Systèmes de récupération d'énergie vibratoire large bande à conversion électromagnétique - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Electromagnetic Wideband Vibration Energy Harvesters

Systèmes de récupération d'énergie vibratoire large bande à conversion électromagnétique

Résumé

This thesis deals with the design of vibration energy harvesters. These are small systems capable of converting vibration energy into electricity to power low-power electronic devices, such as sensors. Although the recoverable power levels are often compatible with the targeted applications, the adoption of vibration energy harvesters remains limited due to their frequency selectivity. This last point is a major technological issue that we propose to overcome thanks to a strategy called electrical tuning, which allows to widen the bandwidth of these systems by associating to the harvester an electrical interface that adjusts, according to the frequency, the impedance of the load to maximize the transferred power.Electrical tuning is known for its bandwidth performance in piezoelectric harvesters, but relatively few studies are devoted to this strategy applied to electromagnetic harvesters. However, the latter offer many advantages, notably in terms of robustness and technological maturity. The aim of this thesis is then to maximize the bandwidth of electromagnetic harvesters integrating an electrical tuning interface. The work carried out leads to an optimization method which allows to evaluate and compare theoretically the different possible architectures. This investigation leads to the proposal of a new topology of electromagnetic transducer, which we dimension, manufacture and test experimentally. Associated with an electrical tuning circuit, the bandwidth of this prototype competes with the best prototypes of the state of the art, encourages us to continue its development, and offers new perspectives concerning wideband vibration energy harvesting.
Cette thèse porte sur la conception de récupérateurs d’énergie vibratoire. Il s’agit de dispositifs peu encombrants capables de convertir l’énergie des vibrations en électricité afin d’alimenter des appareils électroniques basse consommation, tels que des capteurs. Bien que les niveaux de puissance récupérables soient souvent compatibles avec les applications visées, l’adoption des récupérateurs d’énergie vibratoire demeure limitée à cause de leur forte sélectivité fréquentielle. Ce dernier point est un verrou technologique majeur que l’on se propose de lever grâce à une stratégie appelée ajustement électrique, qui permet d’élargir la bande-passante de ces systèmes en associant au récupérateur une interface électrique qui ajuste, selon la fréquence, l’impédance de la charge pour maximiser la puissance transférée.L’ajustement électrique est connu pour ses performances en bande-passante dans les récupérateurs à conversion piézoélectrique, mais relativement peu d’études se consacrent à cette stratégie appliquée aux récupérateurs électromagnétiques. Pourtant, ces derniers offrent de nombreux avantages, notamment sur le plan de la robustesse et de la maturité technologique. L’objet de cette thèse est donc de maximiser la bande-passante des récupérateurs exploitant la conversion électromagnétique et intégrant une interface d’ajustement électrique. Le travail réalisé aboutit à une méthode d’optimisation permettant d’évaluer et de comparer théoriquement les différentes architectures possibles. Cette investigation débouche sur la proposition d’une nouvelle topologie de transducteur électromagnétique, que l’on dimensionne, fabrique et teste expérimentalement. Associé à un circuit d’ajustement électrique, la bande-passante de ce prototype rivalise avec les meilleurs prototypes de l’état de l’art, ce qui encourage à poursuivre son développement et offre de nouvelles perspectives concernant la récupération d’énergie vibratoire large bande.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04430819 , version 1 (01-02-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04430819 , version 1

Citer

Gallien Delattre. Systèmes de récupération d'énergie vibratoire large bande à conversion électromagnétique. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2023. Français. ⟨NNT : 2023GRALT064⟩. ⟨tel-04430819⟩
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