Brevet FR2976145A1 — publié le 20121207

Système et procédé de transfert d'énergie sans contact dans des capteurs d'images portables La présente invention a d'une manière générale pour objet des systèmes de transfert d'énergie sans contact, et en particulier des systèmes de transfert d'énergie sans contact dans des capteurs d'images portables. Généralement, des dispositifs d'imagerie sont utilisés à des fins de diagnostic médical. Les dispositifs d'imagerie comprennent un capteur d'images qui est utilisé pour détecter l'image en vue d'un diagnostic. Les capteurs d'images sont soit fixes soit portables. Les capteurs portables fonctionnent avec des batteries qui peuvent être constituées de batteries non rechargeables ou de batteries rechargeables. Les batteries non rechargeables son généralement remplacées après un laps de temps fixe. En général, les batteries rechargeables sont utilisées pour prolonger le laps de temps entre les remplacements de batterie et sont économiques. Habituellement, les batteries rechargeables sont rechargées par un système de couplage inductif qui fonctionne à des fréquences mesurées en kilohertz. La fréquence de fonctionnement du système de couplage inductif génère des ondes électromagnétiques qui sont suffisantes pour avoir une incidence sur le capteur d'images et détériorer la qualité de l'image, en introduisant des artéfacts dans les images. Il existe donc un besoin de disposer d'un système et d'un procédé perfectionnés pour charger des batteries. Selon un mode de réalisation, la présente invention propose un système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, en vue de charger une batterie rechargeable disposée dans le capteur d'images portable. Le système comprend une première bobine pouvant être couplée à une source d'alimentation, la première bobine étant configurée pour produire un champ magnétique. D'autre part, le système comprend une deuxième bobine couplée à la batterie rechargeable, disposée dans le capteur d'images portable, et configurée pour recevoir de l'énergie de la première bobine, par l'intermédiaire du champ magnétique, et pour transférer l'énergie à la batterie rechargeable. Le système comprend également un élément de concentration de champ disposé entre la première bobine et la deuxième bobine et configuré en tant que bobine à résonance propre ayant une distribution de courant à onde stationnaire pour concentrer le champ magnétique sur la deuxième bobine et renforcer le couplage entre la première bobine et la deuxième bobine. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé de chargement sans contact d'une batterie rechargeable disposée dans un capteur d'images portable. Le procédé comprend la génération d'un champ magnétique par l'intermédiaire d'une première bobine couplée à une source d'alimentation. Le procédé comprend en outre la concentration du champ magnétique sur une deuxième bobine, par l'intermédiaire d'un élément de concentration de champ. Le procédé comprend également le transfert d'énergie de la première bobine à la deuxième bobine, par l'intermédiaire du champ magnétique. Enfin, le procédé comprend la transmission de l'énergie de la deuxième bobine à la batterie rechargeable disposée dans le capteur d'images portable. La présente invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de la description de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels des références identiques désignent des éléments identiques et sur lesquels : - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, comprenant un élément de concentration de champ à deux voies conforme à un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'une autre configuration d'un système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, comprenant un élément de concentration de champ à deux voies conforme à un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est un schéma fonctionnel d'une autre variante de configuration du système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, comprenant un élément de concentration de champ à une voie et une antenne à ondes radioélectriques configurée pour transférer des données d'images numériques du capteur d'images portable à un dispositif électronique conforme à un mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est un schéma fonctionnel d'une autre variante de configuration d'un système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, comprenant un élément de concentration de champ à une voie