Esta dissertação tem como objetivo o projeto de um mancal magnético para rodas de reação com aplicação na malha de controle de atitude de satélites. Mancais magnéticos são alternativas aos mancais tradicionais tais como os de esferas ou de lubrificação seco pois trabalham sem contato mecânico entre o rotor e o estator, minimizando assim a fricção entre ambas as partes. Além da minimização do atrito, o ganho em confiabilidade e vida útil da roda de reação é considerável por não apresentar desgastes mecânicos. Devido às consequências de qualquer fricção no movimento relativo entre a inércia (parte rotativa da roda de reação) e o satélite, o mancal torna-se um componente crítico da roda de reação. A fricção se traduz não apenas num maior consumo de potência elétrica, como também na introdução de uma zona morta de atuação em torque, bem como na limitação da vida útil da roda de reação devido ao gradual desgaste do mancal. O mancal proposto possui dois graus de liberdade axiais ativamente controlados e faz uso de ímãs para a estabilização passiva dos demais graus de liberdade. Ao longo do desenvolvimento são apresentados modelos não lineares dos campos magnéticos e das forças atuantes no mancal são encontrados. Com esses modelos, uma otimização é realizada a fim de encontrar melhores características. Um modelo não linear da dinâmica do rotor é desenvolvido e um controle PID capaz de estabilizar o rotor em seu ponto de equilíbrio é apresentado com o objetivo de demonstrar a viabilidade da topologia proposta. / The main objective of this work is to project a magnetic bearing for reaction wheels with application in satellite attitude control. Magnetic bearings are alternatives to traditional bearings such as ball or dry lubrication because they work without mechanical contact between the rotor and the stator thereby minimizing friction between both parts. In addition to minimizing friction, the gain in reliability and lifetime of the reaction wheel is considerable as a consequence of the absence of wear. Because of the consequences of any friction in the relative movement between the inertia (of the reaction wheel) and the satellite ( which is rigidly connected to the satellite body), the bearing becomes a critical component of the reaction wheel. The friction gives rise not only to a greater consumption of electric power, as well as the introduction of a torque dead zone operation, in a reduced lifetime of the reaction wheel due to gradual wear of the bearing. The proposed bearing has two axial degrees of freedom actively controlled and makes use of magnets for the passive stabilization of other degrees of freedom. Nonlinear models of magnetic fields and forces acting on the bearing are presented. With these models, an optimization is performed to find the best bearing characteristics. A nonlinear model rotor dynamics is developed and a PID control capable of stabilizing the active degrees of freedom presented.

La connaissance des propriétés diélectriques des tissus biologiques constitue un enjeu majeur pour la santé. Ces propriétés traduisent la manière dont un tissu stocke ou dissipe l’énergie électromagnétique transmise par un champ extérieur ; étant liées à la composition et à la structure du milieu organique, elles traduisent également la nature et l’état physiologique d’un tissu. Leur estimation fine permet donc, le cas échéant, de détecter et/ou de suivre l’évolution d’une pathologie. Parmi les méthodes de caractérisation diélectrique des tissus possibles, nous nous sommes concentrés sur une technique de caractérisation électromagnétique par antenne inductive exploitée en émission/réception, qui permet une mise en œuvre sans contact entre le système de mesure et le tissu. Celle-ci opère dans la gamme des radiofréquences (RF) ce qui présente l’avantage de rendre le dispositif sensible à la fois à la conductivité électrique et à la permittivité diélectrique du tissu. Cette technique travaillant en champ proche nécessite l’utilisation d’un modèle électromagnétique 3D des interactions sonde / tissu pour être mise en œuvre de manière pertinente. Dans ces travaux, nous nous sommes donc intéressés au problème de la modélisation des interactions, ainsi qu’à la résolution du problème inverse qui consiste à estimer les paramètres diélectriques recherchés à partir des données de mesure fournies par l’antenne et du modèle élaboré. Pour cela, nous nous sommes concentrés sur une configuration canonique, constituée d’une antenne RF filiforme circulaire, interagissant avec un milieu diélectrique homogène « sain » dont les paramètres diélectriques macroscopiques sont représentatifs d’un tissu organique (conductivité de 0.6 S/m et permittivité relative de 80), et d’une inclusion sphérique représentative d’une lésion présentant un contraste de 10% à 50% avec les paramètres du milieu « sain ». Nous avons établi un modèle d’interactions électromagnétiques 3D reposant sur une formulation semi – analytique à sources