Micro-générateur magnétique planaire et micro-convertisseur intégré

Magnetic planar micro-generator and integrated micro-converter

• Auteur / Autrice : Hynek Raisigel
• Direction : Orphée Cugat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble ; 1980-2006)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Nogarède, Zbigniew Kozanecki, Terence O'Donnell, Xavier Grison, Jérôme Delamare, Jean-Christophe Crebier, Yves Lembeye

Mots clés

Mots clés contrôlés

MOS complémentaires

Aimants permanents

Mots clés libres

Micro-générateur

Redressement synchrone

Résumé

Les travaux présentés s'inscrivent dans le contexte de la micro-génération et de la gestion d'énergie pour systèmes autonomes. Il s'agit du développement d'un micro générateur discoïde, à aimants, sans fer et compatible avec des IJ-turbines à gaz ou à air comprimé opérant à haute vitesse de rotation (10 - 1 000 ktr/min). Le modèle multiphysique établi permet d'évaluer la performance des μ-générateurs magnétiques en fonction de leurs conditions de travail et de leurs paramètres géométriques. Un premier prototype intégré produit une puissance de 15 mW à 60 000 trs/min, un second prototype produit 5 W à 380 000 tr/min avec ηel ≈57 %. Les convertisseurs de faible puissance associés aux micro-alternateurs triphasés basse tension sont ensuite étudiés. Un micro-redresseur triphasé, sans seuil et entièrement autonome a été monolitiquement intégré en technologie CMaS 0,35 μm. La caractérisation a prouvé sa pleine fonctionnalité ainsi que les bonnes performances.

This thesis deals with electric micro-generation and micro-energy management. The developed micro-generator is a millimetre-scale, planar, axial-flux, ironless, permanent magnet, synchronous machine compatible with fast rotating MEMS turbines. Established multiphysical model enables the magnetic generator performance estimation in dependence on its operating point and geometry. A 8mm diameter magnetic micro-generator has been successfully tested to speeds up to 380 000 rpm ; at this speed it generates 5W with an electrical efficiency of 57%. A prototype of a fully integrated micro-turbo-generator generated about 15mV at 60000 rpm. Low power AC/DC micro converters for low voltage micro generators were also studied. A three-phase, high efficiency, low voltage, low power and fully autonomous micro rectifier was monolithically integrated in the CMas 0,35 μm technology. The tests on the μ-rectifier cou pied to the magnetic generator confirmed its functionality and high efficiency.