conforme à un autre mode de réalisation de l'invention; et - la figure 5 est un organigramme représentant les étapes d'un procédé de chargement sans contact d'une batterie rechargeable disposée dans un capteur d'images portable, conforme à un mode de mise en oeuvre de l'invention. Des modes de réalisation de la présente invention englobent un système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, pour charger une batterie rechargeable disposée dans le capteur Le système comprend une première bobine pouvant être couplée à une source d'alimentation. Cette première bobine produit un champ magnétique qui est couplé à une deuxième bobine couplée à la batterie rechargeable, disposée dans le capteur d'images portable. Cette deuxième bobine reçoit l'énergie de la première bobine, par l'intermédiaire du champ magnétique, et transfère ensuite l'énergie à la batterie rechargeable. Le système de transfert d'énergie sans contact comprend également un élément de concentration de champ qui est disposé entre la première bobine et la deuxième bobine. Cet élément de concentration de champ agit comme une bobine à résonance propre ayant une distribution de courant à onde stationnaire pour concentrer le champ magnétique sur la deuxième bobine et renforcer le couplage entre la première bobine et la deuxième bobine. La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système 10 de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable 12, comprenant un élément de concentration de champ 14 à deux voies conforme à un mode de réalisation de l'invention. Selon un exemple de réalisation, le capteur d'images portable 12 peut comprendre un capteur d'images radiologiques ou un scanner à ultrasons. Le système 10 comprend en outre un dispositif de charge 16 comportant, dans un exemple, une station d'accueil. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté dans la figure 1, une source d'alimentation 18 est couplée à un premier redresseur 20 du dispositif de charge 16, qui convertit le courant alternatif (AC) 22, reçu de la source d'alimentation 18, en courant continu (DC) 24. Le courant DC 24 fourni par le premier redresseur 20 est envoyé à un onduleur haute fréquence 26. L'onduleur HF 26 convertit le courant DC 24 en courant AC haute fréquence 28. Le courant AC haute fréquence 28 est ensuite transmis à une première bobine 30 prévue dans le dispositif de charge 16. La première bobine 30 reçoit le courant AC haute fréquence 28 et génère un champ magnétique 32 basé sur le courant AC haute fréquence 28. Le dispositif de charge 16 peut être un dispositif de charge stationnaire ou un dispositif de charge portable. Le champ magnétique 32 est concentré sur une deuxième bobine 34 prévue dans le capteur d'images portable 12, par l'intermédiaire d'un élément de concentration de champ 14 disposé entre la première bobine 30 et la deuxième bobine 34. Dans le mode de réalisation de l'invention de la figure 1, l'élément de concentration de champ 14 se situe dans le dispositif de charge 16. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément de concentration de champ 14 peut être disposé dans le capteur d'images portable. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément de concentration de champ fonctionne à une fréquence supérieure ou égale à 1 mégahertz. L'élément de concentration de champ 14 agit comme une bobine à résonance propre ayant une distribution de courant à onde stationnaire, pour concentrer le champ magnétique 32 sur la deuxième bobine 34, et renforce le couplage entre la première bobine 30 et la deuxième bobine 34, comme décrit dans les demandes de brevet américains conjointes S/N 12/731497, déposée le 25 mars 2010, et S/N 12/914512, déposée le 28 octobre 2010. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de concentration de champ 14 comprend au moins un résonateur. Ce résonateur, au nombre d'au moins un, peut être configuré pour concentrer au moins un champ électrique, un champ magnétique ou un champ électromagnétique. Selon un mode de réalisation de l'invention plus spécifique, le résonateur, au nombre d'au moins un, comprend une structure à anneaux fendus, une structure de boucle circulaire, une structure hélicoïdale, une fractale de Koch, une structure oméga ou une structure en spirale. