Modélisation numérique de la perte d'aimantation d'aimants permanents sous les contraintes magnétique et thermique rencontrées dans les dispositifs électriques

Numerical modeling of permanent magnet loss under magnetical and thermal constraints encoutered in electrical devices

• Auteur / Autrice : Radu Frăţila
• Direction : Abdelmounaïm Tounzi, Abdelkader Benabou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 28/03/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse thermique

Éléments finis, Méthode des

Induction magnétique

Aimantation

Aimants permanents

Mots clés libres

Démagnétisation

Résumé

Ce travail a pour objectif de développer un outil numérique de modélisation du comportement des aimants permanents tout en tenant compte de la démagnétisation induite par divers facteurs comme la géométrie, le champ induit et la température. Le modèle de démagnétisation est basé sur une expression analytique (l’équation de Marrocco). Il nécessite l’identification de quatre paramètres et l’implémentation des lois polynomiales de variation pour certains d’entre eux afin de prendre en compte la démagnétisation. Ce modèle a été implémenté dans le code de calcul par éléments finis code_Carmel. Pour prendre en compte l’influence de la température, un chaînage a été effectué avec un code thermique, SYRTHES. Afin de valider cet outil numérique, une maquette expérimentale a été développée. Dans un premier temps, le modèle de calcul des pertes par courants induits dans les aimants permanents a été validé en utilisant une approche basée sur une procédure de séparation des pertes qui combine les résultats expérimentaux à ceux calculés. Ensuite, différentes grandeurs globales et locales issues du modèle de démagnétisation des aimants permanents ont été comparées aux mesures expérimentales avec une bonne concordance montrant ainsi l’aptitude du modèle proposé à représenter le comportement d’un aimant permanent soumis à une élévation de la température et à un champ démagnétisant.

This work aims at developing a numerical tool able to simulate the behavior of permanent magnets while taking into account the demagnetization induced by various factors such as geometry, induced field and temperature. The demagnetization model is based on an analytical expression (the Marrocco equation). It requires the identification of four parameters and the implementation of polynomial variation laws for some of them in order to be able to take into account the demagnetization. This model has been implemented in the finite element calculation code code_Carmel. In order to also take into account the influence of temperature the model was coupled to a thermal calculation code, SYRTHES. To validate this tool, an experimental device has been developed. Initially the permanent magnet eddy current losses model has been validated using a loss balance procedure that combines both experimental and numerical approaches. This validation allows then to provide a good estimation of the temperature rise that appears inside the magnets. Finally the permanent magnet demagnetization model has been validated by comparing different global and local calculated values with measured ones. These results showed a good agreement and demonstrated a good ability of the proposed method to take into account the behavior of demagnetization of permanent magnets under the influence of induced magnetic field and temperature.