Transmission de puissance sans fil avec des oscillateurs électromagnétiques

Le laboratoire SYMME (SYstèmes et Matériaux pour la MÉcatronique) mène des recherches pluridisciplinaires en mécanique, matériaux, instrumentation, informatique et génie électrique. Le stage s'inscrit dans le thème Récupération, conversion et transmission d'énergie, qui associe modélisation théorique, simulations numériques et expérimentations pour étudier des systèmes de conversion d'énergie de petite puissance.
 

Offre au format pdf avec figure :

https://adrienmor.github.io/stages-symme/sujet3_electronique.pdf

Contexte
La transmission de puissance sans fil permet d'alimenter des dispositifs sans connexion électrique directe. Elle présente un intérêt particulier pour des capteurs placés dans des milieux contraints ou difficilement accessibles, par exemple pour l'alimentation de capteurs biomédicaux implantés et de pacemakers. Une approche courante repose sur le couplage inductif entre deux bobines : la bobine émettrice génère un champ magnétique variable qui induit une tension dans la bobine réceptrice. Les performances restent toutefois sensibles à la distance, au désalignement et à la charge. Une manière de rendre la transmission d'énergie plus robuste consiste à transformer l'émetteur en oscillateur à l'aide d'une boucle de rétroaction et d'une électronique de puissance. Plutôt que d'imposer une fréquence fixe, la fréquence converge automatiquement vers la fréquence naturelle du couple émetteur-récepteur et s'adapte lorsque la distance ou l'alignement varient.

Sujet du stage
Le stage associera l'analyse théorique et la réalisation expérimentale d'un système de transmission inductive auto-oscillant. Une première partie sera consacrée à la modélisation du système et de sa boucle de rétroaction. Elle visera à caractériser l'établissement des oscillations, la fréquence sélectionnée et le rendement, puis à quantifier l'influence du couplage, des pertes et de la charge. Une seconde partie portera sur la conception et la réalisation de l'électronique de puissance et de la boucle de rétroaction, puis sur leur intégration aux bobines déjà développées au laboratoire. Les essais permettront de confronter les résultats expérimentaux aux prédictions du modèle et d'évaluer la robustesse du système lorsque la distance ou l'alignement varient. Selon l'avancement, l'étude pourra être étendue à des architectures multi-bobines ou à l'exploration de rebouclages entre le récepteur et l'émetteur.

Outils mis en jeu
LTspice, KiCad / EasyEDA, MATLAB, Simulink, matériel expérimental.

Références
S. Assawaworrarit, X. Yu et S. Fan, « Robust wireless power transfer using a nonlinear parity-time-symmetric circuit », Nature, vol. 546, p. 387–390 (2017).

Étudiant ou étudiante en Master 2 ou en dernière année d'école d'ingénieurs, dans les domaines suivants : Physique appliquée, électronique, génie électrique, contrôle-commande.