Dynamics and stability of a chain of magnets. Application to energy harvesting.
Dynamique et stabilité d'une chaîne d'aimants. Application à la récupération d'énergie.
Résumé
The main topics of this thesis are the dynamics of a chain of magnetsand the energy harvesting application of this type of system. A chain of cylindrical magnets diametrically magnetized submitted to gravity and an external magnetic field was first studied. Two linear models were developed to describe its dynamics : a discrete model using lagrangian approach and a continuous model considering the chain as a continuous beam. The results of these models were compared to experiments. The stability of the system was then determined numerically. After this rst study, we proposed an application to use this type of discrete system to harvest energy. An articulated flag composed with very thin rectangular magnets magnetized through the thickness was designed. This flag was placed in a water flow and a coil was fixed nearby to convert the fluttering flag's movement into an electric potential. The electromotive force (emf) induced was estimated numerically and measured experimentally. We exploited then the numerical calculation of emf to seek the geometry and position of the coil maximizing the energy harvesting potential.
L'étude de la dynamique d'une chaîne d'aimants et l'application de ce type de système à la récupération d'énergie sont les objets de la thèse. Une chaîne d'aimants cylindriques aimantés selon le diamètre et soumise à la gravité et à un champ magnétique extérieur a d'abord été etudiée. Deux modèles linéaires décrivant la dynamique de la chaîne ont été développés : un modèle discret basée sur l'approche lagrangienne et un modèle continu en la considérant comme une poutre continue. Les prédictions des modèles ont été comparées aux expériences. La stabilité du système en fonction de la gravité et du champ magnétique a été ensuite caractérisée numériquement. Après cette première étude, nous avons proposé une utilisation de ce type de système à la récupération d'énergie. Un drapeau articulé constitué d'aimants rectangulaires très fi ns et aimantés selon l'épaisseur a été conçu. Ce drapeau a été placé dans un écoulement d'eau et une bobine a été positionnée dans l'environnement pour convertir le mouvement du
drapeau en flottement en une force électromotrice (f.e.m). Cette dernière a été à la fois estimée numériquement et mesurée expérimentalement. Nous avons ensuite exploité le calcul numérique de la f.e.m pour chercher les géométries et les positions de la bobine maximisant le potentiel de récupération d'énergie.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)