Transmission d'énergie par induction

[Metanima]

Bonjour à tous,

Je suis en dernière année d'études d'ingénieur et en stage de fin d'études. Je dois designer un système de transmission d'énergie sans fil par induction électromagnétique en partant de rien.
Globalement, je dois convertir un courant continu donné par une alimentation 24V DC en courant alternatif (peu importe la forme du signal, l'induction marchera quand même). Ce courant passe ensuite par la bobine primaire et ressort de la secondaire par induction. Là, je dois redresser la tension pour pouvoir alimenter un moteur CC avec une tension de 6V DC et un courant d'environ 500mA.
J'ai déjà désigné un oscillateur Colpitts afin de générer une sinusoïde à 100kHz avec une tension peak to peak d'environ 20 Volts. J'ai réussi à faire fonctionner l'induction, malheureusement je rencontre plusieurs problèmes à l'étage secondaire du circuit.
En effet, mon oscillateur ne me permet déjà pas d'obtenir une puissance suffisante pour mon système, j'ai 200-300 mA en sortie en ayant dimensionné mes résistances avec les valeurs les plus faibles possibles pour augmenter le courant tout en faisant fonctionner l'oscillateur. Sachant qu'il y a forcément des pertes avec l'induction, ce ne sera jamais assez pour le moteur. Je veux donc amplifier le signal que j'obtiens, j'avais pensé à utiliser un transistor de puissance Mosfet mais jusque là sans succès (j'ai essayé de l'utiliser mode source commun et drain commun). Je n'y connaissais pas grand chose en transistors et en analyse petits signaux donc je n'avais pas adapté l'impédance entre l'oscillateur et l'amplificateur, je voulais donc mettre un AOP en montage suiveur entre les deux pour pallier ce problème. Est-ce que ce sera suffisant ?
Du coup, si vous avez une idée pour amplifier correctement mon courant, si possible en utilisant toujours l'alim de 24V DC et en utilisant des transistors bipolaires ou des mosfets, je suis preneur.
Je pense être capable de résoudre mes autres problèmes par moi-même, j'ai donc vraiment besoin de vous sur cette histoire d'amplification de courant. Sachant qu'une distorsion importante ne me dérange pas, j'imagine qu'il doit y avoir des montages accessibles pour ma situation.
Je suis aussi tout à fait ouvert aux autres propositions pour remplacer mon oscillateur colpitts par un convertisseur DC-AC qui me permettrait de générer plus de puissance, par exemple en générant un signal carré...

En vous remerciant d'avance pour votre aide, je vous mets un schéma de principe du circuit ainsi que le schéma de mon oscillateur (la sortie est après C12).
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[Positron1]

Salut,
Si cela peut t'aider, un exemple qui devient commun, les chargeurs de batterie de téléphone sans contact, imagine le fonctionnement

[gwgidaz]

Bonjour,
Un oscillateur ne s'adapte pas, et il est toujours délicat de tirer le maximum de puissance d'un oscillateur...Il vaut mieux faire un oscillateur bas niveau et le faire suivre par l'étage de puissance . Cela coûte un transistor de plus ( basse puissance) mais ce sera plus sain de fonctionnement et plus économe en énergie. Quant à l'amplificateur, il peut être en classe B ou C, pour un bon rendement.

[Antoane]

Bonjour et bienvenue sur Futura

Avec un oscillateur suivit d'un amplificateur linéaire, le rendement de l'alimentation sera mauvais du fait des pertes dans l'amplificateur. Il serait préférable d'utiliser un amplificateur "numérique" (dans le sens ou il n'emploierait que des transistors parfaitement passants ou bloqués). A la limite, le plus simple consisterait à envoyer une tension carrée dans le primaire. Et si, comme tu le signales, la forme d'onde importe effectivement peu, il serait quand même préférable, si possible, de générer un champ (et donc un courant) aussi sinus que possible pour ne pas trop polluer l’environnement. Pour passer de la tension carrée à un courant sinus, la solution consiste à utiliser un circuit résonant accordé sur la fréquence de l'oscillateur. En appliquant une tension carrée sur ce circuit LC, tu obtiendras un courant, et donc un champs magnétique, "très" sinusoïdal.

Un tel circuit est très simple (du moins sur le principe ) et fonctionnel pour peu que le couplage entre les bobines primaire et secondaire est relativement bon.
En revanche, les performances diminueront d'autant plus que le couplage sera mauvais, i.e. si les bobines sont distantes ou mal allignés. Dans ce cas, il faudra passer à une topologie un peu plus complexe telle que le Royer.

Tu peux étudier https://forums.futura-sciences.com/p...ess-power.html
C'est le circuit "1. LC série" du post 2 que j'ai décrit ci-dessus, Tropique décrit un circuit bien plus performant (mais aussi plus complexe ) : le "3. Royer".

[A voir en vidéo sur Futura]

[penthode]

Une question toutefois.....

Quid de la FORMATION ?

[gwgidaz]

Bonjour,

Pour ce problème, une solution des plus classiques est la suivante :

- L'inductance émettrice constitue avec un condensateur un circuit oscillant résonnant, et de la même façon, on accorde sur la même fréquence l'inductance réceptrice.
Ces deux circuits résonants ( émetteur et récepteur) ont un Q de l'ordre de 4, ce qui fait qu'il suffit que le quart du flux de l'inductance émettrice traverse l'inductance réceptrice pour que le transfert d'énergie soit total entre les deux circuits.(C'est une propriété des circuits résonnants couplés)

- Un oscillateur attaque un transistor MOS en mode commutation en classe C , ce qui fait que le rendement est de l'ordre de 75 %. Le drain du transistor MOS est connecté sur le circuit résonant émetteur, qui met sous forme sinusoïdale l'énergie des impulsions issues du drain ( voir cours sur la classe C)

" Je n'y connaissais pas grand chose en transistors et en analyse petits signaux" En dernière année d'ingénieur , tu ne serais pas un peu modeste?

[goaoute]

Qu'en est-il de l'influence de la fréquence sur le rendement du "transformateur" ?

[Antoane]

Bonjour,

Qu'en est-il de l'influence de la fréquence sur le rendement du "transformateur" ?

Minime : elle n'a pas d'impact sur les caractéristiques magnétiques de l'air / du vide et il n'y a pas de matériaux magnétique dans le montage. La température influence les pertes cuivres, mais à moins de 0.4 %/K, c'est pas grand chose

Il y a un effet sur le condensateur résonant et sur l'oscillateur, aussi est-il préférable, sinon nécessaire, de boucler le système pour être sûr d'exciter le LC à sa résonnance.