De nos jours, la transmission d'énergie sans fil s'impose de plus en plus comme une révolution technologique disruptive pour les industriels et fabricants de tout secteurs. Cette innovation ouvre de nouvelles perspectives dans la conception de produits pour rendre :
les robots plus autonomes,
les installations médicales mobiles plus efficaces, sécurisées et hygiéniques,
la mobilité plus pratique, plus sûre et plus ergonomique.
Mais comment fonctionnent ses technologies ? Quels sont leurs avantages ? Leurs inconvénients ? Et surtout comment choisir la bonne pour votre activité ?
Pour vous aider à comprendre les enjeux stratégiques liés à la transmission sans fil, voici le plan que nous vous proposons :
Principe de fonctionnement de la Transmission d’Énergie Sans Fil (TESF)
Découverte par Michael Faraday et Nikola Tesla au XIX-XXe siècle, la Transmission d’Energie Sans Fil repose sur un principe simple : l’onde électromagnétique. Celle-ci est émise par un émetteur et réceptionnée ensuite par un récepteur pour être convertie en courant électrique.
Aujourd’hui, plusieurs variations de ce principe existent :
1. La TESF par ondes radio (ou radiofréquence) : des ondes électromagnétiques sont envoyées à haute fréquence, afin de transmettre un signal sur de longues distances. Cependant, le signal s'affaiblit avec la distance qu’il parcourt et peut causer des effets négatifs sur la santé (voire la réglementation européenne).
2. La TESF par micro-ondes : cette technologie envoie des faisceaux concentrés de micro-ondes, ondes de fréquence plus élevées que les ondes radio (généralement entre 300 MHz et 300 GHz). Ce procédé a les mêmes propriétés que la TESF par radiofréquence, mais de manière décuplée.
3. La TESF par couplage magnétique : un courant circule dans une bobine émettrice, créant un champ magnétique oscillant. Lorsqu’une bobine réceptrice est placée à proximité du champ magnétique émis, un courant électrique lui est induit. Cette technologie est efficace pour le transfert d’énergie à courte distance et communément utilisée dans les chargeurs de téléphones mobiles par exemple. Elle préserve l’intégrité des biens et des personnes autour.
Il existe tout de même d’autres approches non-électromagnétiques, comme le couplage capacitif ou électrostatique. Le principe repose sur le transfert d’électrons d’une plaque métallique (primaire) à une autre (secondaire), lorsqu’on y applique un courant alternatif. Cette circulation d’électrons provoque un rééquilibrage de la plaque secondaire, traductible en un courant électrique. Ce système peu cher est idéal pour la transmission de petites puissances. Cependant, ces technologies restent minoritaires et sont sensibles aux interférences électromagnétiques.
Tableau comparatif des différentes technologies de TESF
Méthode | Fréquence | Portée | Efficacité | Avantages | Inconvénients |
Ondes radio | 3 kHz - 300 MHz | Grande | Faible à moyenne | - Grande portée - Traverse les obstacles - Flexibilité de positionnement | - Faible efficacité sur de longues distances - Sensibilité aux interférences - Risques pour la santé à haute puissance |
Micro-ondes | 300 MHz - 300 GHz | Très grande | Moyenne à élevée | - Très longue portée - Transmission unidirectionnelle - Efficace pour les hautes puissances | - Nécessite une ligne de vue directe - Risques pour la santé à haute puissance |
Couplage magnétique | 10 kHz - 1 MHz | Faible | Élevée | - Haute efficacité à faible distance - Sans risques pour la santé | - Portée limitée (quelques cm à quelques m) - Alignement précis nécessaire |
Couplage capacitif | 10 kHz - 10 MHz | Très faible | Élevée | - Compact - Peu coûteux - Efficace pour les faibles puissances | - Portée très limitée (quelques mm à quelques cm) - Sensible aux interférences |
Bien comprendre la TESF par couplage magnétique, la référence actuelle
Comme suggéré par le tableau ci-dessus, le couplage magnétique est la technique la plus efficace à courte distance, tout en étant fiable et sécurisée pour les utilisateurs. Ainsi, elle s’avère idéale pour supprimer les câbles dans les dispositifs de chargement de batteries notamment et lever ainsi les limites de l’utilisation des équipements mettant en œuvre un tel dispositif de stockage d’énergie.
Les applications pour la recharge de robots dans l’industrie (AGV, AMR et LGV) par exemple, permettent l’optimisation de l’utilisation de ces équipements qui peuvent être chargés lors de temps morts, sans intervention humaine, et être rendus ainsi encore plus autonomes (voire totalement).
Les flottes de vélos ou trottinettes électriques n’ont plus besoin d’être récoltées et dispatchées manuellement. Leurs chargeurs peuvent être directement intégrés dans les bornes ou autres stations d’accueil où ils sont déposés post-utilisation.
Automatiser la recharge du mobilier médical électrique permet notamment de dégage du temps au personnel soignant et améliorer la sécurité et l’hygiène du produit.
Zoom sur l’optimisation de la TESF grâce à la résonance
La résonance magnétique permet de réduire les pertes liées à la transmission d’énergie entre la bobine émettrice et la bobine réceptrice. Ces pertes génèrent un échauffement du système. En les réduisant, on va ainsi pouvoir augmenter la puissance transmise.
En effet, la résonance magnétique permet d’avoir une efficacité d’émission optimale. Deux manières existent pour y parvenir : la résonance en série et la résonance en parallèle. L’une permet de transmettre un maximum de puissance et l’autre tolère des imperfections de la fréquence (liées par exemple à la distance ou aux interférences).
La capacité à combiner ces deux types de résonance permet d'obtenir un système performant et optimisé.
Conclusion
Pour vos projets de passage au sans fil, veillez à choisir une technologie de TESF par couplage magnétique tirant parti de la double résonance magnétique. Cela vous permettra entre autres de bénéficier d’une souplesse d’utilisation optimale de la technologie sans fil mais aussi de réaliser des économies d’énergie sur le long terme grâce à un système optimisé.
TESC Innovation se fera un plaisir de vous accompagner lors de cette transition !
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