condensateur C3 placé en parallèle des premiers condensateurs Cl et C2. Cette architecture permet d'obtenir, en sortie, une forme d'onde de tension constante et indépendante du courant débité. On va maintenant décrire en référence à la figure 4 la structure d'un circuit de commande, tels que 46 ou 48, délivrant le signal de commande C ou C'. Ces circuits de commande constituent une structure de commutation duale de sorte que, en cas de défaillance des signaux de commande, les cellules de commutation soient ouvertes. Ce circuit reçoit, en entrée, un signal S de contrôle en forme de créneau. Ce signal S est présenté, par l'intermédiaire d'une résistance R1 de liaison, à la base d'un transistor NPN Tl dont le circuit émetteur-base comporte une diode Dl dont la cathode est connectée à la base du transistor Ti et à la masse M du circuit de commande par une série de deux diodes de conduction tête-bêche D2 et DZ, de type Zener. Un deuxième transistor T2 de type PNP est monté avec deux résistances R2 R3 en pseudodarlington avec le collecteur du transistor Dl, une diode D3 connectée entre l'émetteur et le collecteur du transistor T2 évitant le blocage de T2. Le collecteur du transistor T2 est connecté à l'électrode de commande d'un transistor T ou T' d'une cellule de commutation 58 ou 60 par l'intermédiaire d'un pont diviseur résistif R4, R5. La résistance R5 peut être complétée par une diode électroluminescente LED comme témoin de fonctionnement du contrôleur. La cellule de commutation et par ailleurs connectée sur son chemin de puissance entre son point chaud P et la masse M. A l'aide d'un tel circuit, il est possible de faire varier la puissance transmise par le dispositif selon l'invention en agissant sur la fréquence issue de l'oscillateur commandé en tension. Plus particulièrement, comme on le voit sur la figure 5, qui illustre de manière très schématique le principe de la régulation mis en oeuvre dans le dispositif de couplage conforme à l'invention, le circuit de régulation 56 pilote la fréquence de travail F de l'oscillateur commandé en tension 54 de manière à faire varier la fréquence du signal de contrôle S et, ainsi la tension de sortie. Comme on le voit sur la figure 6, le circuit de régulation 56 est constitué par un correcteur de type Proportionnel-Intégral de type classique, comprenant un premier étage El constituant un correcteur proportionnel intégral agencé autour d'un amplificateur opérationnel Al suivi d'un deuxième étage E2 constituant un redresseur inverseur agencé autour d'un amplificateur opérationnel A2, afin de pouvoir affiner le réglage du gain en sortie du régulateur. Comme on le conçoit, l'invention qui vient d'être décrite, qui utilise un convertisseur à tensions de sortie multiples et un circuit de régulation de tension pour adapter le niveau de tension délivré à un niveau de tension consommé combinés à un dispositif de couplage inductif permet d'assurer une liaison entre une première partie et une deuxième partie d'un véhicule qui sont mobiles l'une par rapport à l'autre, tout en permettant d'alimenter des charges électriques à partir d'une seule tension d'alimentation prélevée sur le réseau de bord du véhicule. Il devient dès lors possible, grâce à l'invention d'envisager une unique tension d'alimentation délivrée par un alternateur. En particulier, une tension d'alimentation unique de l'ordre de 120V voire de 300V peut ainsi être prévue en tant que tension d'alimentation du réseau de bord, ce qui permet, notamment, de réduire de manière considérable les pertes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de couplage électrique sans contact pour le couplage de deux parties d'un véhicule automobile mobiles l'une par rapport à l'autre, comprenant un premier convertisseur de tension (18) destiné à être alimenté par un faisceau d'alimentation (F) raccordé au réseau de bord du véhicule et adapté pour convertir la tension continue d'alimentation prélevée sur le réseau de bord en une tension alternative, un deuxième convertisseur de tension (20) adapté pour redresser la tension alternative délivrée par le premier convertisseur et des moyens de couplage inductif (16) placés entre les premier et deuxième convertisseurs, caractérisé en ce que l'un au mois des premier et deuxième convertisseurs (18, 20) est un convertisseur à tensions de sortie multiples et comporte un circuit de régulation de tension (54, 56) pour adapter le niveau de tension délivré à un niveau de tension consommé. 2. Dispositif de couplage inductif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage inductif sont constitués par un transformateur inductif (16) bobiné dont le primaire (16a) est raccordé au premier convertisseur et dont le secondaire (16b) est raccordé au deuxième convertisseur de sorte qu'un flux magnétique soit transféré sans contact et à haut rendement entre les premier et deuxième convertisseurs. 3. Dispositif de couplage inductif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier convertisseur (18) comporte le circuit de régulation (54, 56). 4. Dispositif de couplage inductif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier convertisseur comprend un circuit onduleur (44) comportant un ensemble de cellules de commutation pilotées chacune par des signaux de commande (C, C') délivrés par un circuit de commande. 5. Dispositif de couplage inductif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la commande des cellules de commutation est réalisée à l'aide d'une structure de commutation duale de sorte que, en cas de défaillance des signaux de commande, les cellules de commutation soient ouvertes. 6. Dispositif de couplage inductif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le premier convertisseur comporte en outre un circuit résonnant (L, Cl, C2) placé en série sur le circuit onduleur et comprenant un pont capacitif résonnant. 7. Dispositif de couplage inductif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de régulation (56) de tension est un régulateur de type Proportionnel-Intégral. 8. Dispositif de couplage inductif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier convertisseur de tension comporte un premier circuit d'entrée (21) destiné à être raccordé au réseau de bord d'alimentation du véhicule et un deuxième circuit d'entrée (26) destiné à être raccordé à un circuit émetteur/récepteur (28) d'un signal électrique porteur d'informations de sorte que la sortie du premier convertisseur véhicule lesdites informations. 9. Dispositif de couplage inductif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième convertisseur de tension comporte un premier circuit de sortie destiné à l'alimentation d'une charge et un deuxième circuit de sortie destiné à être raccordé à un circuit récepteur/émetteur (40) d'un signal électrique porteur d'informations. 10. Dispositif de couplage inductif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les premier et deuxième convertisseurs (18, 20) comportent l'un un circuit de modulation et l'autre un circuit de démodulation correspondant.