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Dissertations / Theses on the topic 'Axial flux machine cores'
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Hewitt, Andrew. "The effects of curvature on axial flux machine cores." University of Southern Queensland, Faculty of Engineering and Surveying, 2005. http://eprints.usq.edu.au/archive/00001437/.
Full textAbstract:
This work is an investigation into the curvature related potential for flux to flow in the radial direction in the back-iron of laminated axial flux machine cores. Analytical and numerical models are presented. Analysis based on these models has shown that, in practical axial flux machines, the radial component of the flux density can be neglected with respect to the flux density distribution in the core back-iron. It has also been found that if the core permeability, core conductivity and number of poles are sufficiently high then power loss due to curvature related cross-lamination flux is negligible compared to normal eddy current losses. A closed form expression to predict losses due to curvature related radial flux is also presented. This expression allows axial flux machine designers to make quick assessment of the need to consider these losses when designing axial flux machines.
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Zagheli, Hossein Rahmatizadeh. "Flux and loss distribution in machine stator cores." Thesis, Cardiff University, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.316343.
Full text
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Hines, Derek Braden. "Evaluation of A Novel Axial Flux Variable Reluctance Machine." DigitalCommons@CalPoly, 2012. https://digitalcommons.calpoly.edu/theses/752.
Full textAbstract:
The objective of this thesis is to determine the feasibility of a novel axial flux variable reluctance machine design. The design aims to compete with prevalent rare-earth permanent magnet machines while also implementing an innovative torque ripple minimization strategy. Given the fundamental operating principles, a selection of dimensions, materials, and excitations are prepared for the machine. Special attention is given to the rotor profile which is crucial to operation. Finite element analysis software is used to evaluate a three-dimensional model in terms of inductance and torque. The ultimate potential of the machine is discussed and recommendations for improvement are proposed.
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Colle, Alexandre. "Étude d’une machine supraconductrice à flux axial pour une application aéronautique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0036.
Full textAbstract:
Le monde s’électrifie et plus particulièrement le monde du transport. En cause le réchauffement climatique et la pollution atmosphérique, qui promeut l’énergie électrique comme solution de la transition énergétique. L’électricité est de plus en plus un facteur de décarbonation avec les énergies renouvelables. De plus, l’utilisation de cette énergie est efficace. Le rendement des moteurs électriques peut être supérieur à 90 % contre 30 % pour les moteurs thermiques. Si la possibilité de transporter un grand nombre de passager au sol avec l’énergie électrique est une réalité, il en est autrement dans les airs. Mais le changement est en marche grâce à des projets comme le Solar Impulse, le célèbre avion solaire ayant fait le tour du monde en plusieurs étapes. Ces projets montrent que la technologie est quasiment prête. Le souci d’amélioration pour l’industrie de l’aéronautique concerne la masse des équipements. Pour un avion tout électrique le stockage de l’électricité et les convertisseurs électromécaniques doivent être plus performants que les technologies actuelles. Le stockage électrique est un des enjeux clés de la transition énergétique. Les solutions sont diverses et peuvent être mécanique (volant d’inertie), électrochimique (pile à combustible, batteries), électromagnétique (bobines supraconductrices, supercapacités) ou encore thermique (chaleur latente). La production ou la motorisation électrique est le second aspect de la transition. Les moteurs électriques à aimants permanents possèdent à l’heure actuelle le meilleur ratio puissance/poids, appelé aussi puissance massique. Mais cela est encore insuffisant, c’est la raison pour laquelle des technologies de ruptures sont étudiées comme l’utilisation de matériaux supraconducteurs. L’objectif de cette thèse consiste à étudier les matériaux supraconducteurs qui ont la particularité de n’avoir aucune perte quand un courant électrique les traverse. On y voit donc rapidement un avantage concernant leur intégration dans les machines électriques. Ils permettent d’augmenter le champ magnétique dans l’entrefer d’une machine électrique et d’en réduire le volume et la masse. Il s’agit d’une thématique de recherche importante du laboratoire GREEN de l’Université de Lorraine à Nancy avec lequel cette thèse s’est dérouléeThe world is electrifying, especially the world of transport. Global warming and air pollution are the cause, which promotes electric power as a solution to the energy transition. Electricity is more and more a factor of decarbonation with renewable energies. Moreover, the use of this energy is efficient. The efficiency of electric motors can be more than 90% compared to 30% for internal combustion engines. If the possibility of transporting a large number of passengers on the ground with electric energy is a reality, it is different in the air. But change