1.3.1.2 Les générateurs
électrostatiques
On peut également convertir de l'énergie
vibratoire en énergie électrique grâce à
l'effet
électrostatique. Le principe de conversion est simple : un
mouvement relatif entre les deux
plaques séparées par de l'air
ou un milieu diélectrique génère une variation de
capacité et donc du nombre de charges électriques, comme
montré dans la figure suivante (HOANG, 2019).
Figure 6 :
récupération d'énergie vibratoire
électrostatique
Les générateurs électrostatiques peuvent
être classés en deux catégories :
Les convertisseurs électrostatiques sans
électret : ils utilisent des cycles de
conversion en charges et
décharges du condensateur (un circuit électronique actif
est
alors nécessaire pour appliquer le cycle de charge sur la structure et
doit être
synchronisé avec la variation de capacité). Ce
type de convertisseur à deux modes
de fonctionnement : charge
imposée ou tension imposée. L'énergie totale
convertie
s'exprime suivant la formule :
Avec Q0 est la charge stockée, V0 est la
tension initiale, Cmin est la capacité
minimale
lorsque la distance entre les deux plaques est maximale, Cmax est
la
capacité maximale lorsque la distance entre les deux
plaques est minimale (état
initial).
- Les convertisseurs électrostatiques à base
d'électret : ils sont assez similaires aux
convertisseurs
électrostatiques sans électret, la principale différence
est que des
couches d'électret sont ajoutées à l'une
et/ou l'autre des deux plaques
conductrices du dispositif. Étant
donné que ces couches de matériaux
diélectriques
présentent un état de polarisation électrique quasi
permanent, cette
propriété permet au dispositif de convertir
directement de l'énergie mécanique
en énergie
électrique. Il est à noter que la couche d'électret
après le dépôt
nécessite un chargement initial
pour convertir efficacement les vibrations en
énergie
électrique.
Malgré sa grande compatibilité avec les
techniques de fabrication des Microsystèmes
Electromécaniques
(MEMS), cette technologie est moins mature. A notre connaissance, aucun produit
de récupération d'énergie vibratoire de ce type n'est
présent sur le marché. Toutefois, Omron et Holst Center/Imec ont
proposé un prototype contenant un générateur
électrostatique à base d'électret et un Circuit de Gestion
de la Puissance (CGP). Il peut convertir et stocker une énergie
vibratoire de l'ordre du uW avec un rendement élevé. Le prototype
ne mesure que 5 x 6 cm2.
Figure 7 : Prototype d'un
générateur électrostatique développé par
Omron et Holst Center/Imec
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