Optimisation d'une contre-réaction électromagnétique pour la récupération d'énergie vibratoire

Optimisation of electromagnetic feedback for vibrating energy harvesting

Institut FEMTO-ST, Département de Mécanique Appliquée, UMR CNRS 6174, Université de Franche-Comté, 24 rue de l'Épitaphe, 25000 Besançon, France

Auteur de correspondance : didier_mammosser@wanadoo.fr

Reçu : 8 Décembre 2006
Accepté : 11 Octobre 2007

Résumé

La problématique de récupération d'énergie vibratoire est de plus en plus d'actualité. Cette étude fournit des éléments nécessaires à l'optimisation d'une contre-réaction électromagnétique pour la conversion d'énergie vibratoire en énergie électrique. La structure étudiée est une poutre encastrée-libre excitée autour du premier mode de flexion. Un convertisseur, de type électromagnétique sans contact, est placé dans une boucle de rétroaction passive. Pour étudier l'influence des différents types de rétroaction sur les énergies fournies et dissipées, un modèle numérique a été développé, ainsi qu'un modèle analytique simple, créé à partir du caractère mono-dimensionnel du problème. Dans le cas d'un circuit purement résistif, l'étude des énergies disponible et dissipée conduit à l'identification de trois points de fonctionnement intéressants : d'une part celui qui maximise la conversion d'énergie, d'autre part deux points conduisant à des énergies prélevées maximales pour une force d'excitation donnée. Comme ces points sont distincts, les problématiques de récupération d'énergie et d'amortissement sont donc différentes. Ces résultats analytiques et numériques sont confirmés par l'étude expérimentale.

Abstract

Energy harvesting is a more and more studied topic. This paper provides some necessary elements to optimise the energy conversion from mechanical vibration to electrical power with an electromagnetic feedback. A cantilever beam is studied around its first bending mode. A contactless electromagnetic transducer is used in a passive feedback loop. To study the influence of different types of feedback on the provided and scavenged energies, a numerical model was built, and as the problem is monodimensional a simple analytic model was developed. In the case of a purely resistive feedback, the study of the provided and harvested energies shows three interesting points: two points where the harvested energy is maximal, and one point which maximises the energy conversion efficiency. As these points are distinct, the harvesting and damping strategies are different. These analytical and numerical results are confirmed by the experimental measurements.