Contribution au développement d'un outil d'analyse multiphysique pour la conception et l'optimisation d'actionneurs électromagnétiques

par Zaatar Makni

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Claude Marchand.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Le travail de thèse porte sur le développement d’un outil logiciel pour la conception d’actionneurs électromagnétiques. L’outil est fondé sur une méthodologie hybride qui consiste à associer une approche analytique et une approche numérique. L’association des deux approches est mise en œuvre par le couplage d'un outil logiciel commercial (Pro@Design) d'aide à la conception des systèmes modélisables analytiquement à des codes de calcul éléments finis développés au Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP). L’approche analytique permet d’avoir une solution qui répond globalement aux spécifications d’un cahier des charges. La température et les dimensions des matériaux actifs sont calculés simultanément suivant un modèle de couplage fort électromagnétique – thermique mis en œuvre grâce aux expressions analytiques des lois constitutives des milieux qui explicitent l'interdépendance entre les phénomènes magnétique et thermique. L’approche numérique, offre une modélisation fine des phénomènes physiques en accédant aux variables locales et aux variations spatio-temporelles des différentes grandeurs. En intervenant, dans la démarche de conception proposée, en aval du calcul analytique, l'analyse numérique permet d'abord de valider la solution analytique et ensuite de compléter le dimensionnement. Enfin, la réponse de la structure mécanique de l'actionneur à l’excitation des forces magnétiques est déterminée par une analyse harmonique. Le problème magnéto-mécanique est résolu suivant un modèle de couplage faible permettant de profiter de la précision des calculs éléments finis sans pénaliser le temps de calcul.

  • Titre traduit

    Contribution to the development of a multiphysics-analysis software tool for the design and the optimisation of electromagnetic actuators


  • Résumé

    The present work concerns the development of a software tool for the design of electromagnetic actuators. The tool is based on a hybrid methodology associating analytical and numerical approaches. The association is carried out by coupling a commercial software tool (Pro@Desing) for analytical calculation, and a software under developement in the Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP) for numerical calculation using the Finite Element Method (FEM). The analytical approach uses a model which deals with global quantities and ensure an overall view of the behaviour of the coupled electromagnetic-thermal phenomena. It permits also to analyse the influence of the different geometrical parameters on the actuator outputs using an optimisation procedure. The temperature and dimensions of the different motor parts are calculated simultaneously. The strong coupled model is based on the materials constituve laws which make explicit the interdependence between electromagnetic and thermal phenomena. The numerical approach deals with local variables and informs about space-time variations of the various quantities. In the considered methodology, the numerical analysis is employed after the analytical one first to validate the analytical solution then to complete the design procedure. At last, the mechanical response of the actuator structure to the magnetic forces excitation is determined by a harmonic analysis. A weak coupled magneto-mechanical model based on the FEM is developed. It allows to benefit from the preciseness of finite element calculation without penalizing the calculation time.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (137 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 127-131

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)232
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