Méthodologies de conception optimale de systèmes de conversion électromécanique

par Maya Hage Hassan

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Claude Marchand.

Le président du jury était Jean Bigeon.

Le jury était composé de Claude Marchand, Jean Bigeon, Stéphane Brisset, Christophe Espanet, Guillaume Krebs, Sid-Ali Randi, Ghislain Remy.

Les rapporteurs étaient Stéphane Brisset, Christophe Espanet.


  • Résumé

    Cette thèse traite de la conception de systèmes électromécaniques, en particulier des machines électriques dédiées à des applications de traction. La démarche adoptée allie précision des résultats et réduction du temps de calcul du processus. A cet égard, deux thèmes ont été abordés dans cette thèse. Le premier thème concerne la modélisation de machines électriques et l’utilisation de méthodes semi-numériques. Une architecture de réseau de réluctances est proposée pour analyser les performances de machines à flux axial. Elle permet la prise en compte de l'aspect temporel et la caractéristique non-linéaire des matériaux ferromagnétiques. Des modèles basés sur la méthode des éléments finis ont été établis pour valider les résultats de modélisation. Le faible écart entre modèles numériques et semi-numériques montre le bien fondé des méthodes proposées. Des dimensionnements offrant un compromis entre précision de la solution finale et temps de calcul font l’objet du second thème de la thèse. La technique du Space Mapping est connue pour son efficacité, elle permet d'exploiter à moindre coût un modèle précis. Deux techniques qui en dérivent sont proposées en associant la modélisation par réseau de réluctances et des techniques d'optimisation. La première repose sur la modélisation de l'erreur entre des modèles de précisions différentes par une fonction à bases radiales. La deuxième intègre la correction de l'erreur dans la résolution des réseaux de réluctances en couplant les modèles linéaire et non-linéaire d'une machine électrique.

  • Titre traduit

    Optimal design methodologies of electromechanical systems


  • Résumé

    This thesis proposes contributions in design methodologies for electromechanical systems, in particularly electrical machines. The proposed strategy allies precision and reduction in simulation time. Thus, two themes were studied. The first theme concerns electromagnetic modeling by means of semi-numerical models. Reluctance’s network topology is proposed in order to analyze performances of permanent magnet axial flux machines. It can take into account the temporal aspect and the non-linearity of ferromagnetic materials. Finite element models were established in order to compare and validate the proposed modeling strategy. Thus, the small error between models (less than 5%) shows the efficiency of the models. Sizing based on optimization techniques, offering a compromise between final solution and computation time, are treated in the second theme of this thesis. Space Mapping is known as an efficient optimization technique, which enables exploiting costly models without being prohibited by computation time. Two derived techniques are proposed and applied to design the axial flux machines. The first, proposes the modeling of the error between models with different precision through radial basis function. The second embeds error correction in the magnetic equivalent circuit resolution in order to couple linear and non-linear models of an electrical machine.


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