distribuées (DPSM) adaptée à cette configuration. Une étude paramétrique de la mise en œuvre du modèle, validée dans des configurations simples par rapport à des modèles analytiques et des expérimentations, a permis de construire un modèle qui montre des écarts inférieurs à 5 % par rapport à l’expérimentation, et qui établit un compromis acceptable entre exactitude et ressources informatiques nécessaires pour calculer la solution. Enfin, nous nous sommes intéressés à la résolution du problème inverse, consistant à retrouver les paramètres géométriques et diélectriques d’une lésion enfouie dans un milieu diélectrique « sain », à partir des variations d’impédances de l’antenne RF. Pour cela, nous avons construit un modèle inverse à réseaux de neurones artificiels (RNA) à partir de banque de données produites par le modèle DPSM. Une étude paramétrique a permis d’identifier les configurations de mise œuvre (fréquences, positions des antennes) les plus pertinentes permettant d’estimer les propriétés diélectrique, la taille et la position de l’inclusion dans le tissu, avec des erreurs d’estimation de l’ordre de 7% avec une antenne unique monofréquence, pour la caractérisation d’une inclusion de 3 cm de rayon enfouie jusqu’à 6 cm de profondeur. Ces travaux ouvrent la voix à des techniques de diagnostics de dans des milieux plus complexes (tissus stratifiés…) avec des techniques d’investigation multi-antennes et/ou multifréquences particulièrement prometteuses. / The characterization of the dielectric properties of organic tissues is a major issue in health diagnosis. These properties reflect the way organic material stores or dissipates the electromagnetic energy transmitted by an external field. They are related to the composition and the structure of the organic medium. Furthermore, they are also related to the nature and the physiological state of a tissue. For that reason the estimation of these properties is very valuable for detecting and/or monitoring the evolution of tissue pathology.Among the existing dielectric characterization methods, we focused on a characterization technique using an inductive antenna, which acts as a transmitter/receiver sensor and allows a contactless implementation between the measuring system and investigated tissue to be carried out. This system is operated in the radio-frequency (RF) band. Indeed, in the RF the device is equally sensitive to both the electrical conductivity and the dielectric permittivity of the tissue. This technique operates in a near-field and therefore a 3D electromagnetic modeling technique is required to accurately model the interactions between the sensor and the investigated tissue.This work deals with the 3D modeling and with the resolution of the inverse problem required to estimate the dielectric parameters of tissues starting from the data provided by the antenna and the outputs of the model. For this purpose, a canonical configuration featuring a filiform circular antenna is considered. This antenna interacts with a “healthy” homogeneous dielectric medium, which possess the macroscopic dielectric parameters of a typical organic tissue (i.e. conductivity 0.6S/m and relative permittivity of 80 at 100 MHz). Meanwhile, a spherical inclusion buried within the tissue is considered to simulate a tissue lesion. This inclusion features a dielectric contrast of 10% up to 50% by reference to the parameters of the “healthy” medium. A 3D modeling of the sensor/tissue interactions is established, which is based on the distributed point source method (DPSM), a versatile semi-analytical modeling technique. The model is adjusted using a parametric study and validated against analytical models (in simplified configurations) and experiments. The implemented DPSM modeling was found to feature a 5% accuracy error, compared to the experimentations, together with offering an acceptable trade-off between accuracy and the computation cost. Finally, we focused on the solving of the inverse problem which consists in estimating the geometric and dielectric parameters of a buried lesion in the “healthy” dielectric medium, starting from the variations of the impedance of the RF antenna. To do so, a behavioral model build up using an artificial neural network (ANN) was established. The model is build using a data base elaborated using the DPSM model. The parameters of the ANN is discussed in order to identify the relevant configuration (frequency, position of the antenna) to estimate the dielectric properties, the size and the position of the inclusion in the tissue. For a single antenna operated at a single frequency, an inclusion of 3cm radius buried as deep at 6 cm within the tissue was located and characterized with estimation errors of the order of 7%.The methodologies developed in these works open the way to the diagnosis of more complex material (such as layered tissues), using promising techniques such as multi-frequency non contact RF antenna arrays.

