FR2920061A1 - Procede et dispositif de transport, distribution et gestion de l'energie electrique par couplage longitudinal a distance en champ proche entre dipoles electriques - Google Patents

Abstract

Le dispositif suivant l'invention se compose d'un ou plusieurs dispositifs générateurs raccordés à une source d'énergie électrique et d'un ensemble de charges éventuellement mobiles. Chaque charge est alimentée par l'intermédiaire d'une zone limitée de l'espace où un champ électrique intense et rapidement variable est présent (4), ceci sans fils, ni contact électrique, ni usage d'une connexion à la terre. Le champ intense est créé localement entre certaines électrodes situées sur la surface du générateur (5) et une ou plusieurs électrodes situées vis-à-vis côté charge (6). Les électrodes actives sont sélectionnées par des commutateurs par exemple magnétiques (7) actionnés par un aimant permanent situé au niveau de la charge (8). Le dispositif se caractérise notamment par l'usage d'électrodes passives côté charge (9) que l'on peut considérer comme couplées principalement au milieu diélectrique environnant.L'invention est destinée à la télé-alimentation en énergie de dispositifs électriques amovibles ou mobiles de petites et moyennes puissances.

Description

L'invention se rattache au domaine du transport de l'énergie électrique,

elle consiste en un procédé et dispositif de mise en oeuvre du procédé permettant le transport, la distribution et la gestion de l'énergie électrique par couplage longitudinal à distance en champ proche entre dipôles électriques. Domaine technique Introduction

10 Les ondes électromagnétiques sont la manifestation la plus connue des champs électromagnétiques. Dans le cadre des champs proches, c'est-à-dire au voisinage des corps matériels, sont présents des phénomènes d'une autre nature associés à des champs purement électrique ou magnétique. Ces champs fondamentaux ne sont pas associables à un rayonnement et peuvent entourer durablement un 15 corps placé dans le vide sans qu'une déperdition notable de l'énergie ne se produise. Ces champs sont souvent associés à des régimes dits électrostatiques ou magnétostatiques, pourtant, il existe de nombreuses applications où ils sont utilisés de manière dynamiques pour transmettre de l'énergie en quasi-contact. On peut citer en ce qui concerne les champs magnétiques, nombre de machines 20 industrielles tournantes pour la transformation de l'énergie électrique en énergie mécanique et vice-versa. En ce qui concerne les champs électriques les applications sont plus restreintes mais il y a notamment les propulseurs de charges tel que procédés de peinture électrostatiques ou propulseurs ioniques de satellites et surtout les condensateurs présents sur toutes les cartes 25 électroniques de notre environnement quotidien. Le travail principal des auteurs du brevet dont il est question ici est, d'étendre, de développer et de promouvoir le champ d'application des dispositifs électrostatiques au cadre dynamique plus général de dipôles électriques oscillants suffisamment lentement pour ne pas rayonner significativement et pourtant couplés 30 dynamiquement entre eux.5 Généralités

Les distances très courtes et les fréquences particulièrement basses des applications classiques (Quelques centimètres et quelques dizaines de Hz) ont longtemps permis l'usage généralisé de l'expression quasi-statiques pour décrire de tels régimes. De nos jours les champs proches sont de plus en plus utilisés sur des distances métriques et des fréquences dans la gamme du MHz, il devient alors délicat de parler de régimes quasi-statiques. Il serait possible de parler de régimes dynamiques non rayonnants mais nous proposons dans la suite de continuer à utiliser les expressions historiques basées sur les noms propres Induction et Influence . Les systèmes à Induction et à Influence se caractérisent par le fait que la plus grande partie de l'énergie mise en jeu reste stockée localement dans le voisinage de ces dispositifs et ne se propage pas.

Si de tels dispositifs sont nécessairement électromécaniques ou magnéto-mécaniques au moins au niveau particulaire, c'est-à-dire font intervenir les lois de l'électromagnétisme associées à celles de la mécanique, cette particularité peut s'effacer partiellement au niveau macroscopique permettant la confusion actuelle omniprésente entre le régime des champs proches et celui des ondes E.M. Ainsi dans le cadre des transformateurs à induction, dès que la distance entre deux bobines configurées longitudinalement devient sensible, de nombreux techniciens imaginent que des ondes se propagent entre les deux dipôles distants. Il est assez aisé de montrer qu'en dehors du fait que la longueur d'onde est souvent très supérieure à la taille totale du système, le vecteur de Poynting, qui représente le flux d'énergie électromagnétique, est nul sur l'axe des deux dipôles. Ce fait indéniable ne va pas sans poser de graves problèmes d'interprétation allant jusqu'à la remise en cause de la pertinence du modèle standard pour décrire de telles interactions de proximité.

Si la transmission d'énergie à courte distance est réalisée depuis longtemps à l'aide de dipôles magnétiques couplés ce n'est que très récemment que les présents inventeurs ont proposé des dispositifs utilisant le couplage 2 3 longitudinal entre deux dipôles électriques en champs proche. De tels dispositifs peuvent être vus comme l'équivalent pour l'Influence des transformateurs à induction.

