Après avoir fait un bilan bibliographique des réalisations, des modèles analytiques et numériques dumoteur Stirling, on fait un point sur les applications possibles de ce moteur ce qui permet de décrire lecontexte de cette thèse : la cogénération.Les éléments historiques de la bibliographie montrent que le régénérateur est un des éléments essentielssur lequel on peut travailler pour améliorer les performances d’un moteur Stirling.Suite à cela on fait une proposition d’architecture moteur potentiellement capable d’apporter desaméliorations sur 3 difficultés essentielles dans la conception d’un tel moteur.Parmi ces 3 éléments, l’un d’eux concerne le régénérateur qui est alors re-baptisé « partageur »poursignifier sa particularité.La suite des travaux évalue le bénéfice que pourrait apporter le partageur sur le rendement du moteur.On réalise alors une double évaluation de l’effet du partageur au moyen d’un modèle analytique et d’unmodèle numérique. On aura au préalable décrit les bases de ces modèles et les modifications apportées.La conclusion n’est pas qu’un bilan des résultats et propose des perspectives originales qui vont bienau-delà de ce qui peut être fait actuellement en mécanique / After a state-of-the art presentation on achievements, analytical and numerical models of the Stirlingengine, we analyze the possible applications of this engine which allows describing the context of thisthesis : the cogeneration.Historical elements of the bibliography show that the regenerator is a key element on which we canwork to improve the performance of a Stirling engine.After that we make a proposal for engine design that is potentially able to make improvements on threekey challenges in designing such an engine.One of the three elements is the regenerator, named here sharer.Further work shows the potential benefit that the sharer could bring on the engine performance.A double assessment of the effect of the sharer using an analytical model and a numerical model isthen carried out. We precisely describe the basics of these models and propose modifications.The conclusion is not only an assessment of results but it offers original insights that could go beyondwhat can be done now in mechanical engineering.

Th. Sci. phys.--Grenoble 1, 1980. N°: 37. / Extr. en partie de International cryogenic engineering conference, 6, 1976 ; de Electric machines and electromechanics. 3. 1971, 171-175 ; de Cryogenics, 1977, 423-427 ; de I.E.E.E. transactions on magnetics, 15, 1979, 1, 723-726 et de la Revue générale de l'électricité, 88, 1979, 2, 134-140.

Ce travail a pour objectif d'évaluer l'impact de la nanostructuration de résines d'imprégnation, destinées aux isolations statoriques d'alternateur de puissance, sur leurs propriétés électriques et thermiques. La première étape concerne l'étude de résines d'imprégnation aux propriétés physiques supérieures à celles des résines actuellement utilisées. La seconde étape concerne la détermination des caractéristiques de prototypes industriels développés par les sociétés Von Roll et Alstom ; ces prototypes sont composés d'un substrat « ruban » (composé de papier micacé et de tissu de verre) imprégné d'une résine innovante. Les améliorations apportées par les modifications des résines et des rubans permettent d'obtenir, dans le meilleur des cas, des augmentations respectives pouvant aller jusqu'à 14 % pour la rigidité diélectrique, 30 % pour la diffusivité thermique et 100 % pour l'endurance en tension. Une diminution de 33% des niveaux de charges d'espace accumulées est aussi observable. Les résultats obtenus lors de ce travail de thèse montrent qu'il est possible, dans certains cas, d'améliorer les propriétés électriques et/ou thermiques des isolations en modifiant les résines de référence par l'ajout de particules submicroniques de nitrure de bore (BN) et/ou de nanoparticules de dioxyde de silicium (SiO2). Cependant, il est également montré que ces propriétés peuvent être fortement influencées par le processus de fabrication, notamment par les paramètres de polymérisation. / This work aims to access the impact of nanostructuring over the impregnation resin, developed for the electrical insulation of alternator stator bars, on their electrical and thermal properties. The first step of this study concerns the analysis of impregnation resins with improved physical properties with respect to the usual resins. The second part concerns the characterization of prototypes which are manufactured by Alstom and Von Roll companies; these prototypes are composed by a tape (mica paper and glass fabric) impregnated with the innovative resin.In the best case, the modifications of the resins and the prototypes led to respective improvements up to 14 % for the dielectric strength, 30 % for the thermal diffusivity and 100 % for the voltage endurance. A decrease up to 33 % of the space charge levels can be also observed.The results obtained show that it is possible, in some cases, to improve the electrical and the thermal properties of the insulation by modifying the impregnation resin and the prototypes, with the addition of boron nitride (BN) submicron particles and/or silicon dioxide (SiO2) nanoparticles. However, it is shown that these properties can be highly influenced by the manufacture process of the resin and the prototypes, in particular by the curing parameters.

