[go: up one dir, main page]

WO2002089354A1 - Dispositif de transmission de signaux entre deux objets sans contact en mouvement relatif l"un par rapport a l"autre - Google Patents

Dispositif de transmission de signaux entre deux objets sans contact en mouvement relatif l"un par rapport a l"autre Download PDF

Info

Publication number
WO2002089354A1
WO2002089354A1 PCT/FR2002/001427 FR0201427W WO02089354A1 WO 2002089354 A1 WO2002089354 A1 WO 2002089354A1 FR 0201427 W FR0201427 W FR 0201427W WO 02089354 A1 WO02089354 A1 WO 02089354A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
conductor
antennas
relative movement
turn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2002/001427
Other languages
English (en)
Inventor
François VACHERAND
Thierry Thomas
Denis Duret
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2002089354A1 publication Critical patent/WO2002089354A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils

Definitions

  • the present invention relates to the field of signal transmission between two objects without contact, in relative movement with respect to each other.
  • Signal transmission can provide power to one of the objects using the other and / or exchange data between the two objects.
  • the objects to be communicated are in relative motion but these objects can communicate with each other only when they are in an adequate position. compared to the other, which can only be done punctually for a short time. During this communication time, the two objects close to each other can be assimilated to fixed objects.
  • the exchange of signals between the two objects in relative motion with respect to each other must be able to be carried out practically whatever the positions of the objects, thus the exchange can take place, continuously, for a time much longer than that authorized by the devices of the prior art.
  • it is sought to keep a substantially constant transmission power during operation and to have the most constant quality of transmission possible.
  • the present invention is a device for transmitting signals, by inductive coupling, between two contactless objects, in movement relative to each other, comprising a antenna integral with each of the objects, each antenna comprising a conductor wound over one or more towers.
  • the relative positions of the antennas to be coupled are substantially globally invariant during the relative movement, this global invariance resulting in:
  • dx element of the conductor of one of the antennas dy element of the conductor of the other antenna, Dxy distance between the element dx and the element dy, ex contour of one of the antennas and cy contour of the other antenna, the outline of an antenna being defined as the total length of the antenna conductor.
  • an area for each antenna can be defined by the surface delimited by a turn of its conductor.
  • the conductor's turns delimit quasi-cylindrical surfaces one can define a quasi-cylindrical surface for each antenna by the surface delimited by a turn of its conductor, the overall invariance results in the fact that the orthogonal projection of the surface of an antenna on the surface of the other antenna and the surface of the other antenna have an intersection which remains substantially constant during the relative movement and by the fact that the distance between the axes of the almost cylindrical surfaces of each of the antennas remains substantially constant during relative movement.
  • the orthogonal projection of the surface of one antenna on the surface of the other antenna substantially coincides with the surface of the other antenna, the surface of an antenna being defined as the surface delimited by a turn of its conductor. It is conceivable that a conductor turn of one of the antennas delimits a fragmented surface in several portions connected together.
  • the geometric constraints of the environment sometimes impose complex geometries which cannot be achieved by a simple surface.
  • Driver laps can take a variety of forms.
  • a turn of the conductor can delimit a quasi-annular surface or a quasi-cylindrical surface.
  • Figure 1 is a perspective view of a device according to the invention.
  • FIGS 2A to 2C illustrate different antenna configurations suitable for linear movement.
  • FIGS. 3A to 3E illustrate different configurations of planar surface antennas adapted for rotary movement.
  • Figures 4A and 4B illustrate different configurations of curved surface antennas suitable for rotary motion.
  • the first object is represented with the reference M1 and with the reference M2 a second object.
  • These objects Ml, M2 are animated by a movement relative to each other.
  • the first object M1 is fixed relative to the second object M2 which is mobile to it.
  • the second object M2 has moreover been represented three times, in three successive positions which it is likely to take during its movement. It is assumed that it performs a rectilinear movement back and forth along the axis AA.
  • the two objects Ml, M2 can also be driven together in the same movement.
  • the device for transmitting signals by inductive coupling which is the subject of the invention, comprises a wound antenna A1 connected to the first object M1 and a wound antenna A2 connected to the second object M2.
  • each antenna A1, A2 is formed of a conductor C1, C2 wound on one or more turns B1, B2.
  • the electrical conductor Cl of the antenna Al makes only one turn Bl, the conductor C2 of the antenna A2 makes several omtifs. It is understood that the conductor C1 could make several, that the conductor C2 could make one, and that if the two conductors make several, their numbers can be equal or different.
  • the coupling coefficient between two antennas is a quantity which depends only on the shape of the antennas, their distance and the magnetic nature of the materials present in the environment of these antennas. If we make the assumption that the environment is homogeneous then only the structure and the shape of the antennas are significant.
  • the outline of an antenna being defined as being the total length of the conductor C1, C2 of the antenna.
  • the signals can convey data between an object and the other, for example measurement values delivered by a sensor carried by one of the objects, to be conveyed to the other object, data contained in a memory which one has.
  • objects or be electrical supply signals to supply at least one member of one of the objects. Any movement can be broken down into translation and / or rotation. There are only two cases that can be combined.
  • an authorized movement is a translation along an axis substantially parallel to the large dimension.
  • the antennas have simple geometric shapes and are substantially planar.
  • the electrical conductor Cl of the antenna Al forming a full turn Bl delimits a first surface SI, shown here plane and rectangular.
  • the electrical conductor C2 of the second antenna A2 delimits a second surface S2, shown here flat and rectangular.
  • the surface of the antenna A1 therefore merges with the first surface SI while the surface of the second antenna A2 merges with the second surface S2.
  • the antenna A1 has a dimension L1 which is large compared to those of the antenna A2.