Pratiquement, pour que de tels dispositifs à Induction ou à Influence soient non rayonnants il faut en général que leur taille totale soit petite devant les longueurs d'ondes des signaux mis en oeuvre. On peut aussi imaginer des systèmes plus grands utilisant des zones en opposition de phase pour réduire le rayonnement.

Ainsi un dispositif fonctionnant à 1MHz, basé sur deux bobines, peut être considéré comme un dispositif à induction tant que la distance entre les bobines est nettement inférieure à 150m ! Il faut noter les très grandes confusions qui sont faites de nos jours ou de très nombreux dispositifs sont décrits comme des dispositifs rayonnants alors qu'ils sont plutôt du type inductif. Notamment la très grande majorité des dispositifs RFID actuels sont à induction.20 Le cadre de l'invention

Le cadre général de l'invention est plus précisément décrit dans les brevets FR2875649, FR2875939, FR2876495 et PCT/FR2006/000614 déposés par les 5 mêmes inventeurs. S'il est possible d'utiliser l'expression de couplage capacitif , ce dernier est bien plus général que celui que l'on obtient dans le cas du condensateur à influence totale. Mathématiquement de telles interactions multiples entre conducteurs chargés se décrivent à l'aide de matrices de coefficients capacitifs et 10 ne peuvent usuellement se ramener à une représentation dans le cadre de la théorie classique des circuits. Il est toutefois possible d'en donner des représentations plus parlantes que des matrices abstraites en utilisant de nouvelles notions comme la capacité intrinsèque du conducteur isolé et celle de circuit ouvert. La principale difficulté venant du fait qu'en de tels circuits, bien 15 que la charge électrique soit conservée, le courant matériel ne se conserve plus. Il est remplacé à la transition conducteur/diélectrique par un courant de déplacement appelé courant de déplacement de Maxwell, dont la nature exacte et la modélisation sont d'une approche malaisée. Toutefois, si l'on isole les branches où la conservation du courant matériel est pratiquement réalisée, on 20 peut obtenir une représentation de type hydrographique, avec des branches où la théorie des circuits s'applique normalement, ces dernières étant terminées de chaque côté par des sources/puits dont on peut donner une représentation simple lorsqu'ils correspondent à des conducteurs isolés. Que le lecteur nous excuse de ne pouvoir en dire davantage en ces lignes car la 25 théorie correspondante est encore en cours de développements. Notre but ici étant de le préparer à des circuits qu'il trouverait, autrement, étranges ou erronés. En conséquence, selon les inventeurs, tout brevet antérieur de dispositifs intégralement représentés par des circuits usuels et des condensateurs 30 classiques à influence totale, ne pourront être considérés comme des antériorités réellement pertinentes à la présente invention qui se situe dans le cadre de l'influence partielle et hors du cadre de la théorie classique des circuits. 4 Problèmes posés

L'avantage principal des dispositifs de champ proche, décisif dans certaines applications, est qu'ils peuvent transmettre de l'énergie à distance avec un très bon rendement, la contrepartie étant leur portée relativement réduite. En effet nous avons dit que ces dispositifs s'entourent d'une énergie potentielle et comme il n'est pas possible compte tenu des grandes longueurs d'ondes utilisées de produire une concentration de l'énergie dans une direction particulière, il en résulte que l'énergie se répartit dans toutes les directions en décroissant très vite avec la distance. La partie de l'énergie qu'il est possible de transmettre à chaque alternance à une charge distance, qui ne couvre généralement qu'une petite partie de l'espace ou l'énergie est présente, est généralement très faible. Pour que de tels dispositifs présentent de bons rendements, il faut pouvoir recycler efficacement l'énergie stockée et non utilisée à chaque alternance. Traduit en langage d'électrotechnicien, cela signifie que de tels systèmes impliquent que la puissance réactive soit souvent beaucoup plus forte que la puissance active. En effet dans une situation classique de couplage quadripolaire, le champ produit par le générateur décroît très rapidement avec la distance, l'énergie stockée localement qui est proportionnelle au carré du champ décroît ainsi extrêmement vite avec la distance. Pour transmettre une énergie donnée à chaque alternance à une charge distante, il faut, si la charge s'éloigne ou ne représente qu'un tout petit volume comparé à celui où le champ du générateur est présent, stocker dans l'espace à chaque alternance beaucoup plus d'énergie que celle réellement consommée par la charge. Si la charge s'éloigne de seulement quelques fois la taille du générateur, la puissance réactive pour la même puissance active transférée devient vite soit ingérable soit productrice d'une dissipation considérable dans les éléments qui la produisent. La portée relative die tels systèmes, mesurée en termes de L/ D où L est la distance entre les dipôles et D le diamètre équivalent du générateur, est dans la pratique limitée à quelques unités en fonction du rendement que l'on souhaite obtenir et de la qualité des circuits et technologies utilisées. 5 6 La deuxième difficulté rencontrée par de tels dispositifs est que les fréquences utilisées sont élevées et conduisent lorsque l'on cherche à réaliser des dispositifs de grandes tailles à un rayonnement E.M. issu des surfaces libres des électrodes actives. Avantages comparés. de l'invention

La présente invention propose, associé à la transmission sans fils de l'énergie dans une configuration de couplage longitudinal entre dipôles électriques 10 oscillants, un moyen simple de limiter la zone où le champ est intense au voisinage immédiat des charges ceci afin de réduire à la fois les dissipations engendrées par les fortes puissances réactives et par le rayonnement parasite.

