SUJET DE STAGE MASTER 2 (BAC +5)-6 MOIS ANNEE

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1 SUJET DE STAGE MASTER 2 (BAC +5)-6 MOIS ANNEE EMC OPTIMIZATION FOR NOMADICS WIRELESS CHARGING SYSTEM (PLDS) 1. CONTEXTE DU STAGE : IRSEEM (Institut de Recherche en Systèmes Electroniques Embarqués) Equipe d accueil : EA 4353 L IRSEEM a été créé en janvier 2001, pour répondre à deux objectifs généraux, fortement corrélés en termes de moyens: proposer aux industriels des solutions innovantes leur permettant d anticiper des évolutions stratégiques, et participer activement à l amélioration de leur métier. L IRSEEM développe une recherche appliquée, et entretient des liens forts avec les industriels des filières automobile, aéronautique et spatiale, les PME du secteur de l électronique et les industriels du secteur des télécommunications. La recherche est structurée en 3 pôles : Pôle Electronique & Systèmes (électromagnétisme, CEM, Fiabilité des composants, Intégrité des signaux) Pôle Automatique & Systèmes (contrôle et diagnostic moteur) Pôle Instrumentation, Informatique & Systèmes. A ces axes de recherche s ajoute une activité de transfert court et développement économique local vers les entreprises. L IRSEEM, association loi 1901 qui a le double statut d équipe d accueil et de CRT est l institut de recherche de L ESIGELEC (Ecole Supérieure d Ingénieurs en Génie Electrique). L IRSEEM, à travers son pôle E&S et son centre de ressources technologiques (CRT), possède un grand savoir-faire dans le domaine de la CEM. Ses équipes travaillent sur l intégration des nouvelles technologies dans les domaines de l automobile ; de l aéronautique, en veillant au respect des normes CEM en vigueur. 2. DESCRIPTIF DU STAGE : Faurecia Systèmes d'intérieur (FIS) développe et produit des tableaux de bord, des consoles centrales, des cockpits, des panneaux de porte et des modules acoustiques. Les caractéristiques de ces équipements évoluent très rapidement dans un domaine où les exigences de confort, de nouvelles fonctionnalités et l'interactivité sont sans cesse renouvelés. Dans ce contexte, FIS et les trois autres branches de Faurecia ont créé une chaire de recherche en mécatronique automobile, en partenariat avec Esigelec et Supélec. Les objectifs de cette chaire sont d'offrir des outils et des méthodes pour mieux comprendre et concevoir des systèmes mécatroniques automobiles. Ce système est basé sur le principe de l'induction électromagnétique qui est connu depuis bien longtemps et est utilisé massivement dans les transformateurs. Cette technologie impose N. BENJELLOUN 1 02/12/2015

2 donc un alignement des deux bobines (une émettrice et l autre réceptrice), et ne fonctionne qu'à très courte distance, mais peut se montrer particulièrement efficace, avec un rendement proche de 90% dans le meilleur des cas. L'induction par résonance est une variante plus intéressante de ce principe, dans laquelle les deux bobines ne doivent pas nécessairement être alignées et peuvent être davantage éloignées. Problème : si on gagne en souplesse du point de vue de la distance ou du positionnement, on perd en rendement, qui n'atteignait alors que 40%. Actuellement, c'est pourtant bel et bien cette induction par résonance qui semble vouloir s'imposer, via deux technologies : le Qi et Rezence. Le standard QI le plus répandu à l'heure actuelle, qui a recours à l induction par résonnance côté émetteur peut atteindre un très bon rendement avec une distance de 4.5 cm, mais avec obligation d aligner les deux bobines. Le projet WIRELESS CHARGING basé sur la charge par induction vise à assurer la recharge d un objet nomade type smartphone ou tablette posé sur le tableau de bord d une voiture (par exemple) tout en respectant les normes CEM en vigueur. Ce système ne doit pas polluer son environnement tel que les organes de sécurité type ADML (Aide au démarrage Main Libre). Un modèle de simulation a été effectuée dans un premier stage (février - juillet 2015) qui a permis la compréhension des technologies inductifs et de la résonance pour la recharge sans fil. Le but de ce stage est d'utiliser la modélisation existante du système de recharge sans fil afin de définir les règles pour l'intégration du système à l'intérieur de l'habitacle de la voiture dont l objectif est d'optimiser les émissions rayonnées du système et de répondre aux spécifications de compatibilité électromagnétique des équipementiers automobiles Norme MR-02 Figure1 : schéma de principe du système PLDS N. BENJELLOUN 2 02/12/2015

