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.

Le phénomène des courants permanents dans un anneau traversé par un flux magnétique est un des problèmes les plus fondamentaux de la physique mésoscopique. A l'équilibre thermodynamique, en présence d'un flux magnétique, un anneau conducteur est parcouru par un courant non dissipatif, et ce, bien qu'il ne soit pas supraconducteur. L'existence de ces courants permanents dans des systèmes isolés a pu être établie avec certitude par quelques expériences historiques, même si de nombreux faits expérimentaux restent encore inexpliqués. Il apparaît alors qu'une question primordiale est de savoir si les courants permanents peuvent survivre dans une géométrie d'anneaux connectés, et ce, même si la taille totale du système devient très grande devant Lphi.<br />Nous avons donc réalisé un échantillon comportant quatre ou seize anneaux connectés entre eux, et gravés dans une hétérojonction d'arséniure de gallium. La détection de l'aimantation due aux courants permanents est réalisée par un µ-squid en aluminium, déposé directement sur les anneaux pour un couplage optimal. De plus, un système de grilles métalliques nous permet d'obtenir une mesure précise du niveau de bruit, et une boucle d'étalonnage permet de relier simplement le signal d'aimantation à l'amplitude du courant permanent circulant dans les anneaux.<br />Nous avons ainsi pu montrer deux faits expérimentaux nouveaux : les courants permanents existent toujours dans une géométrie où les anneaux sont connectés, et ce même si la longueur totale de la chaîne d'anneaux est très grande devant Lphi. Par ailleurs, nous avons établi que l'amplitude des courants permanents n'est pas sensiblement modifié que les anneaux soient connectés ou non. Ces résultats montrent que les courants permanents ne sont pas une propriété spécifique aux systèmes isolés et plus petits que Lphi ; il s'agit donc d'un effet quantique robuste, que l'on peut penser observer dans des sytèmes macroscopiques.

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.

Perceived job insecurity is receiving increasing recognition as an important determinant of employee work outcomes. Empirical research consistently shows that job insecurity perceptions are associated with adverse reactions by employees, in terms of reduced psychological well-being (De Witte, 1999), job satisfaction (O'Quin & LoTempio, 1998), and organisational commitment (Rosenblatt & Ruvio, 1996). Turnover intentions for the job-insecure are higher (Tivendell & Bourbonnai, 2000) as well. It is therefore important to understand what may increase or decrease such detrimental effects of job insecurity. Even so, it was not until the late 1990s that much academic literature was published in the field (De Witte & Näswall, 2003). Employees not only worry about their assessment of the likelihood of job loss, but also about the consequences of such an occurrence (Burchell, 2002). This dissertation argues that perceived job insecurity is a function of what an individual believes is an acceptable risk of job loss given their individual circumstances. Based on the literature, a model is developed proposing a number of moderators of the effects of job insecurity. One of those moderators is temporary job status. Little research is available that examines how job insecurity influences the work attitudes and behaviours of temporaries (De Witte, 1999; Kinnuen & Nätti, 1994; Sloboda, 1999). Few studies compare temporaries' reactions to those of traditional, permanent employees. Study one examined whether temporaries had higher job insecurity than permanents in a sample of three hundred and ninety-one employees (122 temporary and 269 permanent) in low to medium level non-academic positions at two Australian universities. No significant differences were found. However, temporaries and permanents reacted differently to job insecurity when a number of individual differences were also considered. The temporary employment literature consistently shows that individuals that prefer temporary work have more positive work outcomes (Feldman, 1990, 1995). Thus the extent of choice temporaries had in their job status was chosen as a potential moderator of job insecurity relationships. Findings indicate that choice in job status differentially influenced the contextual performance, continuance commitment, and turnover intentions of temporaries and permanents, as predicted. For example, when temporaries preferred temporary work and felt secure, they had similar turnover intentions to permanents. Explanations why individuals involuntarily accept temporary work include a lack of job alternatives. Thus another moderator tested was employability, concerning perceptions about finding comparable employment in the event of job loss. Employability influenced the continuance commitment and intention to change job status of temporaries and permanents differently. In particular, the findings suggest that the negative effects of job insecurity worsened for highly employable temporaries, decreasing their continuance commitment, since when secure, highly employable temporaries and permanents had similar continuance commitment levels. Subjective job dependency, as a moderator of job insecurity, affected temporaries and permanents in the same way. Specifically, the more insecure and the less dependent the employee was the lower was their contextual performance. Two sources of social support were also tested in study one. One source, social support from supervisors and co-workers was shown to differentially influence the contextual performance of temporaries and permanents. Specifically, the negative effects of job insecurity were alleviated for temporaries with high organisational social support, such that their contextual performance was higher than that of permanents. Family social support and temporary job status also moderated the relationship between job insecurity and job satisfaction, though not as predicted. For temporaries, the level of family social support did not influence the effects of job insecurity on job satisfaction. For permanents though, family social support alleviated the effects of job insecurity, such that the more family social support experienced the higher the job satisfaction. A follow-up study (n = 116) was conducted one year later. The longitudinal effects of job insecurity were examined. Of the work outcomes assessed, only continuance commitment was predicted by Time 1 job insecurity, once prior levels of the outcome variables were controlled. A second purpose of study two was to test job embeddedness - a measure of employee retention - as a moderator of the relationship between job insecurity and work outcomes. The results indicate that the negative effects of job insecurity were exacerbated when employees perceived their organisation-related sacrifices to be great, lessening both their affective commitment and contextual performance contributions. Theoretical and practical implications of the results of both studies are discussed. For instance, these findings suggest that temporary job status should not be used as a proxy measure of job insecurity. Finally, directions for future research are proposed.