Afin de contourner le problème des puissances réactives importantes, 15 particulièrement sensible pour les systèmes à induction pour lesquels l'augmentation de la puissance réactive se traduit rapidement par des courants forts et des pertes Joules importantes, dans le brevet US 6 803 744 B1 on propose de morceler la surface active, c'est-à-dire celle ou le champ intense est produit, en zones couvertes par de multiples petites bobines actionnées à volonté selon la 20 position ou les besoins de la charge. La présente invention décrit un procédé et un dispositif similaire dans le cadre de l'influence partielle.

Par rapport à l'Induction, l'Influence présente de nombreux avantages : 25 La production de champs électriques intenses n'est pas forcément associée à des intensités importantes et nécessite beaucoup moins de métaux conducteurs coûteux. La surface active peut être couverte à moindre coût à l'aide de très peu de 30 matériau conducteur.5 7 Il est possible de mieux contrôler la forme de la zone où le champ est intense et éventuellement de la déplacer simplement à l'aide de fils ou de matériaux faiblement conducteurs. Le générateur de champ peut être distant de la ou les électrodes actives 5 alors que le transport et la commutation du champ magnétique à distance est beaucoup plus problématique. Les commutations peuvent se faire seulement sur l'un des pôles (il n'y a pas de monopole magnétique).

10 Le procédé suivant l'invention, est similaire au procédé usuel de transport de l'énergie électrique par lignes hautes tensions, toutefois, il s'en distingue par l'usage de fréquences beaucoup plus élevées, l'absence de fils dans la dernière étape de la distribution et l'application du champ intense aux seules zones situées au voisinage immédiat des charges. 15 Par rapport au brevet DE 103 04 584 Al ou les charges éventuellement multiples sont situées à l'intérieur même de la structure du générateur, l'invention se distingue par le fait que les générateurs et charges sont extérieurs et distants les uns des autres, par l'usage d'électrodes passives et par une limitation de la zone 20 où le champ électrique est présent.

Par rapport au brevet CA 2 526 245 Al basé sur un double couplage capacitif conventionnel impliquant à chaque instant l'utilisation d'au moins deux paires d'électrodes, le procédé suivant l'invention permet par le biais du couplage 25 longitudinal entre deux dipôles électriques l'utilisation d'une seule paire d'électrodes ce qui simplifie énormément la gestion des commutations.

Par rapport à nos propres brevets l'invention se distingue par l'usage de dispositifs annexes permettant de limiter et de gérer l'extension de la zone ou le 30 champ électrique est intense.

Description de l'invention Préliminaires L'invention propose un procédé et un dispositif pour transporter, distribuer et gérer à distance de l'énergie électrique par Influence partielle selon un mode quasi-longitudinal que l'on peut encore appeler : couplage électrique longitudinal en champ proche entre deux ou plusieurs dipôles .

Deux types de dispositifs dipolaires (ou optionnellement multipolaires), appelés respectivement générateurs et charges sont considérés. Les dipôles (ou multipôles) obtenus sont couplés en champ proche par l'intermédiaire d'un champ électrique intense à relativement haute fréquence. Par hautes fréquences, il faut entendre des fréquences beaucoup plus élevées que celles utilisées habituellement pour le transport de l'énergie électrique. Les dispositifs se caractérisent principalement par le fait qu'ils sont couplés préférentiellement de manière longitudinale et qu'ils ne rayonnent que très peu d'énergie électromagnétique. C'est notamment le cas lorsque les longueurs d'ondes dans le milieu environnant sont nettement plus grandes que la taille du dispositif générateur. Les champs électriques intenses sont limités par le champ disruptif dans le milieu considéré et conduisent à des tensions très élevées dès que la distance entre les électrodes est assez grande. Les tensions et les fréquences obtenues sont ainsi fonction de la puissance à transmettre, de la taille des dispositifs et des distances les séparant.

Dans la suite nous utiliserons l'expression compactée HTHF (Haute Tension Haute Fréquence) pour décrire les générateurs et charges directement associées à de tels dispositifs. Des conversions en amont ou aval vers d'autres types de tensions ou fréquences étant toujours possibles par des moyens électroniques classiques.

Chaque dispositif selon l'invention est constitué d'au moins un générateur HTHF ou d'une charge du même type reliés à chacune de leurs extrémités à au moins une électrode de taille et de forme variable. L'ensemble générateur et 8 9 électrodes connectées à ce dernier d'une part, et charge et électrodes connectées à cette charge d'autre part, constituent chacun des dipôles électriques oscillants. La configuration privilégiée dans le cadre de l'invention correspondant aux cas où les dipôles sont agencés longitudinalement c'est-à-dire sur le même axe.