  • This dimension corresponds to the length of the surface SI.
  • the dimensions of the antenna A2 correspond to the width and the length of the surface S2.
  • the overall invariance of the coupling results in the fact that the relative movement takes place along an axis AA substantially parallel to the large dimension L1 of the antenna Al.
  • This axis AA is materialized by the double arrow. This constraint keeps the distance between the antennas A1, A2 constant.
  • a projected surface S2 ' is obtained.
  • the projection S2 'of the second surface and the first surface SI have an intersection which remains substantially constant during the relative movement.
  • the movement takes place in a plane substantially parallel to the plane of one of the antennas A1. Having a relative movement in a plane substantially parallel to the plane of one of the antennas and maintaining an intersection substantially constant allows the coupling coefficient between the two antennas to be also substantially constant, which is a guarantee that the transmission of signals is not affected by the movement.
  • the projection S2 'of the second surface is completely included in the first surface SI, the intersection between S2' and SI is therefore equal to said projection S2 '.
  • Other configurations are possible as will be seen later.
  • the second surface S2 is in a plane intersecting with respect to the plane of the first surface SI.
  • the projection S2 'of the second surface does not have the same size as the second surface S2, it is smaller.
  • an authorized movement is a rotation around the center of rotation.
  • the antenna A2 could be rotated on itself, its plane retaining the same inclination relative to the plane of the first antenna A1 during the movement.
  • the distance J between its center of rotation 0 and the surface SI of the first antenna A1 remains substantially constant during the movement.
  • the relative movement can be a combination of a movement in translation and a movement in rotation.
  • the orthogonal projection S2 ′ of the surface S2 of the second antenna A2 remains, during relative movement, in a central zone ZD of displacement ⁇ e the surface SI so that the coupling is substantially constant.
  • the antennas have symmetries, which facilitates the determination of the appropriate movements.
  • FIG 2A there is shown in top view the antennas A1, A2 of the two objects to communicate remotely but the objects are not shown.
  • Each of the antennas comprises a conductor wound on one or more turns B1, B2 and these turns are substantially planar. It is assumed that the object carrying the antenna A2 has a translational movement and that the other object is fixed.
  • a turn of the conductor of the first antenna A1 delimits a first rectangular surface Si whose length L1 is much greater than the width.
  • a turn of the conductor of the second antenna A2 delimits a second surface S2 also rectangular whose length L2 is substantially parallel to the length L1 of the first surface SI.
  • the second surface S2 during its movement, remains in a plane substantially parallel to that of the first surface Si.
  • the width of the second surface S2 is substantially the same as that of the first surface SI, it could have been a little smaller.
  • the translational movement which animates the second antenna A2 is directed substantially along the length L1 of the second surface S2.
  • the length L1 is large compared to the length L2.
  • the projection of the second surface S2 orthogonally on the first surface SI has the same size as the second surface S2.
  • the maximum amplitude of movement is equal, in this case, to the between _a length Ll of the pre ⁇ ⁇ _ere sir ace SI and the length of the projection of the second surface S2 which is also the length L2 of the second surface.
  • FIG. 2B is comparable to FIG. 2A, the only difference is that a turn B2 of the conductor of the second antenna A2 delimits a second surface S2 which is now circular instead of being rectangular.
  • the antenna A2 could be animated by a movement in rotation around its center of symmetry.
  • a circular antenna rotating around its center of symmetry keeps a constant coupling coefficient with any other antenna of any fixed geometry.
  • the first antenna A1 is comparable to that of FIG. 2A, but the second antenna A2 has a linear movement which can decompose on two orthogonal axes x, y.
  • the surfaces S1, S2 of the respective antennas A1, A2 are planar and rectangular.
  • the displacement of the object is such that the two surfaces S1, S2 remain substantially parallel.
  • the second surface S2 merges with its orthogonal projection on the first surface SI.
  • the width 12 of the second surface S2 is substantially parallel to the length L1 of the first surface S1.
  • FIG. 3A there is shown a partial section of a part 10 having to move in rotation on itself.
  • An antenna A3 and an electronic device 11, for example a sensor or an actuator, are connected together and are integral with the rotating part 10.
  • the antenna A3 comprises a conductor wound on one or more turns B3 and a turn of the conductor delimits a plane surface S3 in the form of a quasi-ring.
  • the term quasi-ring is used because the area delimited by a turn of the conductor is in fact a split ring.
  • This slot F3 is due to the radial paths traveled by the driver to complete a complete revolution.
  • This antenna A3 is intended to communicate with another antenna A4 which in the example of FIG. 3B is identical to it.
  • the antenna A4 comprises a conductor wound on one or more turns B4 and one turn delimits a flat surface S4 in quasi-ring.
  • the slot of the quasi-ring is referenced F4.
  • the antenna A3 is intended to be fixed on another part of the machine (not shown).
  • the antenna A3 may be static or else be able to rotate in rotation in itself in a direction and with a speed which means that a relative movement exists between the two antennas A3, A4.
  • the orthogonal projection of the surface S4 on the surface G3 is substantially coincident with the surface S3.
  • the orthogonal projection of the surface S4 on the surface S3 and the surface S3 substantially coincide.
  • the intersection between the orthogonal projection of the surface S4 and the surface S3 is maximized.
  • These antennas could for example be carried by the flywheels of a machine. These flywheels rotate around the same axis, at different speeds or not, possibly in opposite directions.
  • the communication between the two steering wheels could relate to the regulation of their speeds.
  • FIG. 3C to be read in combination with FIGS. 3A and 3D, there is shown a fixed part 12 of the machine which carries an antenna A5.
  • This A5 antenna is intended to be connected to a box electronics (not shown) to communicate with the electronic device 11 visible in FIG. 3A.
