Contribution au dimensionnement optimal de machines synchrones à aimants déposés en surface pour applications à hautes vitesses

par Floran Martin

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Mohammed El-Hadi Zaïm.

Soutenue en 2013

à Nantes , en partenariat avec École polytechnique de l'Université de Nantes (autre partenaire) .


  • Résumé

    Dans de nombreuses applications (usinage, turbo-compression, transport,. . . ), les machines électriques à haute vitesse sont sollicitées pour améliorer les performances du système. Toutefois, elles cumulent des difficultés d’ordre électromagnétique, thermique et mécanique. Leurs matériaux doivent en effet offrir une bonne résistance aux forces centrifuges, ainsi qu’aux échauffements importants. Le travail présenté concerne principalement la modélisation analytique des pertes par courants induits dans les aimants des machines synchrones à aimants permanents déposés en surface. Deux méthodes originales sont proposées et comparées à des calculs par éléments finis 3D. Nous avons alors retenu la modélisation harmonique : la force magnétomotrice source est décomposée en série de Fourier dont la période est la largeur de l’aimant. La densité de courant induite dans l’aimant est alors déduite en résolvant un problème de magnétodynamique analogue à celui d’une couronne conductrice. Nous proposons ensuite une optimisation de machines à aimants en terre-rare afin de déterminer l’influence de ces pertes sur le dimensionnement optimal. En s’intéressant à la segmentation, nous avons montré que lorsque la largeur de l’aimant est inférieure au double de l’épaisseur de peau relative à un harmonique de rang suffisamment élevé, l’impact des pertes dans les aimants est relativement faible sur le dimensionnement.

  • Titre traduit

    Contribution to optimal design of surface mounted permanent magnet synchronous machines for high speed applications


  • Résumé

    High speed electrical machines are attracted for many industrial applications in order to improve the system performance. However, they accumulate magnetic, mechanical and thermal difficulties. Their materials must stand up to higher centrifugal forces, and higher heating than classic motors. The presented studies relate principally to the analytical determination of the eddy current losses in isolated magnets of surface mounted permanent magnet synchronous machines. Two original methods are proposed and compared to 3D finite element calculation. Therefore, we have picked out the harmonic model : the magnetomotive force, responsible for eddy current, is decomposed into Fourier series whose period is the width of the magnet. The current density induced in the magnet is then deduced by solving a magnetodynamic problem similar to the one in a conductive ring. Thereafter, we proposed an optimization of those machines with rare-earth magnet in order to determine the influence of magnet losses on the optimal design. By focusing on the segmentation, we showed up that when the magnet width is less than twice the skin depth relative to high harmonic, then the impact of the magnet losses is relatively low on the optimal design.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (245 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.169-198

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