Toutefois, dans certains cas de couplage proche, les dipôles présentent entre eux de très grands angles éventuellement supérieurs à l'angle droit. Une des électrodes du côté de la charge ou du générateur est optionnellement remplacée par une connexion à la terre. Dans le cadre de l'invention le couplage réalisé entre un générateur et une charge particulière se caractérise par le fait que seulement deux électrodes sont principalement impliquées dans la liaison. Ces électrodes, dites actives, sont placées préférentiellement en vis-à-vis direct, c'est-à-dire présentent préférentiellement des surfaces localement parallèles l'une à l'autre et sont situées à relativement courte distance l'une de l'autre. Les autres électrodes et à fortiori la terre sont dans un environnement ou le champ est plus faible. Cette dissymétrie est obtenue soit en jouant sur la taille des différentes électrodes, soit en jouant sur leur positionnement, c'est-à-dire leurs distances respectives. Dans de nombreuses applications ce sont les parties blindées des dispositifs où des conducteurs de grandes tailles et d'une manière plus générale la terre ou la masse primaire côté générateur et les masses secondaires côté charges, qui jouent le rôle d'électrodes passives. Dans une configuration de couplage serré, c'est-à-dire lorsque les deux dipôles considérés sont assez proches, on peut considérer que le couplage entre les deux électrodes actives est largement dominant et qu'elles fonctionnent alors en régime d'influence totale, les deux autres électrodes distantes et passives pouvant être considérées comme seulement couplées au milieu diélectrique environnant. Dans de tel cas l'orientation relative des dipôles est quelconque pourvue que les électrodes passives restent suffisamment éloignées l'une de l'autre. Le cas limite de deux dipôles symétriques assez éloignés l'un de l'autre est une autre configuration possible de l'invention. Dans de tels cas les dipôles seront disposés sur le même axe ou sur des axes présentant des angles assez fermés. Entre ces deux exemples sont réalisables de très nombreuses configurations qui ne se ramènent pas à de simples assemblages de 10 condensateurs à influence totale usuels. Ces configurations sont obtenues en gardant un agencement global préférentiellement longitudinal et en faisant varier d'une part les tailles et formes des électrodes et d'autre part les distances respectives entre elles.

Dans le cadre de l'invention les électrodes sont morcelées et commutées sélectivement mais les grandes lignes précédentes restent applicables à savoir : pour une liaison générateur-charge donnée, à un instant donné, le couplage se fait essentiellement à l'aide de deux électrodes actives pour une configuration préférentiellement longitudinale.

La présente invention concerne surtout les situations fortement dissymétriques où un générateur de grande taille alimente une ou plusieurs petites charges, éventuellement mobiles et placées par rapport au générateur à des distances relativement importantes comparées à leurs propres tailles.

Le procédé selon l'invention consiste à successivement transformer l'énergie électrique basse tension continue ou basse fréquence en une énergie électrique basse tension à haute fréquence, la tension est ensuite élevée fortement. La ou les tensions très élevées sont appliquées sélectivement via un système de commutation à certaines zones localisées de l'espace à couvrir. L'énergie est transmise à distance par l'intermédiaire d'un champ électrique intense selon un mode non radiatif longitudinal. La situation idéale selon le procédé est de limiter les zones où l'énergie électrique est présente aux seules régions occupées par des charges consommant de l'énergie.

A ce titre l'invention concerne un mode de distribution de l'énergie sans fil.

Procédé

Le procédé peut-être décrit étape par étape de la manière suivante : Etape 1 : De l'énergie électrique provient d'une source extérieure sous la forme 5 d'un courant continu ou alternatif basse tension Etape 2 : Ce courant, après avoir été éventuellement redressé, est transformé en courant alternatif haute fréquence à l'aide de moyens appropriés. Etape 3 : La tension de ce courant alternatif est ensuite élevée fortement à l'aide de moyens tels que des dispositifs transformateurs élévateurs de tension. 10 Etape 4 : Une des bornes du générateur haute tension est reliée à la terre ou une masse électrique importante, la tension élevée de l'autre borne est appliquée sélectivement via des moyens de détection et de commutation à un ou plusieurs jeux d'électrodes. Etape 5 : En vis-à- vis direct des ces jeux d'électrodes est située, lorsque le 15 dispositif est en fonctionnement, au moins une électrode, faisant éventuellement partie d'un jeu associé à d'autres moyens de commutation situés côté charge, reliée à une borne d'un dispositif fonctionnant à haute tension haute fréquence. La borne opposée de la charge est reliée à une masse métallique importante. Etape 6: au sein de ce dispositif la tension est abaissée à l'aide de moyens 20 appropriés tels que des transformateurs. Etapes 7: La basse tension est ensuite redressée et régulée par des moyens électroniques spécifiques. Etape 8 : l'énergie électrique basse tension est appliquée à la charge finale.