  • the antenna A5 comprises a conductor wound on one or more turns B5 and a turn of the conductor delimits a plane surface S5 in portion of the ring.
  • a conductor wound on one or more turns B5 and a turn of the conductor delimits a plane surface S5 in portion of the ring.
  • it is essentially a half-ring, but the portion could have been larger or smaller.
  • Figure 3D there is shown a superposition of Figures 3A and 3C to give an idea of the relative positioning of the two antennas A3, A5.
  • the movement of the part 10 is a rotational movement on itself illustrated by the arrow, the antenna A3 follows the same movement.
  • the antenna A5 is î ⁇ : ⁇ because rarocr 1- al '-t ⁇ - e Y, its surface S5 remains in a plane substantially parallel to that of the surface S3 of the antenna A3.
  • the orthogonal projection of the surface S5 on the surface S3 is coincident with the surface C ⁇ .
  • lar cortre ⁇ 'antenna A3 and antenna A5 together can move in another movement. It is assumed that the quasi-annular surface S3 and the surface S5 in a semi-ring have substantially the same interior and exterior radii and that they have substantially the same center when the antennas A3, A5 equip the rotating machine. This center corresponds to the center of rotation of the rotating part 10.
  • the orthogonal projection of the surface S5 on the surface S3 is included in the surface S3.
  • FIG. 3E shows that the surface S6 of the antenna A ⁇ is fragmented and comprises several portions S61, S62, S63 linked together since it is formed of a conductor wound on one or more turns. This variant can be applied to the antennas with rectangular section shown in FIGS. 2.
  • FIGS. 4A and 4B the antennas A7, A8, A9, A10 now have curved surfaces.
  • m ⁇ -1 turn B7, B8, B9, B10 of conductor has been shown for each of these antennas A7, A8, A9, AlO respectively, but the multiplication of the number of turns does not pose any problem. .
  • the surface S7, S8, S3, 310 delimited by a turn B7, B8, B9, B10 of conductor is in the form of a quasi-cylinder.
  • quasi-cylinder it is in fact a cylinder split longitudinally because of the path traveled by the driver to achieve a revolution.
  • the antennas are mounted one inside the other, the antenna A8 is inside the antenna A7, the antenna A10 is inside the antenna A9.
  • the two antennas A7, A8 have the same z axis and there is conservation of the common axis during the relative movement.
  • the antenna A9 is mounted around the axis z and the antenna AlO around the axis z '.
  • the two axes z, z ' are distinct and substantially parallel. The distance between the two axes z, z 'remains substantially constant during the movement.
  • the two surfaces S7, S8 define quasi-cylinders of substantially similar diameters, the orthogonal projection of one of the surfaces, for example S8 on the other surface S7 coincides with the surface S7 and their intersection is then maximum.
  • the internal antenna A8, A10 could be carried by a shaft and the external antenna A7, A9 could be fixed on the internal surface of a ring or a sleeve. The shaft and / or the ring (or the sleeve) could rotate.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Il s'agit d'un dispositif de transmission de signaux, par couplage inductif, entre deux objets (M1, M2) sans contact, en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, comportant une antenne (A1 ; A2) solidaire de chacun des objets (M1, M2), chaque antenne (A1 ; A2) comportant un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours (B1 ; B2), caractérisé en ce que les positions relatives des antennes (A1 ; A2) devant être couplées sont sensiblement globalement invariantes au cours du mouvement relatif, cette invariance globale se traduisant par la formule (I) sensiblement constante avec dx élément du conducteur de l'une des antennes (A1), dy élément du conducteur de l'autre antenne (A2), Dxy distance entre l'élément dx et l'élément dy, cx contour de l'une des antennes (A1) et cy contour de l'autre antenne (A2), le contour d'une antenne étant défini comme étant la longueur totale du conducteur de l'antenne.

Description

DISPOSITIF DE TRANSMISSION DE SIGNAUX ENTRE DEUX OBJETS SANS CONTACT EN MOUVEMENT RELATIF L'UN PAR RAPPORT A
L'AUTRE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative au domaine de la transmission de signaux entre deux objets sans contact, en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre. La transmission de signaux peut permettre d'alimenter en énergie l'un des objets à l'aide de l'autre et/ou d'échanger des données entre les deux objets .
Comme application possible, on peut penser par exemple, pour augmenter la sécurité, à un échange de signaux entre un caυteur de pression ou autre place sur une porte telle qu' une porte α' ascenseur ou une porte de garage et un système électronique de commande placé à proximité de son encadrement ou du sol. Ici la communication doit pouvoir se faire quelle que soit la position de la porte.
Au sein d'une machine, il peut être aussi nécessaire que deux pièces animées d'un mouvement relatif l'une par rapport à l'autre échangent des informations en continu quelles que soient leurs positions .
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Actuellement il existe des dispositifs de transmission de signaux entre deux objets sans contact qui utilisent le principe du couplage inductif. Chacun des objets est équipé d'un enroulement et la transmission se fait par le couplage mutuel entre les deux enroulements. Il est alors possible d'alimenter en énergie à distance l'un des deux objets à partir de l'autre et de réaliser un échange de données entre les deux objets de manière bidirectionnelle. Mais bien souvent les deux objets sans contact sont fixes et le couplage est même parfois rapproché. On peut penser aux distributeurs de billets accueillant des cartes à puce sans contact.
