Le travail de recherche présenté dans ce mémoire concerne le développement de capteurs logiciels de position pour la commande de la machine synchrone à aimants permanents. La commande vectorielle de la MSAP nécessite une connaissance précise de la position rotorique. Traditionnellement, cette position est obtenue à partir de l’utilisation d’un capteur mécanique.Depuis des années, l’attention de la communauté scientifique s’est portée sur la limitation du nombre de capteurs vu que leur présence, non seulement augmente le coût et la complexité matérielle totale, mais aussi réduit sa fiabilité avec une sensibilité additionnelle aux perturbations extérieures. Dans une première partie, nous présentons plusieurs types de capteurs logiciels deposition pour la MSAP. En fonction du régime de fonctionnement de la machine, nous proposons le capteur, selon nous, le mieux adapté pour une application automobile. Ce capteur est basé sur le couplage intelligent entre un observateur et un capteur logiciel basé sur la technique d’injection de signaux. Dans une deuxième partie, nous proposons une méthode simple et rapidepermettant l’estimation de la résistance et des inductances statoriques à l’arrêt. La méthode proposée, basée sur la technique d’injection de signaux de haute fréquence, exploite la mise en oeuvre des filtres à variable d’état afin d’obtenir un modèle linéaire par rapport aux paramètres. La combinaison de l’identification à l’arrêt et du capteur logiciel permet une bonne estimationde la position de la MSAP sur une large plage de vitesse y compris les basses vitesses et à l’arrêt. Nous abordons également certains aspects de commande de robustesse vis-à-vis de l’ensemble des paramètres incertains de la machine, mais ce de manière plus prospective. / This thesis focuses on the development of soft sensors for position control of the permanent magnet synchronous machine. Vector control of PMSM requires accurate knowledge of the rotor position. Traditionally, this position can be obtained from a mechanical sensor. Many years ago, the attention of the scientific community has focused on reducing the number of sensorsbecause their presence not only increases the cost and the total hardware complexity, but also reduces its reliability with an additional sensitivity to external disturbances. As a first step, we present several known types of soft sensors for PMSM. We present the complete design of a soft sensor for speed measurement of permanent magnet synchronous motor. The rotor speedand position can be estimated in a wide speed range even at low speed and standstill. We introduce two soft sensors operating in two different ranges of speed. Secondly, a simple method based on high frequency signal injection and exploiting the implementation of state variable filters to obtain a linear model with respect to the parameters is presented. Thus, a simplifiedprocedure of identification based on a least squares algorithm can be used. In an automotive application, the PMSM parameters can change due to temperature variation and aging of the material. Therefore, the coupling of the hybrid soft sensor and the simplified pocedure of identification provides a good estimate of the PMSM position over a wide speed range including standstill. We also consider a new approach to the robust control of the PMSM, but just as a newtrack for further investigations.

La technologie de la réfrigération magnétique présentée dans ce manuscrit constitue une alternative prometteuse à la technologie de production de froid. Le travail effectué a porté tout d’abord sur une étude de la production de froid magnétique et un état de l’art de cette technologie émergente. Nous nous sommes fixés pour objectif de dimensionner et réaliser un réfrigérateur magnétique qui se présente sous la forme d’un actionneur intégré. Le dimensionnement a été réalisé par le biais d’un modèle à éléments finis. Il s’agit d’un dispositif présentant deux entrefers, dont un suffisamment large pour pouvoir accueillir un régénérateur magnétocalorique au sein duquel la valeur de l’induction est la plus élevée possible tout en offrant un profil d’induction de forme trapézoïdale. La réalisation du démonstrateur sur la base des étudeseffectuées par éléments finis constitue la première étape vers la réalisation d’un réfrigérateur magnétique intégré pouvant être logé dans une automobile. Pour finir, et afin d’améliorer encore les performances de notre dispositif, une optimisation de l’inducteur électromagnétique a été effectuée par le biais d’un modèle à éléments finis couplé à un algorithme d’optimisation. / The magnetic refrigeration technology is a promising alternative technology to the production of cold. The work carried out focuses on the technology of magnetic refrigeration, a state of the art of this emerging technology has also been done. A magnetocaloric regenerator is placed in the air gap of the motor. It is necessary to design a motor with an air gap wide enough and where the induction will be as high as possible in order to insert the magnetocaloric regenerator. The regenerator is a hollow cylinder whose dimensions are adapted to the air gap of the synchronous machine. It is intended to contain the magnetocaloric material. The design of the electric motor is made in order to obtain a maximal variation of induction ΔB in the air gap and a temperature difference ΔT as large as possible, improving the magnetocaloric performance of the prototype. The profile of induction should also be as close as possible to a rectangular signal. The realization of the demonstrator based on the finite element studies is the first step towards the realization of integrated magnetic refrigerator which can be housed in an automobile. Finally, and in order to improve the performance of our device, an optimization of the electromagnetic inductor was carried out with a finite element model coupled to an optimizationalgorithm.