25 Aux moyens de commutation sont associés des moyens de détection et de gestion situés côté générateur ou côté charge ou en partie de chaque côté. Les électrodes sont commutées par ces moyens de telle manière que le nombre et la position des électrodes actives à un moment donné soient optimisés en fonction des positions réciproques des générateurs et charges et des besoins de 30 ces dernières. Les générateurs sont avantageusement munis de circuits, optionnellement électroniques, leur permettant d'adopter des modes de protection ou de veille 11 12 lorsque la transmission de l'énergie entre eux et les charges éventuellement présentes n'est plus nécessaire ou ne peut plus se faire correctement.

De nombreuses variantes sont possibles sans sortir du cadre du procédé, par 5 exemple : Les étapes 2 et 3 concernant la production du courant électrique haute fréquence et l'élévation en haute tension sont optionnellement inversées. La commutation se fait optionnellement avant l'élévation de la tension dans le cas ou des transformateurs sont utilisés au niveau de chaque électrode active, 10 elle se fait aussi optionnellement avant la production du courant haute fréquence dans le cas ou des modules électroniques sont associés à chacune des électrodes actives. Toute combinaison des solutions précédentes pour la commutation est aussi possible. De la même manière les commutations éventuelles côté charge se font optionnellement après l'abaissement de la 15 tension ou après le redressement ou toute combinaison de ces possibilités. Dans le cas d'une charge à orientation variable, les électrodes qui ne sont pas actives sont optionnellement connectées à la masse afin de réaliser une électrode passive de plus grande taille. La gestion des moyens de détection et de commutation se fait soit localement 20 par exemple par l'usage d'interrupteurs magnétiques et d'aimants situés sur le dispositif en vis-à-vis, soit de manière distante à l'aide de circuits spécialisés tels que microcontrôleurs associés à des capteurs de position permettant la localisation des charges présentes et /ou actives. Des protocoles de communication pour les échanges d'énergie et/ou de 25 données entre les charges, le ou les générateurs et optionnellement le monde extérieur sont optionnellement utilisés. Ils sont mis en oeuvre, soit en exploitant le lien électrique utilisé pour le transfert de l'énergie de manière mono ou bidirectionnelle, soit par tout autre moyen de communication existant.

30 La figure 1 représente schématiquement une possibilité de mise en oeuvre du procédé, les étapes sont repérées par les nombres entourés situés en haut de la figure. Dans cette variante il y a deux jeux d'électrodes commutées côté 13 générateur et côté charge (7), pour plus de simplicité les moyens de détection et de gestion de ces commutations ne sont pas représentés. Les commutations se font au niveau de la HTHF, c'est-à-dire côté générateur après le transformateur élévateur de tension (14) et côté charge avant le transformateur abaisseur de tension (15).

La figure 2 représente une possibilité de mise en oeuvre similaire où sont représentés en plus des moyens annexes de modulation et de contrôle. La modulation utilisée est de type modulation d'amplitude bidirectionnelle, elle est réalisée du côté du générateur (2) par une modulation de l'amplitude du signal (19) appliqué sur le transformateur (14) et du côté de la charge par un modulateur de charge (20). La détection des signaux sur les dispositifs se faisant au niveau des transformateurs, les signaux étant optionnellement amplifiés et mis en forme avant d'être traités par l'unité logique (21) qui gère aussi les échanges de données avec l'extérieur.

Sur la figure 3 est schématisée une situation pour laquelle les fonctions principales décrites sont regroupées dans des circuits intégrés spécialisés côté générateur (22) et côté charge (23). Est aussi représentée une possibilité de regrouper les fonctions nécessaires à la conversion de produits existants déjà sur le marché sous la forme d'un dispositif adaptateur (24) qui comprends tous les éléments situés côté charge excepté la charge finale basse tension (18).

A noter que sur les trois représentations précédentes ce sont les circuits 25 électriques du primaire côté générateur et du secondaire côté charge qui jouent implicitement le rôle d'électrodes passives. 14 Dispositif de mise en oeuvre du procédé

Structure générale Le dispositif complet suivant l'invention se compose d'un ou plusieurs dispositifs générateurs usuellement fixes (2) et raccordés à une source d'énergie électrique (1) et d'un ensemble de charges éventuellement mobiles (3). Chaque charge est alimentée par l'intermédiaire d'une zone limitée de l'espace où un champ électrique intense et rapidement variable est présent (4), ceci sans fils, ni contact électrique, ni usage d'une connexion à la terre. Le champ intense est créé localement entre certaines électrodes situées sur la surface du générateur (5) et une ou plusieurs électrodes situées vis-à-vis côté charge (6). Les électrodes génératrices sont activées sélectivement par des moyens de détection et de gestion associés à des commutateurs (7). Les commutateurs sont par exemple magnétiques et actionnés par un aimant permanent situé au niveau de la charge (8). Le dispositif se caractérise notamment par l'usage d'électrodes passives côté charge (9) et côté générateur (10). Ces électrodes sont préférentiellement de plus grandes tailles que les électrodes actives et/ou suffisamment éloignées de ces dernières afin qu'elles soient principalement couplées au milieu diélectrique environnant. Dans la pratique cette situation est réalisée lorsque leurs capacités propres sont peu différentes de leurs capacités propres lorsqu'elles sont seules dans le vide. Ces capacités sont représentées par les éléments diagonaux C;; correspondant à leurs numéros d'ordre dans la matrice de couplage définie par : Q Cn.Vj,• Générateurs

Les dispositifs générateurs suivant l'invention se composent d'un ou plusieurs générateurs HTHF (11) reliés d'une part à une grande électrode passive ou à la terre (10) et d'autre part à un ou plusieurs jeux composés de plus petites électrodes actives (5) à travers un réseau de fils et un ensemble de commutateurs (7).

