La thèse « Conception multi-physique de machines électriques à flux radial et axial pour des applications à entraînement direct » a été soutenue le 21-09-2017 par Paul Akiki
Sous la direction de Mohamed Bensetti.
À Paris Saclay en partenariat avec CentraleSupélec et le Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris. Elle a été réalisée au Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (GeePs) – CentraleSupélec.Il s’agit d’une thèse Cifre financée par LEROY SOMER.
Le président du jury était Vincent Lanfranchi.
Le jury était composé de Daniel Roger, Maya Hage Hassan, Jean-Claude Vannier, Guillaume Krebs, Mike McClelland .
Les rapporteurs étaient Yacine Amara, Michel Hecquet.
Résumé
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation et l’optimisation de machines électriques pour des applications à entraînement direct. Ils s’inscrivent dans un contexte de réduction de l’utilisation des aimants en terres rares et d’amélioration du rendement énergétique. Un état de l’art des machines électriques est réalisé et l’accent est mis sur les machines à flux radial et axial pour les applications à fort couple et basse vitesse. Une classification est établie visant à identifier les structures intéressantes et innovantes.
L’étude de la machine radiale est d’abord réalisée. Une étude comparative de différentes machines issues de l’étude bibliographique est effectuée. Cette étude a permis de choisir une structure originale à bobinage concentré sur dents et aimants en multi-V. Dans le but de calculer les performances du moteur avec un temps de calcul réduit, une modélisation analytique multi-physique de la structure est réalisée. Un premier dimensionnement de la machine a conduit à la définition d’un prototype qui a servi à la validation expérimentale du modèle multi-physique. Une approche de conception par optimisation multi-objectifs est adoptée pour obtenir les machines optimales répondant à un cahier des charges industriel. La suite de l’étude concerne une machine à flux axial à structure innovante.
Il s’agit d’une machine à double rotor et simple stator avec plusieurs barrières de flux par pôle. Une étude par éléments finis est d’abord réalisée afin de valider le passage d’un modèle tridimensionnel à modèle bidimensionnel. L’analyse des pertes fer a permis de choisir les matériaux utilisés au stator et aux rotors. L’étape suivante consiste à établir un modèle analytique multiphysique de la machine à flux axial et de l’optimiser selon le même cahier des charges que celui de la machine radiale. Finalement, une comparaison entre les deux structures radiale et axiale est effectuée pour évaluer les avantages en termes de densité de couple.