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.

Le travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet TRAX. Il s’agit là du développement de moteurs électriques destinés à la traction des petits véhicules électriques urbains. Les caractéristiques clés d’une machine électrique pour une application de traction sont le couple, le rendement, la fiabilité, l’encombrement et la plage de vitesse à puissance maximale (dé-fluxage). Les machines électriques à aimants permanents répondent à ces exigences. C’est pourquoi ce travail de thèse s’est intéressé à l’étude des performances de machines à aimants permanents en proposant une étude comparative. Un état de l’art basé sur l’étude des brevets des machines électriques dans les applications automobiles est réalisé. Une description des dernières avancées des moteurs électriques principalement des structures à aimants permanents est fournit. Nous avons modélisé une première machine avec une méthode ana-lytique simplifiée basée sur la résolution des équations de Maxwell en 2D. Cette méthode est confrontée à une méthode numérique. Trois nouvelles machines sont définies à partir de la première en modifiant la configuration du rotor. La comparaison de quatre structures à aimants permanents est réalisée par des modèles numériques. Les performances à vide et en charge ainsi que le calcul des inductances dans l’axe direct et en quadrature sont évaluées. Les résultats théoriques sont comparés aux essais expérimentaux. / The thesis is part of the TRAX project. It deals with development of electric motors used for traction of small urban electric vehicles. The key characteristics of an electric machine for traction application are the torque, efficiency, reliability, size and flux-weakening. The permanents magnets electric machines meet these requirements. That’s why this thesis takes interest in the performances of permanents magnets machines by proposing a comparative study. A study of patents for electrical machines in automotive applications is realized. A description of the latest advances in electrical motors, mainly in permanent magnet structures, is provided. We started to model a first machine with a simplified analytical method based on the resolution of Maxwell's equations in 2D. This method is compared with a numerical method. Three new machines are defined from the first one by changing the configuration of the rotor. The comparison of four structures with permanent magnets is realized by numerical models. No load and load performances, as well as the calculation of inductances in the direct and quadrature axis, are evaluated. The theoretical results are compared with experimental tests.