Les travaux de cette thèse portent sur la méthodologie de conception des Machines Synchrones à Aimants Permanents (MSAP) avec pour application le véhicule électrique. Dans une première partie, nous avons abordé du contexte de l'étude et de la problématique du dimensionnement. A l'occasion, nous avons montré qu'il est nécessaire d'adopter une méthodologie de design appropriée en fonction de l'avancement de chaque projet dans le cadre du processus de conception. Nous avons alors proposé différents niveaux de modélisation afin de repérer la machine optimale face au cahier des charges pour ensuite la caractériser plus finement et l'optimiser. La seconde partie du rapport traite donc de la modélisation et de l'optimisation de la MSAP. En premier lieu, un modèle analytique permet d'évaluer les performances globales des centaines de machines très rapidement. Ce premier calcul permet de sélectionner les meilleures machines à l'application pour ensuite les optimiser. Puis, le second niveau de modélisation se base sur les réseaux de réluctances. Ce niveau plus fin permet d'une part de retrouver les performances affinées des MSAP et également de procéder à l'optimisation. Enfin, la dernière partie du rapport est consacrée à l'optimisation de la MSAP en vue d'améliorer grandement les performances et de satisfaire au mieux au cahier des charges. / The works of this thesis concern the design methodology of Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) for an electric vehicle application. The first part of this report introduces the context of the study and the problem of design. Then, we have shown that it is necessary to adopt an appropriate design methodology based on the progress of each project in the design process. Thus, we proposed different levels of modeling to identify the optimal machine against the specifications, and then characterize it more finely and optimize. The second part of the report deals with the modeling and optimization of the PMSM. First, an analytical model is employed to evaluate the overall performance of hundreds of machines very quickly. The first calculation is used to select the best machine for the application and then optimize them. Then, the second level of modeling is based on reluctance networks. This model allows finer resolution of the PMSM and also permits to perform optimization. The last part of the report is devoted to the optimization of the PMSM in order to greatly improve performances and meet the specifications.

The master thesis deals with the construction and design of a high-speed synchronous machine with an outer rotor. The thesis is organised into three main chapters. The first chapter deals with machine design theory as well as mechanical limits, which are significant for high speed machines. This chapter also provides examples of applications of these electrical machines. In the second chapter, the initial design of the machine is calculated analytically. This machine design is optimised and the third chapter of this work shows the results of simulations using the finite elements method, including the evaluation of these results.

This master’s thesis deals with a permanent magnet synchronous machine calculation. In the first part of the thesis, the synchronous machine in general is described. Knowledge of these machines is essential for the remaining parts of the thesis. In the next part, an analytical calculation process of a given permanent magnet synchronous machine is presented. The given machine had already been manufactured before the thesis assignment. The calculation is to be adapted to the given machine. This way the parameters of the calculated machine should match the reference machine. The accuracy of the calculation can then be evaluated. Furthermore, calculations of the machine using Ansys RMxprt and Ansys Maxwell 2D are presented. The calculations are then compared with data obtained by measurements performed on the given machine. In the last part of the thesis, a modification in the analytical calculation is made to reduce the inaccuracy of the calculation. The thesis is concluded by evaluating the results.

Tato diplomová práce pojednává o možnostech simulace a modelování elektrických pohonů na základě Bondových grafů. Je zde uvedena základní teorie k problematice. V práci jsou představeny modely stejnosměrného a synchronního stroje sestavené touto technikou. Dále je zde seznámení s Freeware knihovnou Bondových grafů BG V2.1 k programu MATLABSimulink. Za pomocí této knihovny byly sestaveny oba modely strojů. V poslední kapitole je uvedeno srovnání modelování na základě teorie Bondových grafů s modelováním v blokových diagramech.

Táto práca sa zaoberá s modelovaním synchronného stroja s permanentnými magnetmi pomocou metody konečných prvkov. K modelovaniu sme si zvolili 3 fázový synchronný stroj s permanentnými magnetmi na povrchu rotora z firmy VUES. Najprv vypočítame parametre stroja a potom spravíme statický model pomocou programu FEMM a Matlab a budeme hladať možné riešenia na 2D dynamický model. Pomocou programu Ansys Workbench spravíme 3D model tohoto stroja budeme a porovnávať výsledky simulácie.

This thesis deals with simulation’s possibilities of the electromagnetic fields in electrical machines. A finite element method is the final element technique. The content of this thesis is a model and mesh creation and electromagnetic simulation of synchronous machine. The stator and rotor pack termination effect on the synchronous machine.is analyzed by finite element method in ANSYS program. The type of the stator termination pack is described by four segments. The magnetic field distribution is deformed due to the material properties of used segments. In the next part a methodics of mesh creation is shown. The mesh quality (in term of elements number and elements shape) is important due to the solution accuracy and speed.

The topic of this diploma thesis is mathematical model of electric vehicle. The traction drive consists of Li-Ion battery, free-phase DC/AC converter and permanent magnet synchronous machine. The main goal of the thesis is development of function model and making simulations in SIMULINK/SIMSCAPE program. Work is divided into three main parts. The first part is dedicated to the theoretical description of the main drive components. The second part describes partial subsystems of the model. In the last part is build a complete model of electric vehicle and simulated different driving mode.

The aim of the project was to get familiar with the environment of ANSYS CFX, create several models of fans and synchronous machine model in Autodesk inventor, create model of cooling medium flow through the machine with these fans and evaluation of results. Firstly the thesis describes the synchronous machine itself, losses of the machine, the flow of power of synchronous machine and methods of its cooling. Next the thesis describes each kind of heat transfer, laminar and turbulent flow. The thesis also refers of kind of the fans and the program used to calculate the flow Ansys CFX, including the method that Ansys used to calculate. The work describes the individual modification of fans and setting of calculation in ANSYS. Then displays the results of the analysis these fans for different numbers of fan blades and for modification of the fan. Then the thesis analyzes selected modifications due to changing speed. In the last chapter shows the analysis of flow in the machine with three different fans. In particular, there is shown the mass flow rate, pressure and its distribution on areas for evaluation.