Optimisation de gammes : application à la conception des machines synchrones à concentration de flux

par Bill Sesanga N'tshuika

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Frédéric Wurtz et de Albert Foggia.

Soutenue le 25-03-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de génie électrique (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Guy Clerc.

Le jury était composé de Frédéric Wurtz, Albert Foggia, Mohamed el hachemi Benbouzid, Jacques Saint-Michel, Chantal Robach.

Les rapporteurs étaient Christophe Espanet, Yves Le traon.

mots clés

• Optimisation de gammes
• Modélisation analytiques et semi-analytiques
• Réseaux de réluctances
• Méthode déterministe à base de gradient
• Machines synchrones
• Concentration de flux
• Partage des composants

Résumé

Les travaux de cette thèse portent sur l’optimisation de gammes dans laconception des machines synchrones à concentration de flux. Dans un premier temps, unmodèle de dimensionnement multi physique dédié à l’optimisation a été développé pourchaque machine retenue pour cette étude. Un modèle analytique pour la structure à bobinagereparti et un modèle semi-analytique à base de réseaux de réluctances pour la machineà bobinage sur dents. Dans un second temps, nous avons validé nos modèles par comparaisonavec des essais expérimentaux. L’aspect gamme de notre étude nous a contraints à fairecette validation sur différentes machines et pour différents points de fonctionnement. Unepremière phase d’optimisation classique, réalisée grâce au couplage de nos modèles avec uneméthode déterministe à base de gradient a montré la possibilité d’optimiser nos machines.Une démarche originale d’optimisation de gammes basée sur le partage des composants aété mise au point. Son application sur une série de machines a montré que la discrétisationoptimale de tôles dans un diamètre donné est fonction de la vitesse des machines.

mots clés

• Ranges optimization
• Analytical and semi-analylical modeling
• Network reluctances
• Determinist method with the gradient
• Radial permanent magnet
• Synchronous motors
• Components sharing

Titre traduit

Analytical modelling and Optimization of the Ranges of Synchronous Machines with Concentration of Flux

Résumé

The works of this thesis concern the ranges optimization for radial synchronousmachines conception. At first, a multiphysical sizing model dedicated to optimizationwas developed for every retained machine for our study. An analytical model for distributedwinding structure and a semi-analytical model with network reluctances for concetratedwinding motors. Secondly, we validated the models by comparison with the experimentalmesures. The range aspect of the study forced us to make this validation on variousmachines and for various operating points. A first phase of classic optimization, whichis realized due to the coupling of the models with a gradient based determinist methodshowed the possibility to optimize the motors. An original approach of range optimizationbased on the components sharing was developed. Its application on a series of motors showedthat, the optimal discretization of steel sheets in a given diameter is a function of themotor speed.