Charges

Les dispositifs du type charges suivant l'invention se composent d'une ou plusieurs charges HTHF (12) reliées d'une part à une électrode active (6) et 5 d'autre part à une électrode passive de préférence de plus grande taille (9). Les charges contiennent optionnellement des jeux d'électrodes.

Générateurs HTHF

10 Les générateurs HTHF (11) selon l'invention sont obtenus soit à partir de basses tensions à l'aide de transformateurs élévateurs à induction ou piézoélectriques (14) associés à un circuit électronique produisant leshautes fréquences à basses tensions (13) ou tout autre technologie susceptible de produire simultanément des champs électriques intenses et des fréquences élevées. Ils incluent 15 avantageusement des circuits résonnants et/ou des dispositifs de récupération de l'énergie afin que la partie non utilisée de celle-ci ne soit pas totalement dissipée à chaque alternance. Les générateurs utilisent optionnellement des transformateurs à induction résonnants afin de regrouper en une seule pièce l'élévation de la tension et le dispositif de recyclage de l'énergie. La masse du 20 générateur ou la terre jouent avantageusement le rôle d'électrodes passives.

Charges HTHF

Certaines charges se composent de milieux à haute impédance de type résistif 25 ou alternativement de milieux diélectriques à forts angles de pertes qui exploitent directement l'énergie du champ par exemple pour produire de la chaleur ou de la lumière. Dans de tels cas on peut considérer que les électrodes sont virtuelles et sont constituées par les surfaces externes de tels composants par lesquelles pénètrent et sortent les lignes de champ électrique. La structure 30 des charges est ainsi usuellement dipolaire, mais elles forment aussi des structures multipolaires plus complexes lorsque plus de deux électrodes sont simultanément utilisées. 15 16 Les charges sont optionnellement constituées d'un adaptateur (24) lui-même constitué d'au moins une électrode active (6) et optionnellement d'électrodes passives (9), d'un transformateur abaisseur de tension (15), optionnellement résonnant et d'un dispositif électronique de redressement et de régulation (16).

Le dispositif d'adaptation est raccordé à un ou plusieurs dispositifs existant afin de les rendre compatibles avec la technologie proposée selon l'invention. Dans certains cas les circuits à basse impédance et/ou les pièces métalliques de blindage de la charge finale sont avantageusement utilisés pour servir d'électrode passive.

La distribution

La distribution de l'énergie se fait préférentiellement entre la borne haute tension du générateur HTHF (11) et le ou les jeux d'électrodes actives côté générateur (5) via le réseau de commutateurs (7). Optionnellement la distribution de l'énergie se fait via un réseau de commutateurs placés entre la source d'énergie (1) et les circuits électroniques de conversion continu/alternatif (13) associés à des transformateurs élévateurs (14) situés au niveau de chaque électrode active du générateur (5).

Une autre possibilité est de découper la basse tension continue en haute fréquence par un seul circuit de puissance adapté (13) et de distribuer ensuite cette haute fréquence via un réseau de commutateurs à un jeu de transformateurs élévateurs (14) associés à chaque électrode active du générateur (5).

Les fils

Les fils de liaisons véhiculant les tensions HTHF ne nécessitent pas d'être de bons conducteurs de l'électricité, ils sont optionnellement très fins ou remplacés par de petites quantités de matériaux conducteurs déposés ou inclus dans d'autres matériaux diélectriques, éventuellement souples, tels que des feuilles, nappes, rubans.

Les électrodes

Les électrodes actives (5) exploitent éventuellement les mêmes possibilités que les fils et sont constituée de peu de matériau conducteur éventuellement inclus ou déposé sur des surfaces diélectriques souples. La forme des électrodes est quelconque toutefois il convient d'éviter les arrêtes vives susceptible de générer des pertes par ionisation et une dégradation des matériaux diélectriques environnants par effet des pointes. Un mappage de la surface se fait par exemple par des électrodes identiques triangulaires, rectangulaires ou hexagonales. Des électrodes de formes et de surfaces quelconques sont aussi utilisables dans des situations particulières nécessitant par exemple un meilleur contrôle de certaines zones. Le choix de la taille et de la forme respective des électrodes est totalement libre, toutefois on utilisera préférentiellement côté générateur des électrodes les plus petites possibles et notamment des électrodes dont la taille n'est pas trop supérieure aux dispositifs à alimenter en énergie. Lorsqu'il y a des électrodes morcelées des deux côtés la taille et la forme des électrodes sont adaptées à chaque cas particulier.