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le résonateur, au nombre d'au moins un, est disposé au moins dans un milieu diélectrique, un milieu magnétique ou un milieu magnéto-diélectrique. D'autre part, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le résonateur, au nombre d'au moins un, comprend plusieurs résonateurs, au moins deux de cette pluralité de résonateurs ayant des fréquences de résonance différentes. Dans un mode de réalisation de l'invention, les différentes fréquences de résonance permettent de transférer simultanément l'énergie et les signaux de données. La deuxième bobine 34, disposée dans le capteur d'images portable 12, reçoit le courant AC haute fréquence 28 de la première bobine 30, par l'intermédiaire du champ magnétique 32 généré par la première bobine 30. La deuxième bobine 34 transfère le courant AC haute fréquence 28 à la batterie rechargeable 36 couplée à la deuxième bobine 34, dans le capteur d'images portable 12. Un deuxième redresseur 38 peut être disposé entre la deuxième bobine 34 et la batterie rechargeable 36, pour recevoir le courant AC haute fréquence 28 de la deuxième bobine 34 et convertir ce courant AC 28 en courant DC 40, avant de transférer le courant DC 40 à la batterie rechargeable 36. Selon un mode de réalisation de l'invention, le courant DC 40 transféré à la batterie rechargeable 36 est compris dans une plage allant d'environ 1 watt à environ 100 watts. La plage de courant DC 40 transféré à la batterie rechargeable varie en fonction des conditions de fonctionnement du capteur d'images portable 12, par exemple selon que le courant est utilisé pour charger le capteur d'images portable, ou s'il est utilisé pour charger le capteur d'images portable 12 et fournir en même temps l'énergie pour l'opération de formation d'images. D'autre part, le courant DC 40 nécessaire au fonctionnement varie également selon la configuration du capteur. Dans le mode de réalisation de l'invention de la figure 1, la batterie rechargeable 36 est couplée à un système de gestion de batterie (BMS) 42 qui gère le chargement de la batterie 36. Dans un mode de réalisation de l'invention, le BMS 42 suit les signaux 48 représentatifs des charges dans la batterie rechargeable 36 et calcule le courant et le temps nécessaires pour charger la batterie 36. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le BMS 42 régule une tension du courant DC 40 entrant dans la batterie rechargeable 36. Dans certains modes de réalisation de l'invention, le BMS 42 communique avec l'onduleur haute fréquence 26 disposé dans le dispositif de charge 16, afin de délivrer des données 44 concernant la tension et le niveau de charge de la batterie rechargeable 36. Le BMS 42 est couplé sur le plan de la communication avec un modulateur haute fréquence 46 qui reçoit les signaux de données 44 générés par le BMS 42 et module les signaux de données 44, afin de délivrer des signaux de données modulés 50. Le modulateur haute fréquence 46 est couplé à la deuxième bobine 34. La deuxième bobine 34 convertit les signaux de données modulés 50 en un champ magnétique de données 52 qui est concentré sur la première bobine 30, par l'intermédiaire de l'élément de concentration de champ 14. Dans ce mode de réalisation de l'invention, l'élément de concentration de champ 14 comprend un élément de concentration de champ à deux voies, avec une voie pour transférer le courant AC 28 et une deuxième voie pour transférer les signaux de données modulés 50. Un filtre de puissance 53 peut être disposé entre la deuxième bobine 34 et le modulateur haute fréquence 46 pour isoler le courant AC haute fréquence 28, reçu de la première bobine 30, du modulateur haute fréquence 46. La première bobine 30 reçoit le champ magnétique de données 52 et transfère des signaux 150, qui sont représentatifs des signaux de données modulés 50, à un démodulateur 54. Un filtre de puissance 56 sur le dispositif de charge 16 peut être utilisé pour empêcher le courant AC haute fréquence 28 dans la première bobine 30 d'entrer dans le démodulateur 54. Le démodulateur 54 extrait des signaux 144, représentatifs des signaux de données 44, des signaux de données modulés 150 et transfère les signaux de données 144 à un contrôleur d'onduleur 58. Le contrôleur d'onduleur 58 contrôle la tension et la fréquence du courant avec lesquelles fonctionne l'onduleur haute fréquence 26 dans le dispositif de charge 16, en délivrant des signaux de commande 60 basés sur les signaux de données 144. Le contrôleur d'onduleur 58 identifie la tension et l'état de charge à partir des signaux de données 144 et régule en conséquence le fonctionnement de l'onduleur, afin de produire la