is on the way thanks to projects such as Solar Impulse, the famous solar airplane that has circumnavigated the world in several stages. These projects show that the technology is almost ready. The concern for improvement in the aeronautics industry concerns the mass of equipment. For an all-electric aircraft, the storage of electricity and the electromechanical converters must be more efficient than current technologies. Electrical storage is one of the key issues in the energy transition. The solutions are diverse and can be mechanical (flywheel), electrochemical (fuel cell, batteries), electromagnetic (superconducting coils, supercapacitors) or thermal (latent heat). Electric power generation or motorization is the second aspect of the transition. Permanent magnet electric motors currently have the best power-to-weight ratio, also known as power-to-weight. But this is still insufficient, which is why breakthrough technologies are being studied, such as the use of superconducting materials. The objective of this thesis is to study superconducting materials which have the particularity of having no loss when an electric current flow through them. We can therefore quickly see an advantage concerning their integration in electrical machines. They make it possible to increase the magnetic field in the air gap of an electrical machine and to reduce its volume and mass. This is an important research topic of the GREEN laboratory of the University of Lorraine in Nancy with which this thesis was carried out
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Scowby, Seath. "Thermal management of an axial flux permanent magnet machine considering heat pipes." Thesis, Stellenbosch : Stellenbosch University, 2003. http://hdl.handle.net/10019.1/53676.
Full textAbstract:
Thesis (MScEng) -- Stellenbosch University, 2003.ENGLISH ABSTRACT: Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) machines have become attractive because of significant improvements in permanent magnets over the past decade, improvements in power electronic devices, and the ever increasing need for more efficient machines in electric vehicle systems. In comparison with the cylindrical radial flux motor, the AFPM machine is better in a number of aspects: short frame; compact construction; high efficiency; brush less construction; good starting torque and high-power density. The common modes of failure and typical operating conditions of AFPM machines are discussed further. The focus of this research project is a prototype AFPM machine developed by the Electrical Engineering Department of The University of Stellenbosch. The machine considered has a power rating of 300 kW and an operating efficiency of 95 % at a speed of 2300 rpm. This specific machine is used as an example to illustrate the thermal characteristics of geometrically similar AFPM machines. The thermal characterization was achieved with the use of two numerical computer models. Firstly a fluid model was specially developed and experimentally verified. The objective of the fluid model was to calculate the mass flow rate of air through any geometrically similar AFPM machine. The fluid model was further used to investigate the effects of different magnet thickness and axial gaps between the stator and the rotor plates on the mass flow rate of air through the machine. The fluid model was verified with experimental testing that was done on a half-scale Perspex model. During the experimental testing the magnet thickness was varied between 2.5 mm, 5.0 mm, and 7.5 mm along with axial gaps of 6.5 mm, 7.5 mm, 8.5 mm, and 9.5 mm. The fluid model showed a correlation to within 10 % of the experimental mass flow rates. The results of these tests showed that the magnet thickness and axial gap between the stator and the rotor plates had no significant effect on the mass flow rate of air. The fluid model was based on one-dimensional, steady-state, and incompressible flow. The second numerical computer model was a thermal model. This model was used to calculate the transient temperature response of the AFPM machine. The model was based on a twodimensional transient finite difference solution technique. Experimental temperatures taken from the prototype AFPM machine were used to verify the thermal model. Correlations between the experimental and theoretical temperatures were within 5.8 % of each other. The thermal model was used to investigate the effect of geometrical changes on the temperatures in the AFPM machine. It was found that these geometrical changes had no significant effect on the temperatures in the AFPM machine. It was also established that increasing the air mass flow rate over about I kg/s had no further effect on lowering the temperatures. The stator was also identified as being the most critical component as it reached its maximum temperature limit before any other component. Heat pipes were considered as an alternative thermal management technique. The location of the heat pipe was limited to the stator. Further simulations were done to investigate the effect of the heat pipe properties on the amount of heat removed from the stator. Recommendations were made concerning the thermal management of the current and possible future prototype AFPM machines. It was recommended that a further more detailed investigation into the use of heat pipes be considered. This recommendation is substantiated by the fact that in this research project only one type of heat pipe was considered and its location was limited to within the stator.