La nanotechnologie est un domaine en voie d'expansion qui a attiré l'attention de la recherche en raison de ses applications potentielles illimitées. La technologie des ondes millimétriques est un autre domaine intéressant qui joue un rôle de premier plan dans le développement des systèmes de communications sans fil. La combinaison de ces deux champs de recherche avancée, donne naissance à l'innovation du Dispositif Ratchet qui est une nouvelle application qui représente un vrai défi. Ce dispositif est de taille nanométrique et son concept d'opération consiste à générer une tension DC lorsque le dispositif, basé sur le gaz d'électron bidimensionnel, est rayonné par l'énergie des micro-ondes. L'objectif de cette thèse est d'essayer d'améliorer la réponse du dispositif, ce qui ouvre de nouvelles perspectives dans la fabrication des détecteurs de champ à haute fréquence et à l'échelle nanométrique. Malheureusement, les Dispositifs Ratchet actuels, basés sur des hétérostructures de semiconducteurs, réalisés jusqu'à présent fonctionnent à basse température pour assurer une grande mobilité électronique. Cette condition nécessite l'utilisation d'un setup expérimental complexe qui a un grand impact sur la tension induite et sur la reproductibilité du phénomène Ratchet observé. Dans ce contexte, le travail effectué dans le cadre de cette thèse a abordé ce problème en deux parties. La première partie concerne l'analyse électromagnétique du setup expérimental. Ceci a été réalisé par la mise en oeuvre des simulations électromagnétiques intenses. D'autre part, différentes solutions ont été proposées afin d'optimiser le setup et ainsi améliorer la tension Ratchet produite. Outre l'étude électromagnétique, certaines mesures de modulation ont été réalisées pour tester la faisabilité du Dispositif Ratchet comme un démodulateur d'amplitude. La deuxième partie de cette thèse traite l'étude de la matière qui compose le Dispositif Ratchet. Récemment, le graphène commence à envahir le monde scientifique et technologique avec ses fascinantes propriétés électroniques, tels que sa mobilité d'électrons élevée à température ambiante, où les matériaux conventionnels sont en train de confronter des obstacles. En conséquence, l'idée de fabriquer un Dispositif Ratchet à base de graphène au lieu des hétérojonctions de semiconducteurs, a été introduite. Plusieurs modèles de conception, caractérisation et mesures RF ont été accomplis en vue d'obtenir un Dispositif Ratchet fiable approprié pour de nombreuses applications pratiques à la température ambiante, dans la gamme de fréquences micro-ondes et pourraient s'étendre à la bande térahertz. / Nanotechnology is a growing field that has attracted significant research attention due to its unlimited potential applications. Millimeter wave technology is another interesting field that plays a leading role in the development of wireless communications systems. Combining these two advanced research fields together, has given rise to the innovation of the Ratchet Device which is now a new challenging application. This device has a nanoscale size and its concept of operation consists of generating a DC voltage when radiating a two-dimensional electron gas based device with microwave energy. The aim of this thesis is in trying to improve the device response and hence opening new perspectives in the fabrication of high frequency field detectors on the nanoscale level. Unfortunately, the current Ratchet Devices, based on semiconductor heterostructures, realized till now, operate at low temperatures to ensure high electron mobility. This condition necessitates the use of a complex experimental setup that has a great impact on the induced voltage and on the reproducibility of the observed Ratchet phenomenon. In this context, the work performed within the framework of this thesis has addressed this problem in two parts. The first part concerns the electromagnetic analysis of the experimental setup behavior. This has been achieved by implementing intensive full wave electromagnetic simulations. Different solutions have been proposed to optimize the setup and thus enhance the Ratchet voltage produced. In addition to the electromagnetic study, some modulation measurements have been performed to test the feasibility of the Ratchet Device as an amplitude demodulator. The second part of this thesis deals with the study of the material composing the Ratchet Device. Recently, graphene has started to invade the scientific and the technological world with its fascinating electronic properties, such as its high electron mobility at room temperature, which distinguishes it from conventional materials that typically collide with obstacles. As a result, the idea of fabricating a Ratchet Device based on graphene instead of semiconductor heterojunctions has been introduced. Several design models, characterizations and RF measurements have been performed in order to obtain a reliable Ratchet Device suitable for many practical applications at room temperature. This has been done in the microwave frequency range and can also extend to the terahertz band.

