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 générateurs d'électricité actuels dans les automobiles sont des alternateurs à griffes. Ils présentent une bonne puissance massique à un prix compétitif, mais ont, en contrepartie, un mauvais rendement. Ainsi, comme le besoin en énergie électrique embarquée est en constante évolution, il en résulte que l'impact de la génération d'électricité sur la consommation de carburant n'est plus négligeable. Les travaux de cette thèse ont pour but de modéliser le comportement de l'alternateur à griffes en fonction des paramètres de construction pour pouvoir, par la suite, utiliser des processus informatiques pour optimiser le rendement et / ou la puissance massique. La méthodologie choisie pour modéliser cet alternateur repose sur la théorie des réseaux de réluctances analytiques. Pour déterminer le courant débité par l'alternateur, le réseau de réluctance est couplé à un modèle analytique du redresseur. Ensuite un modèle analytique est établi pour l'ensemble des pertes. Ce modèle est ensuite intégré dans un logiciel d'optimisation sous contraintes de type gradient. Ceci permet alors d'obtenir un ensemble de solutions répondant à des cahiers des charges bien définis avec un nombre important de paramètres variables (18 paramètres de construction sont optimisés). Cette approche présente différentes évolutions possibles pour améliorer le rendement des alternateurs à griffes. Pour finir, une méthode fondée sur des optimisations multi objectifs est proposée pour déterminer le meilleur compromis entre un rendement élevé et une bonne puissance massique.

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. / Claw-pole alternators are often used in automotive industry. Permanent magnets like NdFEB are currently integrated to increased the power density of claw-pole machine. However their higher price brings into question their usage. This tight context implies finding new technical solutions to keep the same power density without NdFeB magnets. The solution adopted consists to evaluate the potential of gain with different soft magnetic materials and more especially FeCo family (AFK18, AFK1 et AFK502). Their higher price imposed us to use FeCo just at the core of the alternator but we have also evaluate their usage at the rotor. This work is based on an adapted design methodology including two modeling level (magnetic equivalent circuit model and finite element model) in order to obtain a good compromise between time computation/accuracy. Several studies have been made with, as a first step, the identification of new core geometry customized for FeCo core. As a second step, a study comparing output current according to FeCo used at the core is presented, rotor is optimized only. As a third step, is exposed the global optimization of the alternator with an AFK502 (rotor and stator optimization with a study on the optimal poles pairs number) in order to identify the maximum output current gain with an FeCo core. Finally, the last study compare output current according to FeCo used at the rotor, rotor and stator are optimized .

Les procédés de fabrication, du fait de leurs imperfections, conduisent à des dispersions des dimensions par rapport au nominal ainsi qu’à une variabilité de celles-ci d’un produit à un autre. Pour les machines électriques, ces imperfections peuvent conduire à des excentricités entre le rotor et le stator ou à des déformations de la surface intérieure du stator (défaut de forme). Dans la littérature, les travaux se focalisent surtout sur l’étude des effets néfastes dus à l’excentricité et pas sur les défauts de forme. De plus, ces travaux sont souvent basés sur une approche déterministe négligeant la variabilité qui peut apparaitre dans le cas de la production de masse. L’objectif de la thèse est donc de mettre en place une méthodologie basée sur une approche probabiliste permettant de quantifier l’effet des imperfections des procédés de fabrication sur la géométrie d’une machine électrique et d’en évaluer l’impact sur les performances. Pour cela, une campagne de mesures dimensionnelles a été effectuée sur 50 machines électriques permettant de caractériser les principaux défauts comme l’excentricité et la déformation de la surface intérieure du stator. Des modèles probabilistes de ces défauts ont été proposés permettant de prendre en compte leur variabilité. L’utilisation d’un modèle numérique de la machine électrique combiné avec des techniques d’approximation creuse ont permis d’évaluer l’influence de ces défauts sur les grandeurs d’intérêt comme la FEM ou le couple. / Due to their imperfections, manufacturing processes lead to deviations on the dimensions which are not equal to their nominal value and as well as a variability on the dimensions from one product to another in the case of mass production. For electrical machines, these imperfections can cause an eccentricity between the rotor and the stator or shape default like the deformation of the inner surface of the stator. In the literature, research focuses mainly on the study of detrimental effects due to the eccentricity but not on shape default. In addition, this research is often based on a deterministic approach neglecting the variability that can arise especially in mass production. The aim of the thesis is to develop a methodology based on a probabilistic approach to quantify on the performances of an electrical machine the effect of imperfections of manufacturing processes on the geometry. First, a campaign of measurements was performed on 50 electrical machines for characterizing the main defaults such as the eccentricity and the deformation of the inner surface of the stator. Probabilistic models of these defaults have been proposed for taking into account their variability. A numerical model of the electrical machine combined with sparse approximation techniques were used to quantify the influence of these defaults on quantities of interest such as EMF or torque.