Brevet FR2883428A1 — publié le 20060922

PROCEDE POUR RECHARGER UNE PILE OU BATTERIE D'UN EQUIPEMENT ELECTRONIQUE A L'AIDE D'UN CHARGEUR ET EQUIPEMENTS ELECTRONIQUES ADAPTES A UN TEL PROCEDE L'invention se rapporte à un procédé pour recharger une pile ou batterie d'un équipement électronique à l'aide d'un chargeur. Tous les équipements électroniques portables utilisent pour fonctionner une batterie. Lors d'une intense utilisation, la batterie de ces équipements électroniques nécessite d'être rechargée. Un chargeur traditionnel composé d'un transformateur, d'un câble et d'un connecteur permet de se connecter à ces équipements électroniques portables afin d'en recharger la batterie. Il y a des situations où le chargeur n'étant pas disponible, la batterie vient alors à se décharger, rendant dans de telles conditions ces équipements électroniques portables non utilisables. Il est à noter également qu'il parait difficile de trouver des chargeurs d'équipements électroniques portables compatibles entre eux à moins que les équipements électroniques portables soient de la même marque et de la même gamme de produits. En effet, les chargeurs diffèrent les uns des autres selon les marques des constructeurs et bien souvent même d'un produit à un autre d'un même constructeur. Le but de l'invention est de fournir aux utilisateurs d'équipements électroniques portables, un procédé universel de transfert d'énergie permettant ainsi de recharger les batteries des équipements électroniques portables à partir d'un équipement électronique fixe ou non portable sans le besoin d'un chargeur traditionnel ou bien de transférer une partie de l'énergie d'un équipement électronique portable vers un autre équipement électronique portable se trouvant dans des conditions de batterie déchargée. Ce procédé universel de transfert d'énergie doit permettre de fonctionner quelle que soit la marque commerciale de ces équipements électroniques portables ou non portables ainsi que de leurs formes variées. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour recharger une pile ou batterie d'un équipement électronique à l'aide d'un chargeur, comprenant les étapes suivantes: - à l'aide d'un bloc de contrôle installé dans le chargeur et alimenté par une source d'énergie, générer un signal d'excitation périodique, par exemple de fréquence égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, par l'intermédiaire d'un amplificateur, pour exciter un circuit LC série fermé sur le bloc de contrôle et résonnant à la fréquence du signal d'excitation en comprenant en série une capacité et une antenne rayonnant un champ magnétique de même fréquence que celle du signal d'excitation; à l'aide d'un circuit LC parallèle installé dans l'équipement électronique et résonnant à une même fréquence que celle du circuit LC série en comprenant en parallèle une capacité et une antenne, fermer la pile ou batterie sur le circuit LC parallèle par l'intermédiaire d'un circuit redressant un courant induit dans le circuit LC parallèle; et - rapprocher l'équipement électronique du chargeur à une distance suffisante pour que le champ magnétique rayonné par l'antenne du circuit LC série du chargeur soit capté par l'antenne du circuit LC parallèle de l'équipement électronique et induise un courant dans ce circuit redressé par le circuit redresseur pour recharger la pile ou batterie de l'équipement électronique. Dans un mode d'exécution de l'invention, le chargeur est un deuxième équipement électronique muni d'une pile ou batterie alimentant le bloc de contrôle générant le signal d'excitation périodique. L'invention s'étend à un équipement électronique muni d'une pile ou batterie destiné à la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit LC parallèle résonnant à une fréquence, par exemple égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, en comprenant en parallèle une capacité et une antenne pour capter un champ magnétique, fermé sur la pile ou batterie par l'intermédiaire d'un circuit redressant un courant induit dans le circuit LC parallèle. L'invention s'étend encore à un équipement électronique faisant office de chargeur, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de contrôle alimenté par la pile ou batterie pour générer un signal d'excitation périodique, par exemple de fréquence égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, par l'intermédiaire d'un amplificateur et un circuit LC série fermé sur le bloc de contrôle et résonnant à la fréquence du signal d'excitation en comprenant en série une capacité et une antenne pour rayonner un champ magnétique de même fréquence que celle du signal d'excitation. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, un même équipement électronique est prévu pour fonctionner comme chargeur ou comme équipement électronique dont il faut recharger la pile ou la batterie. Ainsi, le chargeur ou l'équipement électronique est caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de contrôle alimenté par la pile ou batterie pour générer un signal d'excitation périodique, par exemple de fréquence égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, par l'intermédiaire d'un amplificateur, un circuit LC série, comprenant en série une capacité et une antenne pour rayonner un champ magnétique de même fréquence que celle du signal d'excitation, un circuit LC parallèle comprenant en parallèle une capacité et une antenne pour capter un champ magnétique, les deux circuits LC série et LC parallèle résonnant à la fréquence du signal d'excitation, et un commutateur commandé par un bloc de contrôle entre deux positions, l'une dite de fermeture dans laquelle le commutateur ferme le circuit LC parallèle sur la pile ou batterie par l'intermédiaire d'un circuit redresseur de courant, et l'autre dite d'ouverture dans laquelle le commutateur est ouvert, le bloc de contrôle commandant l'amplificateur pour respectivement le désactiver en même temps qu'il commande le commutateur dans la position de fermeture et l'activer en même temps qu'il commande le commutateur 27 dans la position d'ouverture. Dans un mode particulier de réalisation, ce chargeur ou cet équipement électronique comprend un contacteur monté en parallèle par rapport au commutateur et commandé par un moyen mécanique indépendant de la pile ou batterie entre deux positions, l'une dite de charge dans laquelle le contacteur ferme le circuit LC parallèle sur la pile ou batterie et l'autre dite de repos dans laquelle le contacteur est ouvert. De préférence, le contacteur est commandé par un bouton-poussoir ou par un tiroir mobile. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont décrites cidessous à l'aide de plusieurs modes de réalisation de l'invention illustrés par les figures. La figure 1 est un schéma de l'électronique embarquée décrivant l'émission d'énergie d'un chargeur fixe vers un équipement électronique portable muni d'une pile ou batterie. La figure 2 est un schéma de l'électronique embarquée décrivant la réception d'énergie par l'équipement électronique portable en provenance du chargeur fixe. La figure 3 est un schéma de l'électronique embarquée d'un premier équipement électronique portable permettant l'émission ou la réception d'énergie, l'équipement électronique étant en mode d'émission. La figure 4 est un schéma de l'électronique embarquée d'un deuxième équipement électronique portable permettant là encore l'émission ou la réception d'énergie, l'équipement électronique étant en mode de réception. La figure 5 représente deux modèles de téléphones portables en condition de couplage magnétique à courte distance pour recharger la pile ou batterie de l'un à l'aide de l'autre. La figure 6 représente un modèle de téléphone portable avec une antenne à fréquence radio intégrée par exemple de 125 kHz. La figure 7 représente un modèle de téléphone portable avec une antenne à fréquence radio intégrée par exemple de 13.56 MHz. La figure 8 représente un modèle de téléphone portable et un ordinateur portable en condition de couplage magnétique à courte distance pour recharger la pile ou batterie du téléphone portable à l'aide de l'ordinateur portable. La figure 9 représente un modèle de téléphone portable et un chargeur alimenté par la batterie d'un véhicule automobile. La figure 10 représente un modèle de téléphone portable et un chargeur alimenté par le secteur en condition de couplage magnétique à courte distance pour recharger le téléphone portable à l'aide du chargeur. L'invention met en oeuvre une antenne à fréquence radio intégrée dans chaque équipement