L'évolution des télécommunications a fait des produits d'intermodulation passive (PIM) un critère de qualité et de performance du réseau mais également un problème de premier ordre pour les fournisseurs de services comme par exemple les opérateurs de téléphonie mobile. Les travaux présentés dans ce manuscrit constituent une contribution à la résolution d'une partie des problèmes de PIM dans les antennes de station de base et s'articulent autour de trois axes principaux : - la caractérisation des sources d'intermodulation passive au sein des antennes de station de base. De nombreuses études expérimentales ont été réalisées avec l'objectif de déterminer l'influence de différents paramètres sur la PIM générée par les contacts métal-métal (rugosité des surfaces, utilisation de traitement de surface, géométrie et nature des métaux) ou par les circuits imprimés de type micro-ruban (adaptation, largeur de ligne et épaisseur du substrat diélectrique). Les résultats de ces études ont permis d'améliorer les connaissances théoriques et de définir des règles permettant de réduire les niveaux de PIM induits ; - la localisation des sources d'intermodulation passive au sein de systèmes radiofréquences complexes. Pour cela, un banc de mesure PIM spécifique a été conçu. Celui-ci permet de localiser des sources de PIM, de niveau proche de la spécification 3GPP, avec une précision inférieure à 2cm. De plus, pour faciliter la détection des défauts PIM dans une antenne de station de base, différentes méthodes complémentaires ont été développées et associées à ce banc de mesure ; - la modélisation, à partir des résultats des études expérimentales réalisées, de composants non-linéaires intégrables à un simulateur de type circuit. L'utilisation de ces derniers permet aux ingénieurs d'estimer, dès la phase de conception, le comportement PIM des contacts métal-métal et des circuits imprimés de type micro-ruban et tri-plaque suspendue. / The evolution of telecommunications has made passive intermodulation products (PIM) not only a criterion of quality and network performance but also a major problem for service providers such as mobile operators. The work presented in this manuscript is a contribution to the resolution of some of PIM problems in base station antennas and is organized around three main axes : - the characterization of passive intermodulation root causes within base station antennas. Numerous experimental studies have been carried out with the aim of determining the influence of different parameters on the PIM generated by metal-to-metal contacts (roughness of surfaces, use of surface treatment, geometry and nature of metals) or by printed circuits as microstrip type (matching, line width and thickness of dielectric substrate). The results of these studies contributed to improve theoretical knowledge and to define rules to reduce induced PIM levels ; - the localization of passive intermodulation root causes within complex radio frequency systems. For this, a specific PIM measurements bench has been designed. It allows locating PIM root causes, with a level close to the current 3GPP specification, with an accuracy less than 2cm. In addition, to ease the PIM defects detection in a base station antenna, various complementary methods have been developed and associated with the measurements bench ; - the electromagnetic modeling issued from the experimental studies, carried out of non-linear components usable into a circuit-type simulator. The use of these allows designers to estimate, early during the design stage, the PIM behavior of metal-to-metal contacts, microstrip and suspended stripline printed circuits.