Les commutateurs Les commutateurs (7) sont de technologies très variables en fonction du mode de distribution choisie (BT ou HT), des puissances mises en jeu et des moyens de déclanchement utilisés. Ils intègrent optionnellement une électronique de commande. Ils sont alternativement électromécaniques, magnéto-mécaniques, électromagnétiques, optiques, acoustiques ou incluant tout autre technologie de déclanchement à distance. Optionnellement ils exploitent la différence de potentiel à leurs bornes afin de s'autoalimenter sans nécessiter de câblage supplémentaire. Comme les fils et les électrodes ils utilisent avantageusement peu de matériaux conducteurs lorsqu'ils sont placés sur la HT.

Les commutateurs (7) sont positionnés préférentiellement au voisinage immédiat de chaque électrode active (5) et sont commandés soit par une action mécanique directe (contact solide, pression,...), soit à courte distance 17 18 directement part une action de proximité d'une charge, soit indirectement par des moyens électroniques. Les moyens électroniques sont intégrés soit dans les commutateurs eux-mêmes, soit au niveau de chaque électrode soit situés au niveau du générateur ou encore répartis en partie dans les générateurs et en partie dans les charges.

Les moyens de gestion de détection et de communication

Dans le cas où les moyens de détection et de gestion ne sont pas intégrés dans les commutateurs eux-mêmes, ils se répartissent sous forme de modules électroniques présents dans le générateur et/ou les charges. Ils prennent optionnellement la forme de circuits intégrés spécialisés (22) (23). Les moyens électroniques sont optionnellement associés à des moyens logiciels sous la forme de protocoles de communication. Optionnellement les moyens de communication utilisent le même support que la transmission de l'énergie, et mettent en oeuvre des moyens de modulation et de démodulation appropriés (19) (20).

Quelques exemples de réalisation La figure 4 représente un mode de réalisation particulièrement simple de l'invention, un générateur HTHF (11) est relié d'une part à une grande électrode passive (10) et d'autre part à un ensemble de petites électrodes (5) via un réseau de commutateurs mécaniques magnétiques de type Reed (7), Les commutateurs magnétiques sont actionnés par la présence à courte distance d'une charge équipée d'un aimant permanent ou d'un électroaimant (8), agencés de telle manière que l'aimant (8) situé dans le commutateur (7) soit attiré ou repoussé pour ouvrir ou fermer le contact selon la présence ou les besoins de la charge. La figure 5 représente une réalisation possible d'un générateur HTHF (11). Dans cette réalisation, le courant électrique basse tension est transformé dans un premier temps en courant alternatif optionnellement sinusoïdal avant d'être appliqué à un transformateur élévateur résonnant de type Tesla (14). La 19 borne basse tension de l'enroulement secondaire de ce transformateur est reliée à la terre, la borne haute tension étant reliée au réseau de distribution. La figure 6 représente un mode de réalisation de la charge sous la forme d'un adaptateur relié à une charge existante. L'adaptateur (24) est composé d'une électrode active (6) reliée à la borne haute tension de l'enroulement primaire d'un transformateur abaisseur de type résonnant, la borne basse tension de cet enroulement étant connectée au secondaire du circuit. Le secondaire du transformateur est relié à un circuit redresseur contenant éventuellement des éléments de régulation (16). La tension de sortie est ensuite appliquée à la charge finale. Dans cette réalisation les circuits basse impédance du secondaire et de la charge jouent le rôle de l'électrode passive. La figure 7 représente un mode de réalisation dans lequel une surface très fine d'un matériau diélectrique éventuellement souple est utilisée comme support. Les électrodes sont réalisées par déposition ou électrodéposition et/ou gravure.

Les commutateurs de type électroniques sont constitués par exemple de transistors montés en série, associés ou non à un circuit de détection de la présence de la charge, par exemple la présence d'une modulation provoquée par la présence à courte distance d'une charge équipée d'un circuit de modulation approprié. Transistors et circuits de détection et de commande sont réalisés par une technique similaire de dépôt sur substrat diélectrique. Le circuit de gestion électronique du commutateur en position de veille, c'est-à-dire ouvert est optionnellement alimenté par la différence de potentiel existant entre le générateur et l'électrode flottante sans nécessiter de câblage supplémentaire.

Dans une variante non représentée de l'invention, lorsque des zones étendue de l'espace doivent être couvertes et afin de limiter les rayonnements, des secteurs en phase et en opposition de phase sont réalisés en utilisant plusieurs générateurs déphasés ou en commutant alternativement les électrodes actives à l'une des deux bornes d'un même générateur.

Claims (14)

Revendications

1. Procédé de transport, distribution et gestion à distance de l'énergie électrique se caractérisant par le fait que l'énergie électrique est successivement transformée au sein d'une structure de type générateur en courant haute fréquence à basse tension puis en courant à haute fréquence haute tension, les deux étapes précédentes sont optionnellement inversées, et enfin transportée sans fils ni terre entre générateurs et charges extérieures à ces derniers par l'usage d'une unique zone de champ électrique intense située au voisinage de chaque charge considérée. Cette zone de champ intense est créée localement au moyen de jeux d'électrodes activées sélectivement à l'aide de moyens annexes de détection, de contrôle et de commutation.