électronique portable pour transférer une partie de l'énergie emmagasinée dans la batterie d'un équipement électronique portable vers un autre équipement électronique portable se trouvant dans des conditions de batterie déchargée et vice et versa. L'antenne à fréquence radio intégrée dans l'équipement électronique faisant office de chargeur génère une force de champ magnétique rayonné minimale permettant ainsi à l'antenne à fréquence radio intégrée dans l'équipement électronique portable de recevoir une tension maximale induite grâce à la condition de couplage magnétique à courte distance. L'antenne à fréquence radio intégrée dans les équipements électroniques portables, fixes ou non portables est réalisée en utilisant de préférence des fréquences dans les bandes standards ISM (bandes de fréquence utilisées dans les domaines industriels, scientifiques ou médicaux) de 125 kHz ou de 13.56 MHz. D'autres fréquences dans les bandes standard autorisées conviennent également. Le procédé selon l'invention met en oeuvre un chargeur et un équipement électronique dont les circuits électriques sont présentés dans les figures 1 et 2. Ces figures montrent les différents éléments électroniques sollicités dans le transfert d'énergie stockée dans la batterie d'un équipement électronique faisant office de chargeur vers un équipement électronique portable se trouvant dans des conditions de batterie déchargée. Le chargeur illustré par la figure 1 comprend les éléments électroniques suivants. Un bloc de contrôle 1 a pour fonction de générer un signal de fréquence dans la bande ISM par un amplificateur 3 afin d'assurer une résonance d'un circuit électronique accordé LC-série 5,7. L'inductance 5 représente l'élément antenne et l'élément électronique 7 représente une capacité. Le circuit électronique accordé LC-série génère une force de champ magnétique rayonné minimale dans l'antenne 5 pour développer une tension maximale induite dans l'antenne 9 de l'équipement électronique illustré par la figure 2 montée en parallèle avec une capacité 11, dans la condition d'un couplage magnétique à courte distance. Une résistance 13 permet de régler un facteur d'amplification du champ magnétique rayonné. Des lignes 15 et 17 assurent l'alimentation des éléments électroniques du bloc de contrôle 1. Afin de recevoir l'énergie émise par le chargeur, l'équipement électronique illustré par la figure 2 est configuré en récepteur. Le circuit électronique accordé LC est ici un circuit en parallèle. L'inductance 9 représente l'élément antenne et l'élément électronique 11 représente une capacité. La tension induite dans l'antenne accordée 9 est rectifiée par un pont de diodes 19 afin d'alimenter la batterie déchargée 21. Il est à noter que le procédé de transfert d'énergie est également applicable sans le besoin d'une pile ou batterie propre à ce transfert. Dans ce cas, un élément capacitif est ajouté aux équipements électroniques portables, connecté en parallèle à l'alimentation électrique de leurs batteries respectives. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, un même équipement électronique est prévu pour fonctionner comme chargeur ou comme équipement électronique dont il faut recharger la pile ou batterie. Ce mode de réalisation est présenté par les figures 3 et 4. Ces figures expriment par les traits épais les différents éléments électroniques sollicités dans le transfert d'énergie stockée dans la batterie d'un équipement électronique portable, figure 3, vers un autre équipement électronique portable, figure 4, se trouvant dans des conditions de batterie déchargée. Il est à noter que ces figures montrent une complète réversibilité du transfert d'énergie. Dans les équipements électroniques illustrés par les figures 3 et 4, les mêmes références que celles utilisées dans les figues 1 et 2 désignent les mêmes éléments électroniques. Dans chacun des équipements électroniques, figures 3 et 4, un commutateur 27 est commandé par le bloc de contrôle 1 entre deux positions, l'une dite de fermeture dans laquelle le commutateur 27 ferme le circuit LC parallèle sur la pile ou batterie par l'intermédiaire d'un circuit redresseur de courant, et l'autre dite d'ouverture dans laquelle le commutateur 27 est ouvert. Pour sélectionner le mode en émission, figure 3, on ouvre le commutateur 27 à l'aide du bloc de contrôle 1. De même, pour sélectionner le mode de réception, figure 4, on ferme le commutateur 27 sur le circuit LC parallèle. Autrement dit, un signal de commande ferme le commutateur 27 de manière à activer le circuit électronique accordé LC-parallèle 9,11 et en même temps désactive l'amplificateur 3. La sélection du mode de transfert d'énergie est donc activée par l'intermédiaire du signal de commande. Ce signal de commande contrôle la fermeture ou l'ouverture du commutateur 27 pour activer ou désactiver le circuit électronique accordé LC-parallèle 9, 11 selon la sélection du mode respectivement en réception ou en émission lequel détermine le sens du transfert d'énergie. Le bloc de contrôle 1 commande l'amplificateur 3 pour respectivement le désactiver en même temps qu'il commande le commutateur 27 dans la position de fermeture et l'activer en même temps qu'il commande le commutateur 27 dans la position d'ouverture. En cas de batterie plate, le bloc de contrôle 1 n'est pas alimenté. Dans ce cas, pour recevoir de l'énergie en provenance d'un équipement portable faisant office de chargeur, un contacteur 29 est monté en parallèle par rapport au commutateur 27 et est commandé par un moyen mécanique 31 indépendant de la pile ou batterie entre deux positions, l'une dite de charge dans laquelle le contacteur 29 ferme le circuit LC parallèle sur la pile ou batterie et l'autre dite de repos dans laquelle le contacteur 29 est ouvert. Le contacteur 29 est donc activé par une action manuelle mécanique et spécifique extérieure au bloc de contrôle 1. Le commutateur 27 est basculé en position de fermeture par le signal de commande dès que la pile ou batterie est suffisamment rechargée pour alimenter le bloc de contrôle 1. Les lignes assurent l'alimentation des éléments électroniques du bloc. De préférence, le contacteur 29 est commandé par un boutonpoussoir se présentant par exemple sous la forme d'une touche de l'équipement électronique accessible à un utilisateur. L'implémentation électronique embarquée de l'équipement électronique selon l'invention permet aux équipements électroniques portables de facilement lire toutes sortes de transpondeurs. Les figures 1 et 2 décrivent une implémentation électronique de transmission d'énergie d'un équipement électronique fixe ou non portable vers un équipement électronique portable. Les figures 3 et 4 décrivent une implémentation électronique de transmission d'énergie et de transfert d'informations de données d'un équipement électronique portable vers un autre équipement électronique portable. Les antennes 5, 9 notées sur les figures 3 et 4 ainsi que les antennes sur les figures 1 et 2 peuvent être réalisées sur des supports imprimés souples (plastique, etc.) de manière à minimiser l'encombrement. Figure 5, deux modèles de téléphones portables 10, 20 sont représentés en condition de couplage magnétique à courte distance pour recharger la pile ou batterie 22 de l'un à l'aide de la pile ou batterie 12 l'autre. Figure 6, un modèle de téléphone portable 20 est représenté avec une antenne à fréquence radio intégrée 91 de 125 kHz. Figure 7, un modèle de téléphone portable 20 est représenté avec une antenne à fréquence radio intégrée 92 de 13.56 MHz. Figure 8, un modèle de téléphone portable 20 et un ordinateur portable 30 sont représentés en condition de couplage magnétique à courte distance pour recharger la pile ou batterie du téléphone portable à l'aide de la pile ou batterie l'ordinateur portable. Figure 9, un modèle de téléphone portable 20 est représenté avec un chargeur alimenté par la batterie d'un véhicule automobile 40. La figure 10 montre un chargeur 10 selon l'invention permettant aux batteries des équipements électroniques portables d'être rechargées suivant les conditions décrites pour le transfert d'énergie d'un équipement électronique fixe vers un équipement électronique portable. Ce chargeur 10 est constitué d'une prise secteur, d'un câble et d'un plateau intégrant une antenne 91. Il peut facilement faire partie intégrante d'un bureau à la maison, au travail, dans un lieu public, etc.. .. Le procédé selon l'invention s'applique à toutes les familles d'équipements électroniques, indépendamment de leurs