Cette thèse porte sur l’étude des méthodes de mesure pour l’analyse vectorielle des circuits microélectroniques en technologie intégrée aux fréquences millimétriques. Pour réussir à extraire les paramètres intrinsèques de circuits réalisés aux longueurs d'ondes millimétriques, les méthodes actuelles de calibrage et de de-embedding sont d'autant moins précises que les fréquences de fonctionnement visées augmentent au-delà de 100 GHz notamment. Cela est d’autant plus vrai pour la caractérisation des dispositifs passifs tels que des lignes de propagation. La motivation initiale de ces travaux de thèse venait du fait qu'il était difficile d'expliquer l’origine exacte des pertes mesurées pour des lignes coplanaires à ondes lentes (lignes S-CPW) aux fréquences millimétriques. Etait-ce un problème de mesure brute, un problème de méthode de-embedding qui sous-estime les pertes, une modélisation insuffisante des effets des cellules adjacentes, ou encore la création d'un mode de propagation perturbatif ?Le travail a principalement consisté à évaluer une dizaine de méthodes de de-embedding au-delà de 65 GHz et à classifier ces méthodes en 3 groupes pour pouvoir les comparer de manière pertinente. Cette étude s’est déroulée en 3 phases.Dans la première phase, il s’agissait de comparer les méthodes de de-embedding tout en maitrisant les modèles électriques des plots et des lignes d’accès. Cette phase a permis de dégager les conditions optimales d’utilisation pour pouvoir appliquer ces différentes méthodes de de-embedding.Dans la deuxième phase, la modélisation des structures de test a été réalisée à l’aide d’un simulateur électromagnétique 3D basé sur la méthode des éléments finis. Cette phase a permis de tester la robustesse des méthodes et d’envisager une méthode de-embedding originale nommée Half-Thru Method. Cette méthode donne des résultats comparables à la méthode TRL, méthode qui reste la plus performante actuellement. Cependant il reste difficile d'expliquer l'origine des pertes supplémentaires obtenues notamment dans la mesure des lignes à ondes lentes S-CPW.Une troisième phase de modélisation a alors consisté à prendre en compte les pointes de mesure et les cellules adjacentes à notre dispositif sous test. Plus de 80 structures de test ont été conçues en technologie AMS 0,35μm afin de comparer les différentes méthodes de de-embedding et d’en analyser les couplages avec les structures adjacentes, les pointes de mesure et les modes de propagation perturbatifs.Finalement, ce travail a permis de dégager un certain nombre de précautions à considérer à l’attention des concepteurs de circuits microélectroniques désirant caractériser leur circuit avec précision au-delà de 110 GHz. Il a également permis de mettre en place la méthode de de-embedding Half-Thru Method qui n'est basée sur aucun modèle électrique, au contraire des autres méthodes. / This thesis focuses on the study of vectorial measurement methods for analysing microelectronic circuits in integrated technology at millimeter wave frequencies. Current calibration and de-embedding methods are less precise for successfully extracting the intrinsic parameters of devices and circuits at millimeter wave frequencies, while the targeted operating frequencies are above 100 GHz. This is especially true for the characterization of passive devices such as propagation lines. The initial motivation of this thesis work was to explain the exact origin of the additional loss measured in Slow-Wave Coplanar Waveguides (S-CPW) lines at millimeter wave frequencies. Was it a problem of raw measurement or a problem of de-embedding method, which underestimates the losses? Or was it a problem of insufficient modeling of the effects of adjacent cells, or even the creation of a perturbation mode of propagation?This work consists of estimating many de-embedding methods beyond 65 GHz and classifies these methods into three groups to be able to compare them in a meaningful way. This study was conducted in three phases.In the first phase, we compared all the de-embedding methods with known electrical model parasitics of pad/accessline. This phase identifies the optimal conditions to use and apply these de-embedding methods.In the second phase, the modeling of test structures is performed using a 3D electromagnetic simulator based on finite element method. This phase tested the robustness of the methods and considered an original de-embedding method called Half-Thru de-embedding method. This method gives comparable results to the TRL method, which remains the most effective method. However, it remains difficult to explain the origin of additional losses obtained in measured S-CPW line.A third modeling phase was analysed to take into account the measurement of probes and the adjacent cells near our device under test. More than 80 test structures were designed in AMS 0.35 μm CMOS technology to compare the different de-embedding methods and analyse the link with adjacent cells, measuring probes and perturbation mode of propagation.Finally, this work has identified a number of precautions to consider for the attention of microelectronic circuit designers wishing to characterize their circuit with precision beyond 110 GHz. It also helped to establish Half-Thru Method de-embedding method, which is not based on electrical model, unlike other methods.

