Brevet FR3123516A1 — publié le 20221202

Dispositif d’alimentation électrique sans fil L’invention concerne un dispositif d’interface pour l’alimentation électrique sans contact d’un appareil électrique (B) à partir d’un générateur d’alimentation électrique (A) délivrant une tension alternative ledit dispositif comportant d’une part un convertisseur amont (10) connecté en entrée au réseau alimentation électrique (A) et connecté en sortie à une bobine primaire (5a), et d’autre part un convertisseur aval (20) connecté en entrée à une bobine secondaire (5b) susceptible d’être couplée électomagnétiquement avec ladite bobine primaire (5a), et le convertisseur aval (20) étant susceptible d’être connecté en sortie à un appareil (B) à alimenter électriquement, caractérisé en ce que ledit convertisseur amont (10) comporte un pont de diodes redresseur (1) alimentant directement un demi-pont hacheur (4) connecté à ladite bobine primaire (5a). Figure pour l’abrégé : figure 6 Dispositif d’alimentation électrique sans fil La présente invention concerne un dispositif d’interface disposé entre une source de tension alternative tel que le réseau électrique domestique, et un appareil à alimenter sans fil sous une tension d’alimentation courante, notamment une tension alternative standard de 100 à 250 Volts et à une fréquence de 50 à 60 Hz. ETAT DE LA TECHNIQUE On connait déjà plusieurs dispositifs permettant d’alimenter un équipement ou un appareil électrique au standard d’alimentation du réseau électrique domestique par l’intermédiaire d’une transmission d’énergie électrique sans contact filaire entre le réseau électrique (encore appelé « secteur ») et l’appareil à alimenter. Cette transmission d’énergie électrique se fait à l’aide d’une bobine primaire connectée au réseau électrique par l’intermédiaire d’un premier ensemble de circuits électroniques (encore appelé convertisseur amont), et cette bobine primaire est couplée électro magnétiquement à une bobine secondaire qui est elle-même connectée à l’appareil à alimenter par l’intermédiaire d’un second ensemble de circuits électroniques (encore appelé convertisseur aval). Mais les solutions électroniques traditionnelles issues de l’état de l’art pour réaliser les deux ensembles de circuits électroniques sont complexes et onéreuses, tant au niveau du convertisseur amont (entre le réseau domestique et la bobine primaire) que du convertisseur aval (entre la bobine secondaire et l’équipement à alimenter). De ce fait elles ne sont pas bien adaptées pour la réalisation d’un dispositif d’interface pour la transmission sans fil d’énergie électrique entre le réseau d’alimentation électrique et un appareil domestique à alimenter. En outre, du fait de leur complexité et du nombre d’étages électroniques impliqués dans les convertisseurs amont et aval, et chaque étage ayant son propre rendement inférieur à 1, le rendement énergétique global du dispositif d’alimentation sans fil connu s’en trouve dégradé. BUTS DE L’INVENTION Il existe un nombre croissant d’applications, notamment domotiques, dans lesquelles l’alimentation électrique d’un appareil pourrait se faire avantageusement sans fil entre un générateur alimenté par le réseau et l’appareil à alimenter. Un exemple d’une telle application est décrit notamment dans le document WO2020/065143 A1 de la même demanderesse, relatif à un système de gestion multifonction de bandes électriques chauffantes et d’appareils électriques domestiques. L’un des buts de la présente invention est donc de remédier aux inconvénients précités et de proposer un dispositif d’interface d’alimentation sans fil qui soit plus simple et moins coûteux que les solutions connues, tout en présentant des performances au moins comparables, voire supérieures, notamment en ce qui concerne le rendement de transmission d’énergie de l’interface d’alimentation sans fil. Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif d’interface capable de proposer en sortie, au choix et en fonction des besoins des appareils à alimenter, soit une tension d’alimentation sinusoïdale identique à celle fournie par le réseau électrique, soit une tension d’alimentation différente de celle du réseau d’alimentation, mais tout en restant compatible avec certains appareils en pratique. Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif d’interface ayant un poids et un encombrement réduits et qui puisse facilement être adapté et utilisé pour l’alimentation électrique sans fil d’une grande variété d’appareils domestiques, tels que des lampes, des appareils ménagers ou équivalent, jusqu’à une puissance d’alimentation de l’ordre de 150 à 300 Watts. Un autre but de l’invention est de proposer un dispositif d’interface mobile aisé à déplacer et à coupler électro magnétiquement avec un support pourvu d’antennes primaires de manière à alimenter électriquement des appareils fixes ou mobiles, notamment dans le cadre d’un environnement domestique ou de bureau. OBJET DE L’INVENTION Dans son principe, l’invention consiste à modifier et simplifier l’électronique des convertisseurs amont et aval du dispositif d’interface entre le réseau électrique et l’appareil à alimenter, tout en obtenant une tension de sortie du dispositif d’interface, alternative ou continue, permettant d’alimenter la plupart des appareils électriques domestiques, et cela avec un rendement énergétique meilleur que celui des dispositifs connus. L’invention a donc pour objet un dispositif d’interface pour l’alimentation électrique sans contact d’un appareil électrique à partir d’un réseau d’alimentation électrique délivrant une tension alternative, ledit dispositif d’interface comportant d’une part un convertisseur amont connecté en entrée au réseau d’alimentation électrique et connecté en sortie à une bobine primaire, et d’autre part un convertisseur aval connecté en entrée à une bobine secondaire susceptible d’être couplée électomagnétiquement avec ladite bobine primaire, et le convertisseur aval étant susceptible d’être connecté en sortie à un appareil à alimenter électriquement, caractérisé en ce que ledit convertisseur amont comporte un pont de diodes redresseur alimentant directement un demi-pont hacheur connecté à ladite bobine primaire. Selon un mode de réalisation, le demi-pont hacheur est configuré pour fournir en sortie à ladite bobine primaire un signal redressé et haché selon une fréquence de hachage. Selon un mode de réalisation, la fréquence de hachage est comprise entre 30 kHz et 300 kHz, de préférence sensiblement égale à 120 kHz. Selon un mode de réalisation, la sortie du demi-pont hacheur du convertisseur amont est connectée à la bobine primaire par l’intermédiaire d’un condensateur d’accord connecté en série avec la bobine primaire. Selon un mode de réalisation, la bobine secondaire du convertisseur aval est connectée à l’entrée d’un pont à diodes redresseur dont la sortie est connectée directement à un pont d’inversion demi-alternance qui alimente l’appareil avec une tension sinusoidale sensiblement identique à la tension du réseau d’alimentation électrique. Selon un mode de réalisation, le convertisseur aval comporte un condensateur d’accord connecté entre la bobine secondaire et ledit pont de diodes redresseur. Selon un mode de réalisation, la bobine secondaire du convertisseur aval est connectée à l’entrée d’un pont à diodes redresseur dont la sortie est connectée aux bornes d’un appareil à alimenter. Selon un mode de réalisation, le convertisseur aval comporte un condensateur de lissage connecté en parallèle entre la sortie de son pont de diodes redresseur et les bornes de l’appareil à alimenter, de façon à délivrer à celui-ci une tension sensiblement constante. Selon un mode de réalisation, ledit convertisseur aval se présente sous la forme d’un boitier notamment en forme de galet, comprenant une bobine secondaire fixée sur une face inférieure du galet et susceptible d’être couplée avec une bobine primaire d’un convertisseur amont. Selon un mode de réalisation, la bobine primaire est intégrée à un lé posé sur une surface telle que le sol, ou intégrée à un meuble. Selon un mode de réalisation, le galet comprenant le convertisseur aval est mobile et peut être déplacé de façon manuelle ou automatisée de façon à optimiser le couplage entre la bobine primaire d’un convertisseur amont et la bobine secondaire du galet. Selon un mode de réalisation, le galet comporte un indicateur de couplage qui affiche en temps réel la qualité du couplage entre une bobine primaire d’un convertisseur amont et la bobine secondaire du convertisseur aval intégré au galet. Selon un mode de réalisation, le convertisseur amont est auto-oscillant à sa fréquence de résonance. Selon un mode de réalisation, le convertisseur amont comporte des commutateurs de type ZVS (acronyme pour « Zero Volt Switch »). L’invention a également pour objet un système d’alimentation électrique sans fil d’un appareil à partir d’un réseau d’alimentation électrique alternative, comprenant : - un boitier alimenté par le réseau électrique et comprenant au moins un convertisseur amont ; - un réseau de routage et de commutation comportant des connexions filaires s’étendant entre les sorties des convertisseurs amont et des bobines primaires déportées disposées dans ou sur le sol ou un meuble; - au moins un galet pourvu d’un convertisseur aval comprenant une bobine secondaire destinée à être placée en position de couplage électro magnétique au-dessus d’une bobine primaire. L’invention a également pour objet un galet, comportant un boitier pourvu d’une face supérieure et d’une face inférieure délimitant un volume interne, caractérisé en ce qu’il comporte une électronique intégrant un convertisseur aval tel que décrit plus haut. L’invention a également pour objet un appareil électrique intégrant un galet tel que décrit plus haut. Dispositif d’interface pour l’alimentation électrique sans contact d’un appareil électrique (B) à partir d’un réseau d’alimentation électrique (A) délivrant une tension