Vers une meilleure exploitation des dispositifs de récupération d’énergie vibratoire bistables : Analyse et utilisation de comportements originaux pour améliorer la bande passante. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2018

Towards a better exploitation of bistable vibration energy harvesters: Analysis and use of original behaviors to improve bandwidth.

Vers une meilleure exploitation des dispositifs de récupération d’énergie vibratoire bistables : Analyse et utilisation de comportements originaux pour améliorer la bande passante.

Résumé

This thesis concerns vibration energy harvesting in order to propose an alternative to conventional batteries for the power supply of autonomous wireless systems. This would improve their compactness (less stored energy), their resistance to harsh environments (high temperature) and reduce their need for maintenance. This study focuses in particular on bistable oscillating generators, which are interesting for their large useful frequency range compared to that offered by linear generators (limited to the resonance zone). This thesis is divided into four main parts. The first presents the construction of the mathematical model to predict the different behaviors of the bistable generator (the latter can coexist over certain frequency ranges) including the study of stability to small disturbances. This model highlights generator behaviors that are not yet widely used for energy harvesting: subharmonic behaviors whose frequency range allows the overall generator bandwidth to be increased. In order to improve the accuracy of the model, a semi-analytical criterion is added in the second part: the stability robustness criterion which characterizes the sensitivity of the generator to external disturbances (the more robust a behavior, the easier to maintain over time). The model thus obtained and the experimental system show a wide frequency range on which it exists interesting behaviors for energy recovery (high orbits) coexisting with undesirable behaviors (low orbits). The third part of this thesis therefore presents different strategies for jumping from low to high orbits by playing directly on the generator parameters. Finally, the fourth and last part focuses on the influence of the AC-DC interface circuit between the bistable generator and the load for its future integration.
Cette thèse concerne la récupération d'énergie vibratoire dans le but de proposer une alternative aux batteries conventionnelles pour l’alimentation de systèmes autonomes sans fil. Ceci permettrait d’améliorer leur compacité (moins d’énergie stockée), leur tenue dans des environnements sévères (forte température) et de réduire leur besoin d'entretien. Cette étude se concentre plus particulièrement sur les générateurs oscillants bistables, intéressants pour leur grande plage de fréquences utile comparée à celle offerte par les générateurs linéaires (limitée à la zone de résonance). Cette thèse se divise en quatre grandes parties. La première présente la construction du modèle mathématique permettant de prédire les différents comportements du générateur bistable (ces derniers pouvant coexister sur certaines plages de fréquences) incluant l'étude de la stabilité aux petites perturbations. Ce modèle met en évidence des comportements du générateur encore peu exploités pour la récupération d'énergie : les comportements sous-harmoniques dont la plage de fréquences permet d'agrandir la bande passante globale du générateur. Afin d’améliorer la précision du modèle, celui-ci est ensuite complété dans la deuxième partie par un critère semi-analytique : le critère de robustesse de stabilité qui caractérise la sensibilité du générateur aux perturbations extérieures (plus un comportement est robuste plus il sera facile à maintenir dans le temps). Le modèle ainsi obtenu ainsi que le système expérimentale montrent une grande plage de fréquences sur laquelle coexistent des comportements intéressants pour la récupération d’énergie (les orbites hautes) et des comportements non désirables (les orbites basses). La troisième partie de cette thèse présente donc différentes stratégies permettant de sauter des orbites basses vers les orbites hautes en jouant directement sur les paramètres du générateur. Enfin, la quatrième et dernière partie s’attarde sur l’influence du circuit d'interface AC-DC entre le générateur bistable et la charge en vue de son intégration future.
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tel-01957377 , version 1 (17-12-2018)
tel-01957377 , version 2 (08-03-2019)
tel-01957377 , version 3 (10-05-2019)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01957377 , version 1

Citer

Thomas Huguet. Vers une meilleure exploitation des dispositifs de récupération d’énergie vibratoire bistables : Analyse et utilisation de comportements originaux pour améliorer la bande passante.. Sciences de l'ingénieur [physics]. Insa Lyon, 2018. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01957377v1⟩
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