Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 80 réf.

Th. doct.-ing.--Génie électrique--Nancy--I.N.P.L., 1980.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Toulouse, INPT : 2008. Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Université de Tsinghua, Pékin : 2008. / Thèse soutenue en co-tutelle. Texte en chinois, résumé étendu en français. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 38 réf.

Th. 3e cycle--Génie électrique--Nancy--I.N.P.L., 1984.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 juillet 2023) / Les travaux présentés dans le cadre du projet HEPOS en partenariat avec l'Université de Sherbrooke et la compagnie Pratt & Whitney Canada traitent du dimensionnement analytique de machines électriques et de leur simulation. Tout d'abord, une présentation générale des machines à aimants permanents est effectuée. Les types de stators, de bobinages, d'arrangement d'aimants et de matériaux magnétiques sont des exemples traités pour les machines à flux radial et axial. Un bref survol de quelques architectures d'alimentation et de commande pour ces machines sera également fait. Par la suite, le mémoire montre les travaux qui ont été effectués pour obtenir une loi de commande optimale pour les machines dimensionnées. Divers points d'opération sont demandés et le processus d'optimisation développé s'assure de fournir les courants de commande optimaux minimisant les pertes totales de la machine. Pour se faire, une formule paramétrique a été développée en s'inspirant des modèles de pertes magnétiques basés sur les équations de Steinmetz. Cette formule permet d'obtenir les pertes magnétiques totales de la machine pour divers points d'opération. La méthodologie employée pour l'obtention de la formule et l'identification de ses paramètres est également décrite. Des simulations avec le prototype de moteur du Maxwell X-57 de la NASA ont été grandement utiles pour l'élaboration et la validation de ces deux modèles de calcul. Pour continuer, une procédure de calcul analytique de dimensionnement d'une machine à aimants permanents à flux radial a été produite. Cette procédure permet de dimensionner et d'optimiser une machine selon une géométrie générale pour un cahier de charges donné. Les calculs dimensionnels, électriques et mécaniques sont expliqués ainsi que les différentes formules de pertes utilisées pour rendre le modèle le plus précis possible. Les pertes aérodynamiques et de frottement dans les roulements sont ajoutées en plus des pertes joules et magnétiques. Le calcul de l'induction pour un rotor à réseau de Halbach est également présenté puisque l'utilisation de ce type d'agencement d'aimants augmente la densité de couple de la machine. Une fois le dimensionnement analytique complété, une vérification et une correction est effectuée en utilisant un logiciel de calcul de champs par élément finis (Cedrat FLUX 2D) de manière à confirmer les différentes grandeurs électriques calculées de manière analytique. Finalement, le même processus de dimensionnement analytique est appliqué aux machines à flux axial. Pour ce type de machine, un calcul analytique additionnel est présenté de manière à venir approximer la géométrie de la machine à celle d'une machine linéaire. De cette façon, il est possible de calculer le champ magnétique en 2D plutôt qu'en 3D (les machines axiales ayant un chemin de flux asymétrique qui nécessite normalement une étude en 3 dimensions). Le modèle est ensuite confirmé à l'aide du dimensionnement des machines EM188 et EM348 de la compagnie Emrax. Le moteur Emrax 188, est la machine utilisée par l'équipe du Professeur Rancourt à l'Université de Sherbrooke pour construire un banc d'essais. Des mesures expérimentales ont été effectuées sur ce banc de test. Elles ont permis de confirmer les modèles de dimensionnement analytique et de calcul selon le modèle dq et le modèle de pertes magnétiques. / The work presented as part of the HEPOS project in partnership with the University of Sherbrooke and the company Pratt Whitney Canada deals with analytical dimensioning of electrical machines and their simulation. First, a general presentation of permanent magnet machines is made. Types of stator, windings, magnet arrangement and magnetic materials are examples covered for radial and axial flux machines. A brief overview of some power and control architectures for these machines will also be given. Next, work was carried out with the aim to obtain an optimal control law for the dimensioned machines. Various operating points operations are requested and the optimization process developed ensures to provide the optimum control currents by minimizing the total losses of the machine. To do so, a parametric formula was developed based on loss models based on Steinmetz equations. This formula allows to obtain the total magnetic losses of the machine for various operating points. The methodology used to obtain the formula and identify its parameters is also described. Simulations with NASA's Maxwell X-57 prototype machine have been greatly useful for the development and validation of these two calculation models. To continue, an analytical calculation procedure for radial machine sizing has been made. This procedure makes it possible to size and optimize a machine according to a general geometry for a given set of specifications. Dimensional, electrical and mechanical calculations are explained as well as the different loss formulas used to make the model the most precise as possible. The aerodynamic and friction losses in the bearings are added as well as the joule and magnetic losses that are common to see. The calculation of the induction for a Halbach array rotor is also presented since the use of this type of magnet arrangement increases the torque density of the machine in certain conditions. Once the analytical dimensioning completed, a verification and correction is carried out using a calculation software of finite element fields (Cedrat FLUX 2D) in order to confirm the different electrical values calculated analytically. Finally, the same analytical sizing process is applied to machines with axial flow. For this type of machine, an additional analytical calculation is presented in order to approximate the machine geometry as a linear machine. In this way, it is possible to calculate the magnetic field in a 2D environment (the magnetic flux in an axial machine flows with an asymmetric path that normally needs to be studied in three dimensions). The model is then confirmed using the EM188 and EM348 machines from the Emrax company. The Emrax188 is used in a test bench built by Professor Rancourt's team at from Sherbrooke University. Experimental measurements were carried out on this test bench. They allowed to confirm the analytical sizing and calculation models according to the dq and magnetic losses model.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / Ce mémoire porte sur le développement d’une modélisation thermique avec des modèles analytiques, pour la conception de machines électriques. Il concerne plus particulièrement les structures de machines cylindriques à aimants permanents. Nous discutons ensuite du modèle thermique complet de type circuit thermique qui a été réalisé et confronté à des résultats expérimentaux. Ce modèle a une très bonne précision et il nous a permis d’étudier l’effet de différentes variations topologiques sur le comportement thermique ainsi que différentes stratégies de refroidissement. Ce modèle peut facilement être intégré dans un processus d’optimisation. En nous basant sur les mêmes principes, nous avons proposé un nouveau modèle à résistances thermiques combinées pour modéliser les échanges thermiques entre les conducteurs dans les encoches. Ce modèle permet d’apprécier le caractère aléatoire de la disposition des conducteurs dans la bobine et peut être jumelé à un modèle plus global. / This thesis focuses on the development of a thermal modeling with analytical models for the design of electrical machines. It concerns more particularly cylindrical machine with permanent magnets. The methods used to determine the critical parameters of thermal modeling are presented first. We then present the complete thermal model that has been developed and confronted with experimental results. This model has very good accuracy and has allowed us to study the effect of different topological variations on the thermal behavior. It was also possible to analyze and compare different cooling strategies. This model can easily be integrated into an optimization process to determine the maximum permissible losses of a given configuration, or to define the cooling method to use. Based on the same principles, we proposed a new model to simulate the thermal exchanges between the conductors in the slots. This model allows us to appreciate the randomness of the arrangement of the conductors in the coil. It can be paired with a more comprehensive model of the machine in order to refine the resolution of the latter and ensure a more accurate analysis of the thermal behavior of the coils.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3658. Texte en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 121-131. Liste des publications.

