Interfaces électriques adaptatives dynamiquement au spectre fréquentiel pour la récupération d'énergie vibratoire large bande

Download or read book Interfaces électriques adaptatives dynamiquement au spectre fréquentiel pour la récupération d'énergie vibratoire large bande written by Adrien Morel (Docteur en sciences pour l'ingénieur).) and published by . This book was released on 2020 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La récupération d'énergie est un domaine émergent dont la visée principale est le développement de systèmes de capteurs autonomes énergétiquement, ne nécessitant pas de maintenance. La récupération de l'énergie contenue dans les vibrations ambiantes est d'un intérêt tout particulier lorsque le capteur à alimenter se trouve dans un environnement clos, confiné, où les gisements d'énergie solaire et les gradients thermiques ne sont pas suffisamment abondants. Cependant l'industrialisation et la mise sur le marché de récupérateurs d'énergie vibratoire sont freinées par la faible robustesse des récupérateurs d'énergie actuels. En effet, comment garantir l'autonomie d'un système pendant plusieurs années si le vieillissement du récupérateur d'énergie, les dérives en température de l'environnement, ou les variations de la source vibratoire peuvent écarter la fréquence de la source vibrante de la fréquence de résonance du récupérateur d'énergie, diminuant ainsi drastiquement l'énergie récupérée ? Cette thèse propose l'étude théorique et expérimentale d'approches permettant de régler électriquement la fréquence de résonance d'un récupérateur d'énergie vibratoire à transduction piézoélectrique, afin de pouvoir l'ajuster en temps réel. Après avoir expliqué le contexte dans lequel s'inscrit cette thèse, nous avons développé un modèle électromécanique du récupérateur d'énergie couplé à l'interface électrique. L'analyse de ce modèle nous a permis de rassembler l'ensemble des influences de l'interface électrique sur la dynamique du système sous la forme de deux paramètres : l'amortissement électrique et la raideur électrique. L'ajustement de ces deux paramètres a été tout d'abord analysé, puis, dans un second temps, réalisé grâce à des combinaisons de charges linéaires résistives, capacitives et inductives. La généralisation de ces influences aux interfaces électriques non-linéaires a permis l'élaboration de plusieurs stratégies innovantes d'extraction de l'énergie, permettant le réglage dynamique de la fréquence de résonance du récupérateur. La validation expérimentale de ces stratégies avec des récupérateurs d'énergie utilisant des matériaux piézoélectriques a permis de vérifier notre modèle tout en démontrant le potentiel de notre approche, notamment pour des structures présentant de forts couplages électromécaniques. La comparaison quantitative de ces stratégies a été rendue possible grâce au développement de plusieurs outils d'analyse et d'une figure de mérite prenant en compte le comportement fréquentiel du récupérateur associé à une stratégie donnée. Cette comparaison nous a permis de choisir la meilleure stratégie à implémenter dans un circuit intégré dédié. Cette intégration microélectronique constitue la dernière étape de cette thèse. Le circuit réalisé inclut un chemin de puissance, un démarrage à froid, un ensemble de capteurs auto-alimentés et un algorithme très basse consommation permettant le réglage en temps réel de la fréquence de résonance du récupérateur. Le rendement maximal atteint par notre circuit est de 94%. Outre ses performances, ce circuit est le premier à combiner auto-alimentation et réglage de la fréquence de résonance du récupérateur, tout en ne nécessitant pas de calibration préalable et en présentant une consommation inférieure au micro-watt. La comparaison de notre circuit avec des solutions de l'état de l'art (réglage magnétique, piézoélectrique ou mécanique) démontre tout le potentiel de notre approche.