AFRIKAANSE OPSOMMING: AFPM masjiene het meer aantreklik geword weens betekenisvolle verbeteringe in permanente magnete gedurende die laaste dekade, verbeteringe in elektroniese toestelle en die vraag na meer effektiewe masjiene in elekriese voertuigstelsels. Die AFPM masjien is beter as die Silindriese Radiale Fluksie Motor wat die volgende aspekte betref: die kort raamwerk; kompakte konstruksie; hoe effektiwiteit; borsellose konstruksie; goeie aanvangsdraaimoment; en hoe-krag digtheid. Die algemene vorms van faling en ook die tipiese werkstoestande van die AFPM word verder bespreek. Hierdie navorsingsprojek fokus op die prototipe AFPM masjien wat ontwikkel is deur die Elektriese Ingenieurs Departement van die Universiteit van Stellenbosch. Die masjien onder bespreking wek 300 kW per uur op en is 95% effektief teen 'n spoed van 2300 rpm. Hierdie masjien word gebruik om die termiese kenmerke van geometries-gelyksoortige masjiene te illustreer. Die termiese eienskappe is bepaal deur die gebruik van twee numeriese rekenaarmodelle. Eerstens is 'n vloeistofmodel spesiaal ontwerp en eksperimenteel geverifieer. Die doel van die vloeistofmodel was om die massa vloeitempo van lug deur enige geometries-gelyksoortige AFPM masjien te bereken. Die vloeistofmodel is verder gebruik om die uitwerking van verskillende magneetdiktes en aksiale gapings tussen die stator en die rotorplate op die massa vloeitempo van lug deur die masjien te ondersoek. Die vloeistofmodel is geverifieer deur eksperimentele toetsing wat gedoen is op 'n halfskaal Perspex model. Tydens die toetsing het magneetdiktes gewissel tussen 2.5 mm, 5.0 mm en 7.5 mm en die aksiale gapings tussen 6.5 mm, 7.5 mm en 9.5 mm. Die vloeistof model het 'n korrelasie van binne 10 % van die eksperimentele massa vloeistempo getoon. Die resultate van hierdie toetse het getoon dat die magneetdiktes en die aksiale gapings tussen die stator en die rotorplate geen noemenswaardige uiterking op die massa vloeitempo van lug gehad het nie. Die vloeistofmodel is gebaseer op een-dimensionele, gestadigde, onsamedrukbare vloei. Die tweede numeriese model was 'n termiese model. Hierdie model is gebruik om die transiente temperatuur respons van die AFPM masjien te bereken. Die model is gebaseer op 'n tweedimensionele, transiente eindige-verskil oplossingstegniek. Eksperimentele temperature gemeet op die prototipe AFPM masjien is gebruik om die termiese model te verifeer. Die eksperimentele en teoretiese temperature het binne 5.8% met mekaar gekorrelleer. Die termiese model is gebruik om die uitwerking van geometriese veranderinge op die temperatuur in die AFPM masjien te ondersoek. Daar is gevind dat hierdie geometriese veranderinge geen noemenswaardige uitwerking op die temperature van die AFPM masjien gehad het nie. Daar is ook vasgestel dat 'n vermeerdering in die lug massa vloeitempo yerby I kg/s geen verdere uitwerking het op die verlaging van die temperatuur gehaad het nie. Die stator is ge-identifiseer as die mees kritiese komponent aangesien dit sy maksimum temperatuur limiet bereik het voor enige ander komponent, Hittepype is oorweeg as 'n alternatiewe termiese bestuurstegniek. Die plasing van die pype is tot die stator beperk. Verdere simulasies is uitgevoer om die uitwerking van die hittepyp eienskappe op die hoeveelheid hitte wat verwyder word van die stator te ondersoek. Aanbevelings is gemaak m.b.t die termiese bestuur van die huidige en moontlike toekomstige prototipes van AFPM masjiene. Daar is aanbeveel dat daar in meer besonderhede ondersoek ingestel word na die gebruik van hittepype. Die rede hiervoor is dat daar in hierdie studie net gebruik gemaak is van een tipe hittepyp en dat die plasing daarvan beperk is tot binne die stator.