Thèse de doctorat : Génie électrique : Lille 1 : 1997. / Bibliogr. f. 155-160.

Thèse (M.A.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [136]-139. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Pour respecter les contraintes sur l’efficacité pour une machine électrique, il est important de faire une évaluation précise des pertes. Dans le cas des machines à aimants permanents alimentées par un onduleur à MLI, le contenu harmonique haute fréquence lié à la modulation peut rajouter des pertes additionnelles dans la machine que les modèles classiques ont tendance à négliger. Le développement de nouveaux modèles de pertes qui tiennent compte des pertes additionnelles, va permettre d’améliorer des méthodes d’analyse et de conception de machines électriques. Dans ce travail de recherche, différentes méthodes pour estimer les pertes dans les machines synchrones à aimants permanents, y compris les pertes mécaniques, les pertes magnétiques et les pertes cuivre sont présentées. Une nouvelle expression pour estimer les pertes magnétiques dans les tôles en tenant compte de l’effet de peau généré par des courants harmoniques de haute fréquence est élaborée. Concernant les pertes d’hystérésis, un algorithme pour l’identification de cycles mineurs est présenté. Un autre modèle analytique pour l’estimation des pertes MLI dans le stator de la machine à aimants permanents et une nouvelle approche pour l’estimation directe des pertes par courant de Foucault dans les tôles par calcul de champ en 2D sont aussi développés. La méthodologie pour la conception d’une machine à aimants permanents montés en surface est brièvement décrite. Un prototype a été conçu et mise en oeuvre pour mesurer les pertes dans différentes conditions de fonctionnement et valider les modèles de pertes. Différents modèles pour les pertes magnétiques sont comparés afin de sélectionner la méthode la plus appropriée dans le domaine du temps ou de la fréquence. Cette méthode est ensuite validée pour un large éventail de conditions de fonctionnement. Les pertes dans deux rotors à aimants permanents (avec et sans segmentation des aimants) sont comparés. L’effet de la segmentation des aimants et le choix du matériel pour la culasse du rotor sont aussi analysés. Les résultats sont ensuite utilisés pour valider les performances d’un modèle analytique pour estimer les pertes par courant de Foucault dans les aimants permanents. / In order to respect the constraints for efficiency in an electrical machine, losses should be accurately estimated. In the case of a permanent magnet machine fed by a PWM supply, the high frequency harmonic content of the current (associated with the modulation scheme), may generate additional losses in the machine which the conventional models tend to overlook. Development of new models which may take account of these additional losses will allow us to improve the analysis and design of the electrical machines. In this work various models for the prediction of losses in a permanent magnet machine including the mechanical losses, copper losses and magnetic losses are presented. A new loss expression for taking account of the skin effect in a laminated magnetic material due to high frequency harmonic content of the stator current is developed. Regarding hysteresis losses, an algorithm for the identification of the minor hysteresis cycles is presented. An analytical model for the estimation of the PWM losses in the stator of the permanent magnet machine, and a new method for the direct estimation of eddy current losses in the lamination material by 2D-FE analysis are also developed. The design methodology for the design of a surface mounted permanent magnet machine is briefly described. A prototype machine is designed and realised to measure the losses in a variety of operating conditions and validate the loss models. Various models for magnetic losses are compared in order to find the most appropriate method in the time or frequency domains. The method which offers the best performance is then validated in a wide range of operating conditions. The losses in two PM rotors (with or without magnet segmentation) are compared and the effect of magnet segmentation and the choice of rotor yoke material are investigated by 2D FE analysis. These results are also used to evaluate the performance of an analytical model for the prediction of eddy current losses in the rotor magnets.