Dans d'autres applications telles que celles qui utilisent des badges de contrôle d'accès ou des étiquettes antivol, les objets devant communiquer sont en mouvement relatif mais ces objets ne peuvent communiquer entre eux que lorsqu' ils sont dans une position adéquate l'un par rapport à l'autre, ce qui ne peut se faire que ponctuellement durant un temps court. Pendant ce temps de communication, les deux objets proches l'un de l'autre peuvent être assimilés à des oojets fixes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Dans les applications envisagées pour le dispositif de l'invention, l'échange de signaux entre les deux objets en mouvement relatif l'un par rapport a l'autre, doit pouvoir se faire pratiquement quelles que soient les positions des objets, ainsi l'échange peut avoir lieu, de manière continue, pendant un temps bien plus long que celui autorisé par les dispositifs de l'art antérieur. De plus on cherche à garder une puissance de transmission sensiblement constante pendant le fonctionnement et à avoir une qualité de transmission la plus constante possible.
Pour y parvenir la présente invention est un dispositif de transmission de signaux, par couplage inductif, entre deux objets sans contact, en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, comportant une antenne solidaire de chacun des objets, chaque antenne comportant un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours. Les positions relatives des antennes devant être couplées sont sensiblement globalement invariantes au cours du mouvement relatif, cette invariance globale se traduisant par :
H dx - dy . , , sens iblement constante
Dxy ex cy
avec dx élément du conducteur de l'une des antennes, dy élément du conducteur de l'autre antenne, Dxy distance entre l'élément dx et l'élément dy, ex contour de l'une des antennes et cy contour de l'autre antenne, le contour d'une antenne étant défini comme étant la longueur totale du conducteur de l'antenne.
Lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes et que l'une des antennes présente une dimension qui est grande devant celles de l'autre antenne, l'invariance globale se traduit par le fait que le mouvement relatif se fait selon un axe sensiblement parallèle à la grande dimension .
Lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes et que l'une des antennes présente une géométrie invariante par rotation autour d'un centre, l'invariance globale se traduit par le fait que le mouvement relatif se fait autour du centre .
Lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes, on peut définir une surface pour chaque antenne par la surface délimitée par un tour de son conducteur. L'invariance globale se traduit par le fait que la projection orthogonale de la surface d'une antenne sur la surface de l'autre antenne et la surface de l'autre antenne ont une intersection qui reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif et par le fait que le mouvement relatif se fait dans un plan sensiblement parallèle à la surface de l'une des antennes.
Lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces quasi cylindriques, on peut définir une surface quasi cylindrique pour chaque antenne par la surface délimitée par un tour de son conducteur, l'invariance globale se traduit par le fait que la projection orthogonale de la surface d'une antenne sur la surface de l'autre antenne et la surface de l'autre antenne ont une intersection qui reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif et par le fait que la distance entre les axes des surfaces quasi cylindriques de chacune des antennes reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif.
Pour que le couplage entre les deux antennes soit le meilleur possible, il est avantageux que la projection orthogonale de la surface d'une antenne sur la surface de l'autre antenne coïncide sensiblement avec la surface de l'autre antenne, la surface d'une antenne étant définie comme la surface délimitée par un tour de son conducteur. On peut envisager qu'un tour de conducteur d'une des antennes délimite une surface morcelée en plusieurs portions reliées entre elles. Les contraintes géométriques de l'environnement imposent parfois des géométries complexes non réalisables par une surface simple.
Les tours de conducteur peuvent prendre des formes très variées. Un tour de conducteur peut délimiter une surface quasi annulaire ou une surface quasi cylindrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre îllustratif et non limitatif.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en perspective d' un dispositif selon l'invention.
Les figures 2A à 2C illustrent différentes configurations d'antennes adaptées pour un mouvement linéaire .
Les figures 3A à 3E illustrent différentes configurations d'antennes de surface plane adaptées pour un mouvement rotatif. Les figures 4A et 4B illustrent différentes configurations d' antennes d- surface courbe adaptées pour u mouvement rotatif.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère à l'exemple de la figure 1. On a représenté avec la référence Ml un premier objet et avec la référence M2 un second objet. Ces objets Ml, M2 sont animés d'un mouvement relatif l'un par rapport a l'autre. Dans l'exemple, on suppose que le premier objet Ml est fixe par rapport au second objet M2 qui lui est mobile. Le second objet M2 a d'ailleurs été représenté trois fois, dans trois positions successives qu' il est susceptible de prendre lors de son déplacement. On suppose qu'il effectue un mouvement rectiligne de va et vient selon l'axe AA. Les deux objets Ml, M2 peuvent en outre être entraînés ensemble dans un même mouvement. Le dispositif de transmission de signaux par couplage inductif, objet de l'invention, comporte une antenne Al bobinée solidaire du premier objet Ml et une antenne A2 bobinée solidaire du second objet M2. Dans l'exemple de la figure 1, chaque antenne Al, A2 est formée d'un conducteur Cl, C2 enroulé sur un ou plusieurs tours Bl, B2. Le conducteur électrique Cl de l'antenne Al ne fait qu'un seul tour Bl, le conducteur C2 de l'antenne A2 en fait plusieurs omtifs. Il est bien entendu que le conducteur Cl pourrait en faire plusieurs, que le conducteur C2 pourrait en faire un seul et que si les deux conducteurs en font plusieurs, leurs nombres peuvent être égaux ou différents. Pour que la transmission de signaux entre les deux objets Ml, M2 puisse se faire de manière constante et optimale au cours du mouvement relatif, il faut que le coefficient de couplage entre les deux antennes Al, A2 reste sensiblement constant pendant le mouvement relatif. Le coefficient de couplage entre deux antennes est une grandeur qui dépend uniquement de la forme des antennes, de leur distance et de la nature magnétique des matériaux présents dans l'environnement de ces antennes. Si on fait l'hypothèse que l'environnement est homogène alors seules la structure et la forme des antennes sont significatives.