L'augmentation de la demande d'énergie à bord des véhicules et les besoins en machines de traction pour les véhicules hybrides incite à étudier d'autres structures de machines que l'alternateur à griffes. Ici, une structure à double excitation parallèle innovante à été étudiée pour le besoin alternateur. L'introduction des aimants apporte un surplus considérable de puissance, ceci a été mis en évidence en comparant cette structure à une machine à pôles saillants bobinés classique, la puissance a été carrément doublée. Le cahier des charges (3,2 kW) pour cette étude a été atteint sans difficultés. Le principe de double excitation choisi permet le contrôle du flux, et donc du débit avec un simple pont redresseur à diodes. L'étude théorique et expérimentale a montré l'efficacité de la désexcitation par le courant rotor et sans risque de démagnétisation des aimants. La comparaison expérimentale et à iso-encombrement avec une structure à griffes à aimants interpolaires montre la suprématie de cette dernière, en puissance grâce à sa bobine d'excitation globale permettant plus d'ampères tours, et en rendement en faibles puissances grâce à son défluxage total et local. Néanmoins, pour les fortes puissances, la machine à double excitation, de part sa structure bidimensionnelle, ayant moins de pertes fer, à plus de rendement. Une étude plus poussée pourra montrer le positionnement de cette structure pour les applications moteur dans les véhicules hybrides. Une petite comparaison de performances avec la machine à griffes a montré que cette dernière n'est pas automatiquement la meilleure.

L'objectif de ce travail de thèse est de définir un modèle électromagnétique de la machine asynchrone. Celui-ci permet aux électrotechniciens d'utiliser un outil plus performant que les modèles traditionnels. Cette approche offre de grands avantages comme : - un gain de temps par rapport à l'utilisation d'un logiciel de résolution par éléments finis, la caractérisation de la machine même lorsque le circuit magnétique est saturé. La méthode employée pour définir ce type de modèle associe quelques résultats d'un logiciel de calcul par éléments finis pour différents états de saturation, à la détermination des paramètres du schéma équivalent grâce à l'application du diagramme vectoriel de la machine asynchrone. Par rapport au modèle analytique qui utilise la détermination des paramètres par la géométrie de la machine, ce modèle tient compte de leur variation en fonction de la saturation et fournit les performances de la machine quel que soit son état magnétique. Dans ce mémoire, cette approche est notamment appliquée à l'étude et au dimensionnement d'une machine asynchrone particulière par sa forme discoïde et son utilisation en tant qu'alternateur-démarreur pour automobile.

Ce mémoire concerne l'étude des contraintes mécaniques et thermiques que subit l'isolation statorique des alternateurs de centrale hydraulique. La zone plus particulièrement étudiée est la partie frontale des machines. Ainsi, dans le premier chapitre, il est rappelé la structure du bobinage statorique et l'ensemble des contraintes pouvant l'affecter. Cette première partie s'achève par une présentation des systèmes de maintenance prédictive et de leurs limites actuelles. Le deuxième chapitre concerne l'étude du comportement mécanique des développantes d'un alternateur hydraulique. La prise en compte de la non-homogénéité des matériaux par des modèles linéiques et volumiques ainsi que, la géométrie de cette structure sont décrites en détail-Ces modèles sont ensuite appliqués pour analyser qualitativement les déformées modales d'une seule développante puis, de l'ensemble du bobinage. Le troisième chapitre aborde la mesure expérimentale des températures et vibrations de trois alternateurs-moteurs utilisés dans des conditions usuelles de production d'énergie électrique. A partir de plusieurs enregistrements du régime permanent, il est clairement montré que l'isolation possède des propriétés viscoélastiques. Parallèlement, l'étude des régimes transitoires (démarrages et arrêts) nous indique que : * les efforts exercés sur les développantes sont principalement d'origine électromagnétique * l'utilisation du freinage électrique lors des phases d'arrêt peut exciter des modes propres de la machine et ainsi engendrer des niveaux vibratoires très élevés Le dernier chapitre présente un banc d'essai muHicontraintes capable de reproduire, sur un fragment de conducteur, les contraintes mécaniques, thermiques et électriques observées sur un alternateur. Les choix technologiques retenus sont justifiés et illustrés par plusieurs photographies. Enfin, une méthode analytique pour déduire le niveau des contraintes mécaniques dans l'isolation est proposée et validée expérimentalement.

La présente étude concerne l'étude d'optimisation thermique d'une machine électrique. Un modèle nodal est utilisé pour la simulation du champ de température. Ce modèle résout l'équation de la chaleur en trois dimensions, en coordonnées cylindriques et en régime transitoire ou permanent. On prend en compte les deux mécanismes de transport les plus importants : La conduction et la convection. L'évaluation de ce modèle est effectuée par l'intermédiaire de 13 valeurs de débits de référence. C'est en faisant varier ces variables qu'on évalue la performance du refroidissement dans la machine. Avant de partir sur l'étude d'optimisation de cettegéométrie, on a lancé une étude d'optimisation d'un cas plus simple afin de mieux comprendre les différents outils d'optimisation disponibles. L'expérience acquise avec les cas simples est utilisée dans l'optimisation thermique de la machine. La machine est thermiquement évaluée sur la combinaison de deux critères : la température maximale et la température moyenne. Des contraintes ont été additionnées afin d'obtenir des résultats physiquement acceptables. Le problème est résolu à l'aide des méthodes de gradient (Active-set et Point-Intérieur) et des Algorithmes Génétiques.