Les circulateurs et les isolateurs à ferrite sont couramment utilisés dans l’électronique hyperfréquence en raison de leur forte résistivité électrique et de leur aimantation spontanée élevée. La conception et l’optimisation des dispositifs micro-ondes à ferrites nécessitent d’une part la connaissance de leurs propriétés dynamiques, permittivité complexe et tenseur de perméabilité, et d’autre part le contrôle de la propagation de l’onde électromagnétique (EM) qui conditionne leurs performances. Les logiciels commerciaux de simulation utilisent différents modèles théoriques pour décrire le tenseur de perméabilité en fonction de l’état d’aimantation. Cependant la plupart de ces simulateurs EM restent limités à des états particuliers d’aimantation en raison des hypothèses simplificatrices des modèles de perméabilité utilisés. Dans ce travail de thèse, nous présentons un outil prédictif pour l’étude des propriétés EM des ferrites quel que soit leur état d’aimantation et qui tient compte de l’inhomogénéité des champs internes de polarisation. Cette modélisation combine des techniques expérimentales de détermination des paramètres physiques des ferrites et un modèle théorique qui utilise ces paramètres pour décrire le comportement dynamique des ferrites quel que soit l’état d’aimantation. Dans la première partie de la thèse nous présentons une méthode large bande en ligne coaxiale pour la mesure du coefficient d’amortissement. Les paramètres S théoriques sont calculés à partir d’une analyse EM (problème direct) de la cellule de mesure. Pour le problème inverse, une optimisation numérique a été développée pour calculer le coefficient d’amortissement (α) par comparaison des paramètres S calculés avec ceux mesurés. Dans la seconde partie de la thèse, nous présentons un outil théorique de modélisation EM qui combine une analyse magnétostatique, un modèle du tenseur de perméabilité généralisé (GPT) et le simulateur Ansys HFSSTM. La majorité des paramètres d’entrée comme l’aimantation à saturation ou le champ d’anisotropie peuvent être mesurés à l’aide de techniques standards de caractérisation statique. Seul le paramètre dynamique, le coefficient d’amortissement, est déterminé à l’aide de la technique en ligne coaxiale proposée dans la première partie de la thèse. L’outil théorique développé est ensuite validé par la modélisation et la réalisation d’un circulateur micro-ruban à jonction Y. Grâce à la prise en compte de l’inhomogénéité des champs internes de polarisation, l’outil théorique proposé permet de mieux prédire le comportement dynamique des dispositifs à ferrites et cela pour tout état d’aimantation. / Ferrites are widely used in microwave electronics, particularly for circulators and insulators, because of their high electrical resistivity and high spontaneous magnetization. Design and optimization of microwave devices using ferrites requires realistic knowledge of its dynamic response, namely complex permittivity and permeability tensor and, on the other hand, control of wave propagation that condition their performance. Commercial simulation software use different theoretical models to describe the permeability tensor according to the state of magnetization. However, most of the electromagnetic (EM) simulators remain limited to certain states of magnetization, due to the simplified assumptions on which their permeability models are based upon.In this thesis work, we presented a predictive electromagnetic tool to study the EM properties of ferrites, whatever their magnetization state is, and takes into account the inhomogeneity of the internal polarization fields. This theoretical modeling approach combines experimental techniques to find the physical parameters of the ferrites, and a theoretical model which will use these parameters to describe the dynamic behavior of ferrites at any magnetization state.In the first part of the thesis, we presented a broadband coaxial line method for damping factor measurement. Theoretical S parameters are calculated using the EM analysis (direct problem) of the measurement cell. In the inverse problem, a numerical optimization procedure is developed to compute the damping factor (α) by matching theoretical S parameters with measured S parameters.During the second part of the thesis, we developed a theoretical EM modeling tool which combines a magneto-static solver, generalized permeability tensor model and commercial simulation software Ansys HFSSTM. Most of the input parameters like saturation magnetization, anisotropy field, etc. can be measured using standard characterization methods, except the damping factor used to represent the dynamic losses. Static input parameters of this theoretical tool are determined using standard material characterization methods.Dynamic input parameter, damping factor is calculated using the coaxial line technique proposed in the first part of this thesis. Theoretical EM tool is validated by modeling, and realizing a microstrip Y-junction circulator. By taking into account the inhomogeneity of the internal polarizing fields, proposed theoretical tool can predict the dynamic behavior of ferrite devices more accurately, at all magnetization states.

Les paliers magnétiques actifs auto-détecteurs sont des transducteurs électromécaniques permettant de réaliser deux fonctions simultanées: une fonction puissance assurant le positionnement du rotor et une fonction capteur de position permettant d'estimer la taille de l'entrefer et la position du rotor. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés au développement de modèles électromagnétiques de paliers magnétiques actifs auto-détecteurs pour leur conception et leur optimisation. Différents modèles ont ainsi été produits durant ces travaux de thèse:- Un modèle haute fréquence d'un matériau feuilleté et polarisé construit à partir d'une mesure de la perméabilité réversible et d'un modèle formel de diffusion haute fréquence;- Un modèle de simulation des courants induits dans un rotor feuilleté générés par la rotation de celui-ci. Ce modèle permet alors de déterminer les pertes par courants induits ainsi que l'effet de la rotation sur l'estimation de la position;- Enfin, un modèle de l'impédance haute fréquence d'un circuit magnétique feuilleté, saturable et polarisé. Cette modélisation se réalise en 3 étapes : calcul magnétostatique non linéaire, intégration du modèle haute fréquence et calcul magnétodynamique linéaire. Ces différentes approches de modélisation ont été validées expérimentalement au moyen d'un cadre d'Epstein et sur deux types de paliers magnétiques. L'ensemble de ces modèles ont ensuite été exploités dans un outil pour la conception optimale de paliers magnétiques actifs auto-détecteur. Finalement, une optimisation multivariable bi-objective a été réalisée de façon à concevoir un palier magnétique actif auto-détecteur optimal à la fois d'un point de vue capteur et d'un point de vue puissance. / Active magnetic bearings with a self-sensing approach are electromechanical transducers. They realize two different functions at the same time: power function for moving the rotor, and sensor function for estimating the size of the air gap and the position of rotor. In this thesis, we developed an electromagnetic model for conception and optimization of these active magnetic bearing. In order to achieve this goal, different models were developed during this thesis:- A high frequency model of a laminated and polarized material builds with a reversible permeability measure and an homogenization model for high frequency;- A simulation model induced currents in a laminated rotor created by its own rotation. This one permits eddy current losses determination and the impact of rotation on the position estimation;- Finally, a high frequency impedance model for a laminated, saturated and polarized magnetic circuit. This model computes in 3 steps: nonlinear magnetostatic calculation, integration of high frequency model and linear magnetodynamic calculation. These different approaches were validated experimentally with an Epstein frame and with two different magnetic bearings. All these models were then exploited in a tool for optimal conception of active magnetic bearings with a self-sensing approach. Finally, a bi-objective multivariable optimization was realized to design an optimal active magnetic bearing to both estimate position and create force.

Wireless power transfer (WPT) systems are important in many areas, such as medical, communication, transportation, and consumer electronics. The underlying WPT system is comprised of a transmitter (TX) and receiver (RX). For biomedical applications, such systems can be implemented on rigid or flexible substrates and can be implanted or wearable. The efficiency of a WPT system is based on power transfer efficiency (PTE). Many WPT system optimization techniques have been explored to achieve the highest PTE possible. These are based on either a figure-of-merit (FOM) approach, quality factor (Q-factor) maximization, or by sweeping values for coil geometries. Four WPT systems for biomedical applications are implemented with inductive coupling. The thesis later presents an optimization technique for finding the maximum PTE of a range of frequencies and coil shapes through frequency, geometry and shape sweeping. Five optimized TX coil designs for different operating frequencies are fabricated for three shapes: square, hexagonal, and octagonal planar-spirals. The corresponding RX is implemented on polyimide tape with ink-jet-print (IJP) silver. At 80 MHz, the maximum measured PTE achieved is 2.781% at a 10 mm distance in the air for square planar-spiral coils.

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