L'influence mutuelle entre conducteurs Cl, C2 dépend de l'inverse de leur distance et donc décroît très rapidement en fonction de celle-ci. Cela signifie que lorsque l'une Al des antennes a une dimension beaucoup plus grande que celles de l'autre antenne A2, ce qui est le cas de la configuration de la figure 1, seuls les éléments de conducteur dx, dy respectifs au voisinage l'un de l'autre auront un apport significatif sur le couplage. En conséquence, pour conserver un couplage sensiblement constant entre les deux antennes, il faut que leurs positions relatives au cours du mouvement relatif soient sensiblement globalement invariantes et cette invariance globale se traduit par :
ement constante
Figure imgf000009_0001
avec dx élément du conducteur de l'une des antennes Al, dy élément du conducteur de l'autre antenne A2, Dxy distance entre l'élément dx et l'élément dy, ex contour de l'une des antennes Al et cy contour de l'autre antenne A2 , le contour d'une antenne étant défini comme étant la longueur totale du conducteur Cl, C2 de l'antenne.
Ainsi en combinant certaines formes d'antennes et certains mouvements cette invariance globale s'obtient aisément.
Le fait de conserver cette invariance globale est une garantie que la transmission de signaux entre les objets n'est pas affectée par le mouvement relatif .
Les signaux peuvent véhiculer des données entre un objet et l'autre, par exemple des valeurs de mesures délivrées par un capteur porté par un des objets, à acheminer vers l'autre objet, des données contenues dans une mémoire dont est doté l'un des objets ou être des signaux d'alimentation électrique pour alimenter au moins un organe d'un des objets. Tout mouvement peut être décomposé en une translation et/ou une rotation. Il existe seulement deux cas pouvant se combiner.
Lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes et que l'une des antennes présente une dimension qui est grande devant celles de l'autre antenne, pour conserver l'invariance globale, un mouvement autorisé est une translation selon un axe sensiblement parallèle à la grande dimension.
Dans l'exemple de la figure 1, les antennes ont des formes géométriques simples et sensiblement planes .
Le conducteur électrique Cl de l'antenne Al formant un tour complet Bl délimite une première surface SI, représentée ici plane et rectangulaire. Le conducteur électrique C2 de la seconde antenne A2 délimite une seconde surface S2, représentée ici plane et rectangulaire. Pour simplifier, dans la suite, on va assimiler la surface délimitée par un tour de conducteur à la surface de l'antenne correspondante. La surface de l'antenne Al se confond donc avec la première surface SI tandis que la surface de la seconde antenne A2 se confond avec la seconde surface S2. L'antenne Al possède une dimension Ll qui est grande devant celles de l'antenne A2.
Cette dimension correspond à la longueur de la surface SI. Les dimensions de l'antenne A2 correspondent à la largeur et la longueur de la surface S2.
L' invariance globale du couplage se traduit par le fait que le mouvement relatif s'effectue selon un axe AA sensiblement parallèle à la grande dimension Ll de l'antenne Al. Cet axe AA est matérialisé par la double flèche. Cette contrainte maintient constante la distance entre les antennes Al, A2.
En projetant orthogonalement la seconde surface S2 sur la première surface SI on obtient une surface projetée S2' . La projection S2' de la seconde surface et la première surface SI, ont une intersection qui reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif.
De plus, le mouvement s'effectue dans un plan sensiblement parallèle au plan de l'une des antennes Al. Le fait d'avoir un mouvement relatif dans un plan sensiblement parallèle au plan de l'une des antennes et de conserver une intersection sensiblement constante permet que le coefficient de couplage entre les deux antennes soit aussi sensiblement constant, ce qui est une garantie que la transmission de signaux n'est pas affectée par le mouvement.
Dans l'exemple décrit, la projection S2' de la seconde surface est totalement incluse dans la première surface SI, l'intersection entre S2' et SI est donc égale à ladite projection S2'. D'autres configurations sont possibles comme on le verra ultérieurement .
Sur la figure 1, la seconde surface S2 est dans un plan sécant par rapport au plan de la première surface SI. La projection S2' de la seconde surface n'a pas la même taille que la seconde surface S2, elle est plus petite.
Lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes et que l'une des antennes présente une géométrie invariante par rotation autour d'un point, pour conserver l'invariance globale, un mouvement autorisé est une rotation autour du centre de rotation.
Par exemple, l'antenne A2 pourrait être entraînée en rotation sur elle-même, son plan conservant une même inclinaison par rapport au plan de la première antenne Al au cours du mouvement. De plus, la distance J entre son centre de rotation 0 et la surface SI de la première antenne Al reste sensiblement constante au cours du mouvement. Ces références sont reportées dans l'environnement de l'antenne A2 dans sa position de droite sur la figure 1. Dans cet exemple le centre de rotation 0 est son centre de symétrie.
Il en serait de même si l'antenne avait été circulaire ou en quasi-anneau.
Bien entendu, le mouvement relatif peut être une combinaison d' un mouvement en translation et d'un mouvement en rotation.
Lorsque les deux antennes Al, A2 ont des dimensions nettement différentes, comme c'est le cas dans l'exemple de la figure 1, il est préférable que la projection orthogonale S2' de la surface S2 de la seconde antenne A2 reste, au cours du mouvement relatif, dans une zone centrale ZD de déplacement αe la surface SI pour que le couplage soit sensiblement constant .
On va voir maintenant différentes configurations possibles pour les antennes du dispositif conforme à l'invention. En général, les antennes possèdent des symétries, ce qui facilite la détermination des mouvements appropriés.