charge désirée pour la batterie rechargeable 36. La figure 2 est un schéma fonctionnel d'une autre configuration du système 10 de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable 12, comprenant l'élément de concentration de champ 14 à deux voies qui est couplé à la première bobine 30, conformément à un mode de réalisation de l'invention. Dans le mode de réalisation spécifique de l'invention de la figure 2, l'onduleur haute fréquence 26 et le contrôleur 58 sont remplacés par un amplificateur linéaire 59 et un générateur de signaux 61. Le générateur de signaux 61 comprend un oscillateur haute fréquence qui génère des ondes sinusoïdales haute fréquence 63 et les transfère à l'amplificateur linéaire 59. L'amplificateur linéaire 59 combine les ondes sinusoïdales haute fréquence 63, fournies par le générateur de signaux 61, avec le courant DC 24 délivré par le premier redresseur 20, afin de produire le courant AC haute fréquence 28. La figure 3 est un schéma fonctionnel d'une autre variante de configuration du système 10 de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable 12, comprenant un élément de concentration de champ 62 à une voie et des antennes à radiofréquences 64 et 66 configurées pour transférer des signaux de données 44 depuis le système de gestion de batterie 42 et, si cela est souhaité, des données d'images 43 depuis un dispositif de stockage d'images 45, conformément à un mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le capteur d'images portable 12 comprend le dispositif de stockage d'images 45 qui stocke des données d'images 43 générées à des fins de diagnostic. Les données d'images 43 peuvent être utilisées par un dispositif électronique 47 en vue d'une analyse ultérieure, par exemple pour déceler des maladies et pour des études pathologiques du squelette. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de stockage d'images 45 transfère les données d'images 43 à un multiplexeur 49 qui multiplexe les données d'images 43, conjointement avec les signaux de données 44 transférés au multiplexeur 49 par le BMS 42. Le multiplexeur 49 produit un signal multiplexé 51 qui est transmis au modulateur haute fréquence 46, en vue de la modulation. L'élément de concentration de champ 62 à une voie concentre le courant AC haute fréquence 28 de la première bobine 30 sur la deuxième bobine 34 mais, contrairement aux modes de réalisation de l'invention des figures 1 et 2, l'élément de concentration de champ 62 à une voie ne transmet pas de signaux de données modulés de la deuxième bobine 34 à la première bobine 30. Bien que l'élément de concentration de champ 62 à une voie soit montré comme étant situé dans le capteur d'images portable 12, il peut également être situé dans le dispositif de charge 16. Dans le mode de réalisation de l'invention de la figure 3, les signaux de données modulés 50 reçus du modulateur haute fréquence 46 peuvent être transférés à une antenne émettrice 64 disposée dans le capteur d'images portable 12. L'antenne émettrice RF 64 transmet les signaux de données modulés 50 à une antenne réceptrice RF 66 disposée dans le dispositif de charge 16. L'antenne réceptrice RF 66 reçoit les signaux de données modulés 150, représentatifs des signaux de données modulés 50 du capteur d'images portable 12, et transmet les signaux de données modulés 150 au démodulateur 54. Le démodulateur 54 démodule les signaux de données modulés 150 et les transmet à un démultiplexeur 55. Le démultiplexeur 55 sépare les données d'images 143 et les signaux de données 144 du signal multiplexé 151, respectivement représentatifs des données d'images 43 et des signaux de données 44 dans le capteur d'images portable 12. Les signaux de données 144 sont transférés au contrôleur d'onduleur 58, comme décrit plus haut, et les données d'images 143 peuvent être transmises au dispositif électronique 47 prévu à l'extérieur du dispositif de charge 16, en vue d'analyses supplémentaires. La figure 4 est un schéma fonctionnel d'une autre configuration du système 10 de transfert d'énergie sans contact dans le capteur d'images portable 12, où il n'est pas nécessaire de transmettre des données en retour au dispositif de charge 16. Le système 10 comprend l'élément de concentration de champ 62 à une voie pour concentrer le courant AC haute fréquence 28 de la première bobine 30 sur la deuxième bobine 34. Bien que l'élément de concentration de champ 62 à une voie soit montré comme étant situé dans le dispositif de charge, il peut également être situé dans le capteur d'images portable 12. Le courant AC haute fréquence 28 de la deuxième bobine 34 est converti en courant DC par le deuxième redresseur 38, qui est transmis à un convertisseur DC-DC 68, lequel fournit du courant DC 40. Le courant DC 40 alimente la batterie rechargeable 36, en vue de son chargement. La batterie rechargeable 36 est couplée au BMS 42 qui régule le chargement de la batterie 36. Dans le mode de réalisation de l'invention de la figure 4, le BMS 42 est couplé au convertisseur DC-DC 68, par l'intermédiaire d'une boucle de rétroaction , afin de réguler la tension du courant DC 40 entrant dans la batterie rechargeable 36, dans le capteur d'images portable 12. Le convertisseur DC-DC 68 reçoit les signaux de données 44 du BMS 42, par l'intermédiaire de la boucle de rétroaction, et s'ajuste en conséquence pour fournir un chargement optimal de la batterie rechargeable 36. La figure 5 est un organigramme représentant les étapes d'un procédé 80 pour le chargement sans contact d'une batterie rechargeable disposée dans un capteur d'images portable, conformément à un mode de mise en oeuvre de l'invention. Le procédé 80 comprend la génération d'un champ magnétique par l'intermédiaire d'une première bobine couplée à une source d'alimentation, à l'étape 82. Le champ magnétique généré par la première bobine est concentré sur une deuxième bobine, en utilisant un élément de concentration de champ, à l'étape 84. La première bobine transfère l'énergie à la deuxième bobine, par l'intermédiaire du champ magnétique, à l'étape 86. Dans un exemple de mise en oeuvre, l'énergie est transférée de la première bobine à la deuxième bobine, dans une plage comprise entre environ 1 watt et environ 100 watts. L'énergie de la deuxième bobine est transmise à la batterie rechargeable disposée dans le capteur d'images portable, à l'étape 88. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, les signaux de données concernant le capteur d'images portable, l'état de charge de la batterie rechargeable, ou les deux, sont obtenus et transmis via l'élément de concentration de champ, la première bobine et la deuxième bobine, à un processeur situé à l'extérieur du capteur d'images portable. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, des données d'images sont obtenues à partir d'un dispositif de stockage d'images, dans le capteur d'images portable, et transférées via l'élément de concentration de champ. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention plus spécifique, le processus est facilité par le fait que l'énergie, les signaux de données et les données d'images de la batterie rechargeable et du capteur d'images portable sont transférés respectivement à des fréquences de résonance différentes. Selon encore d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention, le transfert de données n'est soit pas requis soit effectué par transmission RF. Les différents modes de réalisation des systèmes de transfert d'énergie sans contact dans le capteur d'images portable décrits ci-dessus comprennent une source d'alimentation, une première bobine, un élément de concentration de champ et une deuxième bobine, qui permettent de transférer de l'énergie par l'intermédiaire d'un milieu sans contact, de la première bobine à la deuxième bobine. Le système de transfert d'énergie sans contact permet de réaliser un transfert d'énergie sans contact efficace entre le dispositif de charge et le capteur d'images, sans détériorer le capteur d'images ni la qualité des images. Cela réduit la dégradation de l'image et apporte une meilleure efficacité et une durée de vie prolongée du capteur d'images portable, tout en réduisant en outre le coût de maintenance du capteur d'images portable. L'homme du métier comprendra que les différentes caractéristiques des différents modes de réalisation sont interchangeables et peuvent être mélangées et associées par l'homme du métier pour réaliser des systèmes et des techniques supplémentaires conformes à la présente invention. REVENDICATIONS1. Système de transfert d'énergie sans contact dans un capteur d'images portable, pour charger une batterie rechargeable disposée dans le capteur d'images portable, comprenant : une première bobine pouvant être couplée à une source d'alimentation, la première bobine étant configurée pour produire un champ magnétique; une deuxième bobine couplée à la batterie rechargeable, disposée dans le capteur d'images portable, et configurée pour recevoir de l'énergie de la première bobine, par l'intermédiaire du champ magnétique, et pour transférer l'énergie à la batterie rechargeable; et un élément de concentration de champ disposé entre la première bobine et la deuxième bobine et configuré en tant que bobine à résonance propre ayant une distribution de courant à onde stationnaire pour concentrer le champ magnétique sur la deuxième bobine et renforcer le couplage entre la première bobine et la deuxième bobine. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'élément de concentration de champ est placé dans un dispositif de charge. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel l'élément de concentration de champ est disposé dans le capteur d'images portable. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel le capteur d'images portable comprend un capteur d'images radiologiques ou un scanner à ultrasons. 5. Système selon la revendication 1, dans lequel l'énergie transférée à la batterie rechargeable est comprise dans la plage allant d'environ 1 watt à environ 100 watts. 6. Système selon la revendication 1, dans lequel l'élément de concentration de champ fonctionne à une fréquence supérieure ou égale à 1 mégahertz. 7. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un onduleur haute fréquence ou un amplificateur linéaire couplé entre la source d'alimentation et la première bobine. 8. Système selon la revendication 1, dans lequel l'élément de concentration de champ comprend au moins un résonateur. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel le résonateur, au nombre d'au moins un, est disposé au moins dans un milieu diélectrique, un milieu magnétique ou un milieu magnéto-diélectrique. 10. Système selon la revendication 8, dans lequel le résonateur, au nombre d'au moins un, comprend plusieurs résonateurs dont au moins deux ont des fréquences de résonance différentes 11. Système selon la revendication 8, dans lequel le résonateur, au nombre d'un, a deux fréquences de résonance différentes. 12. Système selon la revendication 11, dans lequel les différentes fréquences de résonance sont configurées pour permettre le transfert d'énergie et de signaux de données. 13. Système selon la revendication 8, dans lequel le résonateur, au nombre d'au moins un, est configuré pour concentrer au moins un champ électrique, un champ magnétique ou un champ électromagnétique. 14. Procédé de chargement sans contact d'une batterie rechargeable disposée dans un capteur d'images portable, comprenant : la génération d'un champ magnétique par l'intermédiaire d'une première bobine couplée à une source d'alimentation; la concentration du champ magnétique sur une deuxième bobine, par l'intermédiaire d'un élément de concentration de champ; le transfert d'énergie de la première bobine à la deuxième bobine, par l'intermédiaire du champ magnétique; et la transmission de l'énergie de la deuxième bobine à la batterie rechargeable disposée dans le capteur d'images portable. 15. Procédé selon la revendication 14, selon lequel le transfert de l'énergie de la première bobine à la deuxième bobine comprend le transfert de l'énergie dans une plage comprise entre environ 1 watt et environ 100 watts. 16. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre la concentration du champ magnétique par l'intermédiaire d'un élément de concentration de champ qui fonctionne à une fréquence supérieure ou égale à 1 mégahertz. 17. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre l'obtention de signaux de données concernant le capteur d'images portable, l'état de charge de la batterie rechargeable, ou les deux, et le transfert des signaux de données à un processeur situé à l'extérieur du capteur d'images portable. 18. Procédé selon la revendication 17, selon lequel le transfert des signaux de données comprend en outre le transfert de l'énergie à la batterie rechargeable et des signaux de données depuis le capteur d'images portable, à des fréquences de résonance différentes. 19. Procédé selon la revendication 17, comprenant en outre l'utilisation des signaux de données pour contrôler le champ magnétique généré par la première bobine. 20. Procédé selon la revendication 14, comprenant en outre l'obtention de signaux de données concernant le capteur d'images portable, l'état de charge de la batterie rechargeable, ou les deux, et l'utilisation des signaux de données pour contrôler l'énergie transmise de la deuxième bobine à la batterie rechargeable.