alternative, ledit dispositif d’interface comportant d’une part un convertisseur amont (10) connecté en entrée au réseau d’alimentation électrique (A) et connecté en sortie à une bobine primaire (5a), et d’autre part un convertisseur aval (20) connecté en entrée à une bobine secondaire (5b) susceptible d’être couplée électomagnétiquement avec ladite bobine primaire (5a), et le convertisseur aval (20) étant susceptible d’être connecté en sortie à un appareil (B) à alimenter électriquement, caractérisé en ce que ledit convertisseur amont (10) comporte un pont de diodes redresseur (1) alimentant directement un demi-pont hacheur (4) connecté à ladite bobine primaire (5a). Dispositif d’interface selon la revendication 1, caractérisé en ce que le demi-pont hacheur (4) est configuré pour fournir en sortie à ladite bobine primaire (5a) un signal redressé et haché selon une fréquence de hachage. Dispositif d’interface selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence de hachage est comprise entre 30 kHz et 300 kHz, de préférence sensiblement égale à 120 kHz. Dispositif d’interface selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la sortie du demi-pont hacheur (4) du convertisseur amont (10) est connectée à la bobine primaire (5a) par l’intermédiaire d’un condensateur d’accord (C 1 ) connecté en série avec la bobine primaire (5a). Dispositif d’interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine secondaire (5b) du convertisseur aval (20) est connectée à l’entrée d’un pont à diodes redresseur (6) dont la sortie est connectée directement à un pont d’inversion demi-alternance (11) qui alimente l’appareil (B) avec une tension sinusoïdale sensiblement identique, à la tension du réseau d’alimentation électrique (A). Dispositif d’interface selon la revendication 5, caractérisé en ce que le convertisseur aval (20) comporte un condensateur d’accord (C 2 ) connecté entre la bobine secondaire (5b) et le pont de diodes redresseur (6). Dispositif d’interface selon selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bobine secondaire (5b) du convertisseur aval (20) est connectée à l’entrée d’un pont à diodes redresseur (6) dont la sortie est connectée aux bornes d’un appareil (B) à alimenter. Dispositif d’interface selon la revendication 7, caractérisé en ce que le convertisseur aval (20) comporte un condensateur de lissage (7) connecté en parallèle entre la sortie du pont de diodes redresseur (6) et les bornes de l’appareil (B) à alimenter, de façon à délivrer à celui-ci une tension sensiblement constante. Dispositif d’interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit convertisseur aval (20) se présente sous la forme d’un galet (30), comprenant une bobine secondaire (5b) fixée sur une face inférieure (31) du galet (30) et susceptible d’être couplée électro magnétiquement avec une bobine primaire (5a) d’un convertisseur amont (10). Dispositif d’interface selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bobine primaire (5a) est intégrée à un lé posé sur une surface telle que le sol (40) ou un meuble. Dispositif d’interface selon la revendication 10, caractérisé en ce que le galet (30) est mobile et peut être déplacé de façon manuelle ou automatisée de façon à optimiser le couplage entre la bobine primaire (5a) d’un convertisseur amont (10) et la bobine secondaire (5b) du galet (30). Dispositif d’interface selon la revendication 11, caractérisé en ce que le galet (30) comporte un indicateur de couplage (35) qui affiche en temps réel la qualité du couplage entre une bobine primaire (5a) d’un convertisseur amont (10) et la bobine secondaire (5b) du galet (30). Dispositif d’interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur amont (10) est auto-oscillant à sa fréquence de résonance. Dispositif d’interface selon la revendication 13, caractérisé en ce que le convertisseur amont (10) comporte des commutateurs de type ZVS (Zero Volt Switch). Système d’alimentation électrique sans fil d’un appareil (B) à partir d’un réseau (A) d’alimentation électrique alternative, comprenant : - un boitier (24) alimenté par le réseau électrique (A) et comprenant au moins un convertisseur amont (10) ; - un réseau (25) de routage et de commutation comportant des connexions filaires s’étendant entre les sorties des convertisieurs amont (10) et des bobines primaires déportées (5a) disposées dans ou sur le sol ou un meuble (40) ; - au moins un galet (30) pourvu d’un convertisseur aval (20) comprenant une bobine secondaire (5b) destinée à être placée en position de couplage électro magnétique au-dessus d’une bobine primaire (5a). Galet (30), comportant un boitier pourvu d’une face supérieure (36) et d’une face inférieure (31) délimitant un volume interne, caractérisé en ce qu’il comporte une électronique intégrant un convertisseur aval (20) d’un dispositif d’interface selon l’une quelconque des revendications 1 à 14. 17. Appareil électrique (B), caractérisé en ce qu’il intègre un galet (30) selon la revendication 16.