Sur la figure 2A, on a représenté en vue de dessus les antennes Al, A2 des deux objets devant communiquer à distance mais les objets ne sont pas représentés. Chacune des antennes comporte un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours Bl, B2 et ces tours sont sensiblement plans. On suppose que l'objet portant l'antenne A2 est animé d'un mouvement en translation et que l'autre objet est fixe. Un tour du conducteur de la première antenne Al délimite une première surface Si rectangulaire dont la longueur Ll est beaucoup plus grande que la largeur. Un tour du conducteur de la seconde antenne A2 délimite une seconde surface S2 également rectangulaire dont la longueur L2 est sensiblement parallèle a la longueur Ll de la première surface SI.
La seconde surface S2, au cours de son mouvement, reste dans un plan sensiblement parallèle a celui de la première surface Si. La largeur de la seconde surface S2 est sensiblement la même que celle de la première surface SI, elle aurait pu être un peu plus petite. Le mouvement de translation dont est animée la seconde antenne A2 est dirige sensiblement selon la longueur Ll de la seconde surface S2. La longueur Ll est grande devant la longueur L2.
Puisque le déplacement de la seconde antenne A2 se fait dans un plan, la projection de la seconde surface S2 orthogonalement sur la première surface SI a la même taille que la seconde surface S2.
Au premier ordre, l'amplitude maximale du mouvement est égale, dans ce cas, a la
Figure imgf000013_0001
entre _a longueur Ll de la pre~ι_ere sir ace SI et la longueur de la projection de la seconde surface S2 qui est aussi la longueur L2 de la seconde surface.
La figure 2B est comparable à la figure 2A, la seule différence est qu'un tour B2 de conducteur de la seconde antenne A2 délimite une seconde surface S2 qui est maintenant circulaire au lieu d'être rectangulaire. L'antenne A2 pourrait être animée d'un mouvement en rotation autour de son centre de symétrie.
Des combinaisons de mouvements sont bien sûr possibles.
Une antenne circulaire en rotation autour de son centre de symétrie garde un coefficient de couplage constant avec toute autre antenne de géométrie quelconque fixe.
Sur la figure 2C la première antenne Al est comparable à celle de la figure 2A mais la seconde antenne A2 est animée d'un mouvement linéaire qui peut se décomposer sur deux axes orthogonaux x, y. Les surfaces SI, S2 des antennes Al, A2 respectives sont planes et rectangulaires.
Le déplacement de l'objet (non représenté) est tel que les deux surfaces SI, S2 restent sensiblement parallèles. La seconde surface S2 se confond avec sa projection orthogonale sur la première surface SI.
Mais maintenant la projection orthogonale de la seconde surface S2 sur la première surface SI n'est pas totalement incluse dans la première surface SI. La largeur 12 de la seconde surface S2 est sensiblement parallèle à la longueur Ll de la première surface SI.
Au premier ordre, le débattaient '°a.-ιmum ce l'objet mobile support de l'antenne A2 est selon l'axe x de Ll - 12 et selon l'axe y de L2 - 11.
On va voir maintenant, en se retirant aux figures 3A à 32, αes exemples αe dispositif selon l'invention dans lesquels le mouvement relatif est une rotation. Ces dispositifs peuvent s'appliquer plus particulièrement aux domaines des machines tournantes.
Sur la figure 3A, on a représenté une coupe partielle d'une pièce 10 devant se déplacer en rotation sur elle-même. Une antenne A3 et un dispositif électronique 11 par exemple un capteur ou un actionneur sont connectés ensemble et sont solidaires de la pièce 10 rotative. L'antenne A3 comporte un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours B3 et un tour du conducteur délimite une surface S3 plane en forme de quasi-anneau. Le terme quasi-anneau est employé du fait que la surface délimitée par un tour de conducteur est en fait un anneau fendu. Cette fente F3 est due aux chemins radiaux parcourus par le conducteur pour réaliser un tour complet. Cette antenne A3 est destinée à communiquer avec une autre antenne A4 qui dans l'exemple de la figure 3B lui est identique. L'antenne A4 comporte un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours B4 et u n tour délimite une surface plane S4 en quasi-anneau. L a fente du quasi-anneau est référencée F4. L'antenne A3 est destinée à être fixée sur une autre pièce de la machine (non représentée). L'antenne A3 peut être statique ou bien être mobile en rotation sur elle-même dans un sens et avec une vitesse qui font qu'un mouvement relatif existe entre les deux antennes A3, A4.
Au cours du déplacement relatif, les surfaces S3, S4 restent dans d~s plans ε=. s_olement parallèles et la distance entre les plans reste sensiblement constante.
La projection orthogonale de la surface S4 sur la surface G3 est sensiblement confondue avec la surface S3. La projection orthogonale de la surface S4 sur la surface S3 et la surface S3 coïncident substantiellement. L'intersection entre la projection orthogonale de la surface S4 et la surface S3 est maximisée. Cette configuration permet d'obtenir le meilleur couplage possible. Ces antennes pourraient par exemple être portées par les volants d'une machine. Ces volants tournent autour d'un même axe, à des vitesses différentes ou non, éventuellement dans des sens opposés. La communication entre les deux volants pourrait être relative à la régulation de leurs vitesses .
Sur la figure 3C à lire en combinaison avec les figures 3A et 3D, on a représenté une partie fixe 12 de la machine qui porte une antenne A5. Cette antenne A5 est destinée à être reliée à un boîtier électronique (non représenté) devant communiquer avec le dispositif électronique 11 visible sur la figure 3A.
L'antenne A5 comporte un conducteur enroule sur un ou plusieurs tours B5 et un tour du conducteur délimite une surface S5 plane en portion d'anneau. Ici il s'agit sensiblement d'un demi-anneau, mais la portion aurait pu être plus grande ou plus petite.
Sur la figure 3D, on a représenté une superposition des figures 3A et 3C pour donner une idée du positionnement relatif des deux antennes A3, A5.