2. Procédé selon la revendication [1] se caractérisant par le fait que de l'information est optionnellement transmise mono ou bi-directionnellement suivant le même procédé et à l'aide de moyens supplémentaires de modulation et de démodulation intégrés dans les dits générateurs et dites charges.

3. Procédé selon les revendications [1] et [2] se caractérisant par le fait que l'énergie électrique est optionnellement transmise aux charges selon un protocole de communication permettant à chaque charge de déclencher elle-même le transfert d'énergie, ce protocole est mis en oeuvre par un dispositif utilisant des moyens de détection, de contrôle et de commutation situés préférentiellement au niveau de chaque électrode active du générateur et/ou optionnellement de la charge.

4. Procédé selon la revendication [3] se caractérisant par le fait que le dit protocole de communication comporte optionnellement des modes de type protection ou veille lorsque le transport de l'énergie entre le ou les dits générateurs et les charges éventuellement présentes n'est plus nécessaire ou ne peut plus se faire correctement. 20

5. Dispositif de transport à distance de l'énergie électrique par couplage électrique longitudinal en champ proche entre plusieurs dipôles électriques oscillants, les uns dénommés générateurs fournissant l'énergie et les seconds dénommés charges la recevant, se caractérisant par : - Les générateurs et charges sont couplés par l'intermédiaire de jeux d'électrodes comportant lorsque de l'énergie est transférée au moins une électrode active sur chacun des dipôles, ces électrodes actives sont situées en vis-à-vis direct et constituent une des extrémités de chacun de ces dipôles. - Les autres électrodes reliées aux bornes opposées des dites charges et 10 générateurs sont passives et situées préférentiellement le plus loin possible des électrodes actives. - Les électrodes actives et optionnellement les électrodes passives sont sélectionnées par commutation à l'aide de moyens annexes. 15

6. Dispositif selon la revendication [5] se caractérisant par le fait que les dispositifs générateurs sont constitués d'au moins un générateur HTHF relié à au moins deux électrodes, l'une d'elles, de plus grande taille, dite passive, est optionnellement remplacée par une connexion à la masse primaire ou à la terre. 20

7. Dispositif selon la revendication [6] se caractérisant par le fait que les générateurs HTHF sont constitués d'un dispositif électronique associé à au moins un transformateur élévateur de tension tels que : transformateur à induction préférentiellement de type résonant, transformateur piézoélectrique ou toute technologie capable de fournir des hautes tensions à hautes fréquences. 25

8. Dispositif selon la revendications [5] se caractérisant par le fait que les charges fonctionnent directement en haute tension ou sont optionnellement constituées d'un dispositif abaisseur de tension associé à une charge basse tension classique, ce dispositif est raccordé à au moins une électrode active et au 30 moins une électrode passive, le rôle de cette dernière est optionnellement tenu par le blindage métallique de la charge basse tension ou par les circuits basse impédance de cette dernière.

9. Dispositif selon la revendication [5] se caractérisant par le fait que les liaisons entre d'une part les générateurs HTHF et les électrodes associées à ces derniers et d'autre part les charges HTHF et leurs électrodes associées s'effectuent au moyen de fils conducteurs optionnellement très fins, ces derniers comme les électrodes et les commutateurs HT sont optionnellement constitués de petites quantités de matériaux conducteurs déposés ou inclus dans des matériaux diélectriques, éventuellement souples, tels que des feuilles, nappes, rubans.

10. Dispositif selon la revendication [5] se caractérisant par le fait que la taille des électrodes actives côté générateur est suffisamment petite et leur nombre, leurs formes et leurs dispositions adaptées afin d'assurer à chaque instant une couverture optimale de la ou des électrodes actives optionnellement mobiles situées en vis-à-vis côté charge.

11. Dispositif selon la revendication [5] se caractérisant par le fait que les commutateurs, les moyens annexes de détection à distance et les circuits de commande et de gestion de ces éléments sont placés préférentiellement près des électrodes actives, les commutateurs sont optionnellement placés en amont des transformateurs ou des générateurs lorsqu'un exemplaire de ces derniers est situé au niveau de chaque électrode active.

12. Dispositif selon la revendication [11] se caractérisant par le fait que les moyens électroniques intégrés dans un commutateur ou dans son proche voisinage sont optionnellement alimentés par la différence de potentiel existant entre les bornes du dit commutateur.

13. Dispositif selon la revendication [11] se caractérisant par le fait que les moyens électroniques de gestion des commutateurs sont optionnellement partiellement ou totalement regroupés au sein de circuits intégrés spécialisés et sont optionnellement associés à des moyens électroniques de communication utilisant le même lien que celui permettant le transport de l'énergie.

14. Dispositif selon la revendication [5] se caractérisant par le fait que générateurs et charges sont optionnellement munis de circuits annexes optionnellement intégrés dans les moyens de détection de gestion et de commande leur permettant d'adopter des modes de protection ou de veille lorsque le transport de l'énergie entre le ou les dits générateurs et les charges éventuellement présentes n'est plus nécessaire ou ne peut plus se faire correctement.10