3 3.DEROULEMENT : La première phase (1 mois) de ce stage consiste de s approprier de la technologie WIRELESS CHARGING, de faire un état de l art des différents technologies, Normes des systèmes de transfert d énergie inductive, de comprendre le principe de fonctionnement et de se familiariser avec les différents outils de simulations des différentes plateformes présentes à L IRSEEM. La seconde phase (3 mois) consiste à utiliser la modélisation existante du système de recharge sans fil afin de définir les règles pour l'intégration du système à l'intérieur de l'habitacle de la voiture afin d'optimiser les émissions rayonnées du système et répondre aux spécifications de compatibilité électromagnétique des équipementiers automobiles. Ce travail sera mené en parallèle avec une partie mesures en chambre anéchoique. Ces résultats sont fondamentaux pour mener à bien la troisième phase de ce stage. Pendant la troisième et dernière phase de ce stage (2 mois), le stagiaire doit proposer des solutions de blindage avec des matériaux composites pour que le transpondeur ne pollue pas son environnement et répondes aux normes automobiles en vigueur. La solution retenue dépendra du compromis industriel et de la facilité de sa mise en œuvre. Figure2: vertical polarization measurement in the band [150KHz, 2GHz] Le stagiaire doit valider ces solutions par des modèles de simulations et de mesures en chambre anéchoïque. Le stage se déroulera à l IRSEEM dans le pôle Electronique & systèmes et il s inscrit dans le cadre d une Chaire FAURECIA/ IRSEEM/SUPELEC. N. BENJELLOUN 3 02/12/2015

4 Qualités requises: Bonnes connaissances en électronique analogique et numérique, en électromagnétismes, et en CEM. Bonnes connaissances de PSPICE, ou l une des logiciels : HFSS, ADS, CST. La connaissance des moyens d essais CEM serait un plus. Méthodique, organisé et sens pratique. Excellentes qualités rédactionnels en anglais. Responsable du stage : Nabil BENJELLOUN [email protected] INDEMNITES : 900 /mois DUREE : 6 mois LIEU DU STAGE : Institut de Recherche en Systèmes Electroniques Embarqués IRSEEM-ESIGELEC, Pôle Electronique & Systèmes Technopôle du Madrillet Avenue Galillée, BP SAINT ETIENNE DU ROUVRAY CEDEX N. BENJELLOUN 4 02/12/2015

5 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES : [1] [2] enabled phones 2015 [3] David M. Pozar, Microwave Engineering, 4th edition Wiley, 2012 [4] Wireless Power Consortium, System Description for Wireless Power Transfer (Volume I:Low Power Part 1: Interface Definition) Version 1.1.2, June [5] Waffenschmidt E. Wireless power for mobile devices, IEEE 33rd conference on Telecommunications Energy, 2011 [6] William H. Hayt, John A. Buck, Engineering Electromagnetics 6th edition, McGraw Hill 2002 [7] Wireless Inductive Charging for Electrical Vehicles: Electromagnetic Modeling and Interoperability Analysis, Thesis by Mohamad Ibrahim defended on 12/09/2014 at the university of Paris Sud. [8] Wireless Power Systems for Mobile Devices Supporting Inductive and Resonant Operating Modes, IEEE transactions on microwave theory and techniques, VOL. 63, NO. 3, MARCH 2015 [9] Waffenschmidt and Staring, Limitation of inductive power transfer for consumer applications, IEEE 13th European Conference on Power Electronics & Applications, 2009 [10] A. Neves, D. M. Sousa, A. Roque and J. M. Terras, Analysis of an inductive charging system for a commercial electric vehicle, Power Electronics and Applications (EPE 2011), pp.1 10, Sep [11] H. M. Greenhouse, Design of Planar Rectangular Microelectronic Inductors, IEEE transactions on parts, hybrids, and packaging, VOL. PHP 10, NO. 2, JUNE 1974 [12] Paul T. Theilmann and Peter M. Asbeck, An Analytical Model for Inductively Coupled Implantable Biomedical Devices With Ferrite Rods, IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL CIRCUITS AND SYSTEMS, VOL. 3, NO. 1, FEBRUARY 2009 Normes International Commission on Non Ionizing Radiation Protection, "Lignes directrices pour limiter l'exposition aux champs électriques, magnétiques et électromagnétiques variant dans le temps», Health Physics Avril 1998, Volume 74, Numéro 4. Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik, "Unfallverhütungsvorschrift Elektromagnetische Felder Berufsgenossenschaftliche Vorschrift für Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit", BGV B11 (VBG 25), Ressources sur le Web : N. BENJELLOUN 5 02/12/2015