Le mouvement de la pièce 10 est un mouvement de rotation sur elle-même illustre par la flèche, l'antenne A3 suit le même mouvement. L'antenne A5 est îι :< ≈ car rarocr1- a l' -t≈--e Y, sa surface S5 reste dans un plan sensiblement parallèle à celui de la surface S3 de l'antenne A3. La projection orthogonale de la surface S5 sur la surface S3 est confondue avec la surface CΞ. lar cortre ± ' antenne A3 et l'antenne A5 ensemble peuvent se déplacer selon un autre mouvement. On suppose que la surface S3 quasi annulaire et la surface S5 en αemi anneau ont sensiblement les mêmes rayons intérieurs et extérieurs et qu'elles ont sensiblement le même centre lorsque les antennes A3, A5 équipent la machine tournante. Ce centre correspond au centre de rotation de la pièce tournante 10.
La projection orthogonale de la surface S5 sur la surface S3 est incluse dans la surface S3.
L'intersection entre la projection de la surface S5 sur la surface S3 et la surface S3 coïncide avec la surface S5 et elle reste bien sensiblement constante au cours de la rotation. Les deux surfaces S3 et S5 restent dans des plans sensiblement parallèles pendant le mouvement et la distance qui les sépare reste également sensiblement constante. D'autres formes sont possibles pour l'une ou l'autre des antennes. La figure 3E montre que la surface S6 de l'antenne Aβ est morcelée et comporte plusieurs portions S61, S62, S63 reliées entre elles puisqu'elle est formée d'un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours. Cette variante peut s'appliquer aux antennes à section rectangulaire représentées aux figures 2.
Toutes les configurations qui viennent d'être décrites portaient sur des surfaces d'antennes planes .
Sur les figures 4A et 4B, les antennes A7 , A8, A9, AlO présentent maintenant des surfaces courbes. Sur ces figures, on n'a représenté qu' m ε -1 tour B7, B8, B9, B10 de conducteur pour chacune de ces antennes A7, A8, A9, AlO respectivement mais la multiplication du nombre de tours ne pose pas de problème.
La surface S7, S8, S3, 310 délimitée par un tour B7, B8, B9, B10 de conducteur est en forme de quasi-cylindre. Ici aussi on parle de quasi-cylindre, il s'agit en fait de cylindre fendu longitudinalement à cause du chemin parcouru par le conducteur pour réaliser un tour.
Sur les figures 4A, 4B les antennes sont montées l'une dans l'autre, l'antenne A8 est à l'intérieur de l'antenne A7, l'antenne A10 est à l'intérieur de l'antenne A9. Sur la figure 4A, les deux antennes A7 , A8 ont le même axe z et il y a conservation de l'axe commun au cours du mouvement relatif. Sur la figure 4B, l'antenne A9 est montée autour de l'axe z et l'antenne AlO autour de l'axe z' . Les deux axes z, z' sont distincts et sensiblement parallèles. La distance entre les deux axes z, z' reste sensiblement constante au cours du mouvement. Si les deux surfaces S7, S8 définissent des quasi-cylindres de diamètres sensiblement voisins, la projection orthogonale de l'une des surfaces, par exemple S8 sur l'autre surface S7 coïncide avec la surface S7 et leur intersection est alors maximale. Avec de telles configurations, l'antenne intérieure A8, AlO pourrait être portée par un arbre et l'antenne extérieure A7, A9 pourrait être fixée sur la surface interne d'une bague ou d'un manchon. L'arbre et/ou la bague (ou le manchon) pourraient tourner.
Un déplacement en translation le long d'un des axes z ou z' serait possible, une combinaison translation-rotation peut bien sur être envisagée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de transmission de signaux, par couplage inductif, entre deux objets (Ml, M2) sans contact, en mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, comportant une antenne (Al ; A2 ) solidaire de chacun des objets (Ml, M2 ) , chaque antenne (Al ; A2 ) comportant un conducteur enroulé sur un ou plusieurs tours (Bl ; B2), caractérisé en ce que les positions relatives des antennes (Al ; A2) devant être couplées sont sensiblement globalement invariantes au cours du mouvement relatif, cette invariance globale se traduisant par :
f cdx - dy . , , sensiblement constante
J J Dxy ex cy
avec dx élément du conducteur de l'une des antennes (Al), dy élément du conducteur de l'autre antenne (A2) , Dxy distance entre l'élément dx et l'élément dy, ex contour de l'une des antennes (Al) et cy contour de l'autre antenne (A2), le contour d'une antenne étant défini comme étant la longueur totale du conducteur de l'antenne.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes et que l'une des antennes (Al) présente une dimension (Ll) qui est grande devant celles de l'autre antenne (A2) , l'invariance globale se traduit par le fait que le mouvement relatif se fait selon un axe (AA) sensiblement parallèle à la grande dimension (Ll) de 1' antenne (Al) .
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes et que l'une des antennes (A2) présente une géométrie invariante par rotation autour d'un centre (0), l'invariance globale se traduit par le fait que le mouvement relatif se fait autour du centre de rotation (0) .
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque les tours de conducteur délimitent des surfaces sensiblement planes (SI, S2), la surface d'une antenne étant la surface délimitée par un tour de son conducteur, l'invariance globale se traduit par le fait que la projection orthogonale de la surface (S2) d'une antenne (A2) sur la surface (SI) de l'autre antenne (Al) et la surface (SI) de l'autre antenne (Al) ont une intersection qui reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif et par le fait que le mouvement relatif se fait dans un plan sensiblement parallèle à la surface de l'une des antennes.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, chaque antenne possède une surface qui est définie comme la surface délimitée par un tour de son conducteur, la projection orthogonale de la surface (S3) d'une antenne (A3) sur la surface (S4) de l'autre antenne (A4) coïncide sensiblement avec la surface (S4) de l'autre antenne (A4 ) .
