Conception et optimisation d'un transducteur électrodynamique pour la récupération d'énergie vibratoire

Design and optimization of an electrodynamic tranducer for vibration energy harvesting

• Auteur / Autrice : Didier Mammosser
• Direction : Emmanuel Foltête, Daniel Guyomar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Foltête, Daniel Guyomar, Régis Dufour, Jean-François Deü, Manuel Collet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Dufour, Jean-François Deü

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrodynamique

Rétroaction

Résumé

Pour optimiser l'énergie vibratoire extraite d`une structure il faut choisir convenablement les paramètres du transducteur électrodynamique employé. Dans le cas d’une boucle de récupération d’énergie linéaire, pour maximiser la puissance extraite il faut que les amortissements électrique (créé par la boucle de rétroaction) et mécanique (dû aux pertes internes de la structure flexible) soient égaux. Cela revient à choisir le gain permettant de se placer à l`abscisse égale au double de celle en circuit ouvert sur le tracé du lieu d’Evans. Si la boucle est trop petite pour obtenir cette condition, alors il faut l’agrandir en changeant le placement du transducteur ou bien en utiliser plusieurs. Lorsque la boucle de récupération devient non linéaire l’égalité des amortissements est toujours valide, mais dans ce cas de figure il faut définir un amortissement électrique équivalent. Des mesures expérimentales ont confirmé que le même critère peut être utilisé dans le cas linéaire que dans le cas non linéaire. Pour optimiser la puissance récupérée d'une structure vibrante, même si celle-ci n’est pas excitée à sa pulsation de résonance, utiliser un récupérateur d`énergie inertiel est envisageable. En choisissant sa masse, sa pulsation de résonance et son amortissement de façon adéquate, la puissance extraite peut être maximiséé.

To optimize the energy scavenged from a vibrating structure, the parameters of the electrodynamics transducer have to be adjusted. When the harvesting feedback loop is linear, the maximal power is scavenged as soon the electrical damping is chosen equal to the mechanical damping. This happens when the abscissa of the root locus is equal to twice the open loop abscissa. If the loop is too small then it has to be increased by moving the energy harvesting device location or by increasing the number of energy harvesting devices. In the case of a non linear feedback loop, an equivalent electrical damping has to be defined and adjusted to become equal to the mechanical damping to maximize the power harvested. Experimental measurements confirm that the same criteria can be used to maximize the energy scavenged when linear and non linear feedback loops are considered. To optimize the power extracted from a vibrating structure, when the imposed frequency is different from its natural frequency, a tuned mass energy harvesting device has to be chosen. By adjusting its mass, damping and natural frequency tuned to the vibrating structure characteristics, the energy scavenged can be maximized.