Transmission de puissance sans fil basse fréquence pour l'alimentation de systèmes autonomes à distance

Low frequency Wireless Power Transfer to Power Remote Wireless Sensor Nodes

• Auteur / Autrice : Rémi Recoquille
• Direction : Adrien Badel, Nicolas Garraud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences Pour l'Ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 11/09/2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ingénierie Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et Matériaux pour la Mécatronique

Mots clés

Mots clés libres

Transmission de puissance sans fil

Convertisseur électromagnétique

Transmission à distance

Wireless power transfer

Electromagnetic transducer

Remote transmission

Résumé

Les technologies de transmission de puissance sans fil (TPSF) sont en pleine expansion, notamment pour la recharge sans fil de systèmes électriques (téléphones, voitures électriques, etc) mais aussi pour l'alimentation de nœuds de capteurs communicants sans fil de taille centimétrique. Le but de la thèse est d'étudier les performances et l'optimisation d'un nouveau concept de système électrodynamique récemment découvert par le laboratoire. Le fonctionnement du système récepteur de taille centimétrique repose sur la rotation ou la vibration d'un aimant au sein d'une bobine, mis en mouvement par le champ magnétique variable de l'émetteur. L'intérêt est de tirer parti des avantages de ces deux modes pour augmenter la compacité et la maturité de la technologie (robustesse mécanique, augmentation des portées de transmission, augmentation des densités de puissance ...). Dans ce contexte, la thèse consistera à développer et tester les performances du système en proposant et optimisant diverses topologies (géométries, matériaux …). Le candidat sera amené à développer des modèles analytiques et numériques pour identifier les paramètres d'influence du système et comparer ses performances à la littérature (portées, densités de puissance, sensibilité à l'orientation). L'impact d'une réduction de ses dimensions fera aussi partie des attentes scientifiques de cette thèse. Une optimisation conjointe du système électromécanique et de son électronique associée mènera à la réalisation d'un système complet de transmission de puissance sans fil performant.

Wireless power transmission technologies (WPT) are rapidly expanding, particularly for wireless charging of electrical systems (mobile phones, electric cars, etc.) but also for powering centimeter-scale wireless sensor nodes. The aim of the thesis is to study the performance and optimization of a new electrodynamic system concept recently proposed in our laboratory. The operation of this centimeter-scale receiver system is based on the rotation or vibration of a magnet within a coil, thanks to the variable magnetic field of the transmitter. The interest is to take advantage of the benefits of these two modes to increase the compactness and maturity of the technology (mechanical robustness, increased transmission ranges, increased power densities ...). In this context, the thesis will consist in developing and testing the performances of the system by proposing and optimizing various topologies (geometries, materials, etc.). The candidate will develop analytical and numerical models to identify the influencing parameters of the system and compare its performances to the literature (ranges, power densities, orientation sensitivity). The impact of a reduction of its dimensions will also be part of the scientific expectations of this thesis. A joint optimization of the electromechanical system and its associated electronics will lead to a complete wireless power transmission system.