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface (Sβ) délimitée par un tour de conducteur est morcelée en plusieurs portions (Sβl, S62, S63) reliées entre elles .
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface
(S3) délimitée par un tour de conducteur est quasi annulaire
8. Dispositif selon l'une des revendications 1, 5 ou 6, caractérisé en ce que la surface (S7) délimitée par un tour de conducteur est quasi cylindrique.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque antenne possède une surface définie comme la surface délimitée par un tour de son conducteur, l'invariance globale se traduisant par le fait que la projection orthogonale de la surface
(S8) d'une antenne (A8) sur la surface (S7) de l'autre antenne (A7) et la surface (S7) de l'autre antenne ont une intersection qui reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif et par le fait que la distance entre les axes (z, z' ) des surfaces cylindriques de chacune des antennes (A7, A8 ) reste sensiblement constante au cours du mouvement relatif.
PCT/FR2002/001427 2001-04-27 2002-04-25 Dispositif de transmission de signaux entre deux objets sans contact en mouvement relatif l"un par rapport a l"autre Ceased WO2002089354A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR01/05709 2001-04-27
FR0105709 2001-04-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2002089354A1 true WO2002089354A1 (fr) 2002-11-07

Family

ID=8862778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2002/001427 Ceased WO2002089354A1 (fr) 2001-04-27 2002-04-25 Dispositif de transmission de signaux entre deux objets sans contact en mouvement relatif l"un par rapport a l"autre

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2002089354A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8022810B2 (en) 2004-09-27 2011-09-20 Commissariat A L'energie Atomique Contactless privacy protection device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3598923A (en) * 1969-04-21 1971-08-10 Educational Service Programs I Transmitting antenna system for audio induction communication system
GB1318206A (en) * 1970-03-23 1973-05-23 Ass Eng Ltd Inductive coupling
DE3402351A1 (de) * 1984-01-24 1985-07-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Einrichtung zur kontaktlosen uebertragung von wechselspannungen zwischen zwei relativ zueinander um eine achse drehbaren maschinenteilen
DE19832911A1 (de) * 1998-07-22 2000-02-10 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3598923A (en) * 1969-04-21 1971-08-10 Educational Service Programs I Transmitting antenna system for audio induction communication system
GB1318206A (en) * 1970-03-23 1973-05-23 Ass Eng Ltd Inductive coupling
DE3402351A1 (de) * 1984-01-24 1985-07-25 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Einrichtung zur kontaktlosen uebertragung von wechselspannungen zwischen zwei relativ zueinander um eine achse drehbaren maschinenteilen
DE19832911A1 (de) * 1998-07-22 2000-02-10 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8022810B2 (en) 2004-09-27 2011-09-20 Commissariat A L'energie Atomique Contactless privacy protection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1315913A1 (fr) Dispositif de palier a roulement instrumente, notamment pour volant de commande
FR2549955A1 (fr) Capteur de deplacement angulaire, notamment pour la detection du couple dans les directions assistees
EP1330630B1 (fr) Palier a roulement instrumente pour volant de commande
FR2837985A1 (fr) Antenne receptrice morcelee
CA1331693C (fr) Capteur de direction de l&#39;ecoulement de l&#39;air, comportant un dispositif electromagnetique d&#39;amortissement
WO2002089354A1 (fr) Dispositif de transmission de signaux entre deux objets sans contact en mouvement relatif l&#34;un par rapport a l&#34;autre
FR2801969A1 (fr) Capteur analogique de decalage angulaire sans contact
FR2685567A1 (fr) Rotor de machine magneto-dynamique presentant au moins une zone aimantee et machine magneto-dynamique, comme un moteur sans collecteur, ainsi equipee.
WO2007051922A1 (fr) Document a microcircuit electronique sans contact et capteur de proximite
EP0845097B1 (fr) Bobine de deminage et dispositif de deminage en faisant application
WO2001094133A2 (fr) Ensemble a roue munie d&#39;un capteur de pression
EP0547935A1 (fr) Dispositif de mesure de la position angulaire instantanée d&#39;un rotor d&#39;une machine électrodynamique
FR2626363A1 (fr) Dispositif pour detecter au moins une variable relative au deplacement d&#39;un mobile
EP0920634B1 (fr) Dispositif moteur a commande electromagnetique, notamment logometre
FR2577666A1 (fr) Dispositif de mesure de deplacement a roue codee
EP0683899A1 (fr) Unite de transfert de donnees a distance et transpondeur correspondant
FR2502404A1 (fr) Dispositif de montage articule, notamment d&#39;un sous-ensemble de satellite artificiel
EP0629027A1 (fr) Contacteur électrique tournant
EP1029226B1 (fr) Dispositif de mesure d&#39;un couple de torsion sur un element mecanique
FR3028099A1 (fr) Dispositif d&#39;orientation d&#39;un element mobile du type plateau d&#39;antenne
WO2003107255A1 (fr) Dispositif de controle et / ou de surveillance utilisant une etiquette electronique, un lecteur et un encodeur d&#39;etat
EP0696720B1 (fr) Capteur pendulaire à rotation illimitée selon son axe de roulis
FR2783483A1 (fr) Systeme a capteur d&#39;angle, notamment pour colonne de direction de vehicule automobile
FR2829574A1 (fr) Capteur de la position d&#39;un objet mobile, sur une trajectoire rectiligne
FR2894341A1 (fr) Dispositif electromecanique comportant un element pouvant tourner autour d&#39;au moins un premier et un deuxieme axe de rotation

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase