Récupération d'énergie à partir des vibrations ambiantes : dispositif électromagnétique et circuit électronique d'extraction synchrone

Energy harvesting from ambient vibrations : electromagnetic generator and electronic synchronous energy extraction circuit

• Auteur / Autrice : Emmanuelle Arroyo
• Direction : Adrien Badel, Jacques Lottin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, électrotechnique et automatique
• Date : Soutenance le 21/11/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et matériaux pour la mécatronique, SYMME (Annecy)
• Jury : Président / Présidente : Orphée Cugat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ghislain Despesse, Olivier Duverger
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-François Rouchon, Elie Lefeuvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Conversion directe

Mots clés libres

Récupération énergie

Générateur électromagnétique

Conversion d'énergie

Circuit électronique

Conception

Optimisation

Energy harvesting

Electromagnetic generator

Energy conversion

Electronic circuit

Conception

Optimization

Résumé

La récupération d’énergie vise à réaliser des dispositifs électromécaniques de taille centimétrique permettant d’alimenter des systèmes électroniques en puisant de manière opportuniste l’énergie du milieu environnant. Parmi les différentes sources disponibles (solaire,thermique etc.) les vibrations ambiantes sont susceptibles de fournir assez de puissance pour alimenter des microsystèmes autonomes tels que des noeuds de réseaux de capteurs communicants. L’enjeu consiste à concevoir des microgénérateurs effectuant la conversion de cette énergie mécanique ambiante en énergie électrique exploitable de manière optimale.Ces travaux de thèse proposent dans un premier temps un critère d’étude et de comparaison des performances des générateurs de types piézoélectriques ou électromagnétiques, à partir d’un modèle normalisé unifié. Dans un second temps, un circuit non linéaire d’extraction de l’énergie est étudié pour les générateurs électromagnétiques, et ses performances sont discutées en comparaison avec un circuit classique d’extraction de l’énergie. A partir de ces résultats, une nouvelle structure de générateur électromagnétique est conçue, optimisée puis validée expérimentalement.

Energy harvesting from ambient energy aims at realizing electromechanical miniaturized generators to supply electronic systems from energy of our local environment. Among the available sources (solar, thermal…), ambient vibrations show the requirements to supply autonomous microsystems like communication sensors nodes of sensors networks. The issue is to develop microgenerators doing the optimal conversion of the mechanical energy into usable electrical energy, and supplying the maximal power density. This works presents a criterium to compare piezoelectric systems and electromagnetic systems, based on a common normalized model. In a second part, a new nonlinear extraction circuit for electromagnetic generators is theoretically studied, and its practical advantages are highlighted in comparison with a classical extraction circuit. Based on these results, a new structure of electromagnetic generator is studied,optimized and experimentally validated.