tailles ou de leurs formes. II permet une implémentation facile de l'antenne évitant ainsi une modification trop importante du boîtier de l'équipement électronique. Il permet encore la création de nouveaux téléphones portables ou d'équipements électroniques portables sans avoir besoin d'un connecteur mécanique intégré pour leurs alimentations électriques. Dans le mode préféré de réalisation de l'invention, figures 3 et 4, où un même équipement électronique est prévu pour fonctionner comme chargeur ou comme équipement électronique dont il faut recharger la pile ou batterie, l'équipement électronique comprend avantageusement une résistance 31 en série avec un interrupteur 33 commandé en ouverture ou en fermeture par le bloc de contrôle 1. Ces deux éléments sont montés en parallèle par rapport à l'antenne 5 du circuit LC série pour absorber une fraction du champ magnétique capté par l'antenne 9 du circuit LC parallèle lorsque l'interrupteur est fermé par le bloc de contrôle sur la résistance et ainsi moduler en amplitude ce champ magnétique en fonction de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur sur la résistance. On est ici en présence d'une modulation sur l'équipement électronique 20 captant le champ magnétique pour effectuer la recharge de sa pile ou batterie 22. Le bloc de contrôle 1 commande en fermeture et en ouverture l'interrupteur 33 pour moduler en amplitude le champ magnétique rayonné par l'antenne 5 du circuit LC série de l'équipement électronique 10 fonctionnant comme chargeur. La modulation est par exemple une information codée sous la forme d'une succession de valeurs égales à 0 ou à 1, indiquant que la recharge de la pile ou batterie est terminée. Pour que le chargeur 10 soit sensible et traite l'information codée par la modulation, il est pourvu d'un démodulateur 35 connecté sur l'antenne 5 du circuit LC série pour envoyer vers le bloc de contrôle 1 Sun signal représentatif de la modulation d'amplitude du champ magnétique effectuée par l'équipement électronique 20 captant le champ magnétique rayonné par l'antenne 5 du circuit LC série du chargeur 10. Le bloc de contrôle 1 du chargeur met fin à la génération du signal d'excitation périodique lorsqu'il reçoit le signal indiquant que la recharge de la pile ou batterie de l'équipement électronique 20 est terminée. Ainsi, la procédure de charge de la batterie 22 de l'équipement électronique 20, figure 4, est signalée à l'équipement fournisseur d'énergie 10, figure 3, et vice et versa, par une modulation du champ magnétique rayonné. La procédure de charge permet de comptabiliser l'énergie fournie ou demandée et d'arrêter la procédure une fois la batterie complètement rechargée. Comme indiqué précédemment, le champ magnétique rayonné par l'intermédiaire de l'amplificateur 3, figure 3, est modulé par une absorption du champ magnétique sur l'antenne 5 du circuit LC série, la figure 4, par la résistance 31 activée par l'interrupteur 33 contrôlé par la commande du bloc de control 1. La modulation en amplitude du champ magnétique, par la fermeture ou l'ouverture de l'interrupteur 33, est perçue par le démodulateur 35. La fermeture ou l'ouverture de l'interrupteur 33 détermine la valeur des états logiques 0 ou 1 de l'information transmise. REVENDICATIONS 1. Procédé pour recharger une pile ou batterie (22) d'un équipement électronique (20) à l'aide d'un chargeur (10), comprenant les étapes suivantes: i) à l'aide d'un bloc de contrôle (1) installé dans le chargeur (10) et alimenté par une source d'énergie (12), générer un signal d'excitation périodique, par exemple de fréquence égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, par l'intermédiaire d'un amplificateur (3) pour exciter un circuit LC série fermé sur le bloc de contrôle (1) et résonnant à la fréquence du signal d'excitation en comprenant en série une capacité (7) et une antenne (5) rayonnant un champ magnétique de même fréquence que celle du signal d'excitation; ii) à l'aide d'un circuit LC parallèle installé dans l'équipement électronique (20) et résonnant à une même fréquence que celle du circuit LC série en comprenant en parallèle une capacité (11) et une antenne (9), fermer la pile ou batterie (22) sur le circuit LC parallèle par l'intermédiaire d'un circuit (19) redressant un courant induit dans le circuit LC parallèle; et iii) rapprocher l'équipement électronique du chargeur à une distance suffisante pour que le champ magnétique rayonné par l'antenne (5) du circuit LC série du chargeur soit capté par l'antenne (9) du circuit LC parallèle de l'équipement électronique et génère un courant induit dans ce circuit redressé par le circuit redresseur pour recharger la pile ou batterie (22) de l'équipement électronique. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chargeur (10) est un deuxième équipement électronique muni d'une pile ou batterie (12) alimentant le bloc de contrôle (1) générant le signal d'excitation périodique. 3. Equipement électronique (20) muni d'une pile ou batterie (22) destiné à la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit LC parallèle résonnant à une fréquence, par exemple égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, en comprenant en parallèle une capacité (11) et une antenne (9) pour capter un champ magnétique, fermé sur la pile ou batterie (22) par l'intermédiaire d'un circuit (19) redressant un courant induit dans le circuit LC parallèle. 4. Equipement électronique (10) muni d'une pile ou batterie (12) destiné à la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de contrôle 1 alimenté par la pile ou batterie (12) pour générer un signal d'excitation périodique, par exemple de fréquence égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, par l'intermédiaire d'un amplificateur (3) et un circuit LC série fermé sur le bloc de contrôle (1) et résonnant à la fréquence du signal d'excitation en comprenant en série une capacité (7) et une antenne (5) pour rayonner un champ magnétique de même fréquence que celle du signal d'excitation. 5. Un équipement électronique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de contrôle (1) alimenté par la pile ou batterie (12,22) pour générer un signal d'excitation périodique, par exemple de fréquence égale à 125 kHz ou 13,56 MHz, par l'intermédiaire d'un amplificateur (3), un circuit LC série, comprenant en série une capacité (7) et une antenne (5) pour rayonner un champ magnétique de même fréquence que celle du signal d'excitation, un circuit LC parallèle comprenant en parallèle une capacité (11) et une antenne (9) pour capter un champ magnétique, les deux circuits LC série et LC parallèle résonnant à la fréquence du signal d'excitation, et un commutateur (27) commandé par le bloc de contrôle (1) entre deux positions, l'une dite de fermeture dans laquelle le commutateur ferme le circuit LC parallèle sur la pile ou batterie (12,22) par l'intermédiaire d'un circuit (19) redresseur de courant, et l'autre dite d'ouverture dans laquelle le commutateur (27) est ouvert, le bloc de contrôle (1) commandant l'amplificateur (3) pour respectivement le désactiver en même temps qu'il commande le commutateur (27) dans la position de fermeture et l'activer en même temps qu'il commande le commutateur (27) dans la position d'ouverture. 6. Un équipement électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un contacteur (29) monté en parallèle par rapport au commutateur (27) et commandé par un moyen mécanique (31) indépendant de la pile ou batterie (12,22) entre deux positions, l'une dite de charge dans laquelle le contacteur (29) ferme le circuit LC parallèle sur la pile ou batterie (12,22) et l'autre dite de repos dans laquelle le contacteur (29) est ouvert. 7. Un équipement électronique selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en série une résistance (31) et un interrupteur (33) commandé en ouverture ou en fermeture par le bloc de contrôle (1), montés en parallèle par rapport à l'antenne (5) du circuit LC série pour absorber une fraction du champ magnétique capté par l'antenne (9) du circuit LC parallèle, lorsque l'interrupteur (33) est fermé par le bloc de contrôle (1) sur la résistance (31) et ainsi moduler en amplitude ce champ magnétique en fonction de l'ouverture ou de la fermeture de l'interrupteur (33) sur la résistance (31) ou comprend un démodulateur (35) connecté sur l'antenne (5) du circuit LC série pour envoyer vers le bloc de contrôle (1) un signal représentatif d'une modulation d'amplitude du champ magnétique rayonné par l'antenne (5) du circuit LC série.