L'alternateur à griffes est utilisé comme générateur d'électricité dans les véhicules. Il<br />a pour rôle d'alimenter en courant continu tous les récepteurs reliés au réseau de bord, et<br />plus particulièrement de charger la batterie. Les travaux de cette thèse ont pour but<br />d'augmenter le courant fourni par l'alternateur, d'augmenter son rendement et de réduire<br />son bruit acoustique d'origine magnétique. L'application de la méthode des pertes<br />séparées a permis d'étudier la répartition des pertes en fonction de la vitesse de rotation et<br />du courant débité. En s'appuyant sur des simulations éléments finis, les principales<br />causes des pertes Joule statoriques et des pertes fer totales sont déterminées, aussi bien<br />les pertes fer statoriques dues à la composante axiale du flux. Des solutions sont<br />proposées dans le but d'augmenter le courant fourni ainsi que le rendement et de réduire<br />le bruit acoustique d'origine magnétique, toutes ces solutions ont fait l'objet d'une<br />validation expérimentale sur prototypes. Pour finir, une méthode fondée sur des<br />optimisations mono objectif est proposée dans le but d'augmenter le débit et de réduire<br />les ondulations de couple sources du bruit acoustique d'origine magnétique.

L'alternateur à griffes est l'alternateur le plus utilisé dans l'industrie automobile. Afin d'augmenter sa puissance volumique, une solution classique consiste à utiliser des aimants NdFeB entre les griffes. Ces dernières années, le prix des aimants NdFeB a beaucoup augmenté remettant en question leur utilisation. Ce contexte implique de trouver de nouvelles solutions techniques permettant de conserver la même puissance volumique sans utiliser d'aimant NdFeB. Dans le cadre de ces travaux de thèse la solution proposée consiste a utiliser des matériaux magnétiques doux nobles tels que les FeCo (AFK18, AFK1 et AFK502). De part leur coût élevé, nous avons limité leur utilisation au noyau de l'alternateur même si leur utilisation au rotor est également évaluée. Ces travaux s'appuient sur une démarche de dimensionnement multi-niveaux (modèle reluctant et modèle éléments finis) ce qui apporte un bon compromis temps de calcul/précision. Une série d'études a été réalisée avec dans un premier temps, l'identification d'une géométrie de noyau favorable à l'utilisation de noyau en FeCo. Dans un second temps, une étude compare les courants batteries en fonction du FeCo utilisé au noyau avec une optimisation du rotor. Ensuite une étude présente le dimensionnement complet de l'alternateur (optimisation du rotor et du stator avec une étude sur le nombre optimal de paires de pôles) avec un noyau en AFK502 ce qui d'identifier le gain maximal en courant batterie apporté par l'utilisation d'un noyau en FeCo. Pour finir, une dernière étude compare les courants batteries en fonction du FeCo utilisé au rotor avec une optimisation du rotor et du stator.

Les travaux présentés dans cette thèse abordent le sujet de la génération électrique embarquée dans les avions de futur. L'objectif principal étant de trouver de nouvelles structures de machines électriques qui peuvent répondre aux nouvelles exigences avioniques. Nous nous sommes particulièrement intéressés à une Machine à Commutation de Flux à Double Excitation avec Pont Magnétique (MCFDEPM). La structure de cette machine présente plusieurs avantages comme des sources d'excitation statiques, un rotor passif et une structure particulière du stator qui permet d'avoir une faible tension rémanente respectant ainsi les contraintes de sécurité du cahier des charges. Dans le premier chapitre, nous avons présenté un état de l'art sur les machines à commutation de flux à simple et à double excitation. Nous avons donné aussi les règles qui définissent le choix du nombre de pôles statoriques et rotoriques. Le chapitre 2 a été consacré pour étudier les performances électromagnétiques de la MCFDEPM en utilisant un modèle en éléments finis. Ce modèle a été validé par des mesures expérimentales réalisées sur un prototype 3 kW. Dans un dernier chapitre, nous avons mis en place une méthodologie d'optimisation en éléments finis pour améliorer les performances en charge de la MCFDEPM et limiter sa tension rémanente. Les résultats de l'optimisation ont montré des performances bien améliorées. La MCFDEPM se présente comme une bonne candidate pour remplacer la machine à 3 étages dans l'avion du futur. / This work addresses the subject of the embedded electric generation in future aircraft. The main objective is to find a new electrical machine structures that can meet the new avionic requirements. We have been particularly interested in a Hybrid Excited Flux Switching machine with a Magnetic Bridge (HEFSMMB). The structure of this machine has several advantages such as static excitation sources, a passive rotor and a unique stator structure which makes it possible to have a low residual voltage, thus respecting the safety constraints. We have presented in the first chapter a state of the art on singly and doubly excited flux switching machines. We have also given the rules which define the choice of the number of stator and rotor poles. Chapter 2 was devoted to study the electromagnetic performances of the HEFSMMB using a finite element model. This model has been validated by experimental measurements carried out on a 3 kW prototype. In the final chapter, we have put in place an optimization methodology in order to improve the overall performances of the HEFSMMB and to limit its residual voltage. The optimization results showed much improved performances. It can be concluded that the MCFDEPM is a good candidate to replace the three-stage machine in future aircraft.