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Veflingstad, Thomas. "Axial flux machines with super high torque density or super high efficiency : Design Optimization of an Axial Flux Permanent Magnet Machine Using Genetic Optimization." Thesis, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for elkraftteknikk, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-27163.
Full textAbstract:
An analytical model of an axial flux permanent magnet machine has been made. The model were based on a 2-D magnetic circuit calculated at average length assuming a constant magnetic and electric loading. The model were optimized using the built-in features in MATLAB.Genetic Algorithms (GA), Gradient Based Interior-Point optimization and a hybrid combination of the two were used to optimize the design. The model were objective functions used were total material cost and total lifetime cost.The lowest average material cost were found by using hybrid GA. The material cost of the cheapest design were 58.86 \% lower than the original design. The efficiency of this solution was 13.7 \% and the power factor was 0.3.Constraints were put on the power factor to improve the optimization result. A machine design was then found with a 0.85 power factor, a 33.3 \% efficiency and a material cost 40.94\% lower than the original design.Optimizing the design with regards to total lifetime cost increased the efficiency of the machine to 58.5 \%. The material cost of the machine increased 4.3 times compared to the cheapest design, but the total lifetime energy cost of the machine was decreased 82.58 \%.A graphical user interface has been made for the optimizations by using GUIDE, MATLABs Graphical user interface designer. Through the user interface, constraints can be defined and the objection function can be changed. The most important results are displayed directly in the GUI, and additional results are displayed in the command window in MATLAB.
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Boussey, Thomas. "Étude et dimensionnement de machine à flux axial pour le véhicule hybride électrique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT017/document.
Full textAbstract:
Dans le cadre du développement du véhicule électrique hybride, les machines électriques pour la traction sont l’objet d’un effort toujours plus important de recherche et de développement. En particulier, les contraintes d’encombrement allouées à ces machines sont toujours plus sévères et la recherche se porte vers des structures de machines compactes. C’est dans ce contexte que nos travaux se sont portés sur l’étude et le dimensionnement de machine à flux axial pour une application hybridation douce (Mild Hybrid) d’alterno-démarreur monté sur vilebrequin de puissance 50 kW et de couple 205 Nm en régime transitoire. Un état de l’art des machines à flux axial est présenté. Une analyse des configurations de bobinage avec la méthode de l’étoile des encoches est détaillée. Un début d’analyse de la machine à commutation de flux est proposé. La méthodologie de dimensionnement est étayée. Elle repose sur des études de sensibilité, un dimensionnement paramétrique, mais aussi une optimisation de la machine. Les modèles utilisés sont de type éléments finis et surface de réponse par plan d’expériences. Enfin, une étude thermique de la machine est effectuée et des pistes sont données pour l’amélioration de l’échange thermique par refroidissement diphasiqueIn the context of development of the hybrid electric vehicle, electric machines for traction are under extensive investigation. In particular, volume constraints are more and more severe and research is carried out towards compact structures. This work is focused on the study and the design of axial flux machine for a mild-hybrid application of an integrated starter generator mounted on the crankshaft. Its ratings in transient mode are 50 kW and 205 Nm. A literature review of axial flux machines is presented. A analysis of winding configurations with star of slots method is detailed. A beginning of analysis of switching-flux machine is proposed. The methodology of design is detailed. It is based on sensitivity analysis, parametric design and optimization of the machine. Utilized models are finite element model and response surface by design of experiments. Finally, a thermal study of the machine is carried out and some ideas are given to improve the thermal exchange by diphase cooling
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Linder, Johan. "An integrated brake disc and electric drive for vehicle propulsion : A FEASIBILITY STUDY." Thesis, KTH, Skolan för elektro- och systemteknik (EES), 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-187652.
Full textAbstract:
In this thesis, the feasibility to integrate an brake disc and electric machine is investigated. In wheel motors (IWMs) have several advantages, such as saving space in the vehicle, individual and direct control at the wheels and the absence of a mechanical transmission. However, today’s IWMs are heavy and, thus, negatively affect the driving performance of the vehicle due to the increase of the unsprung mass. By integrating an already existing part in the wheel, this increase of the unsprung mass can be minimized. The brake disc manages high temperatures, a significant wear in rough environ-ment, which puts high demands on the rotor. The second part of the machine, the stator, will be significantly affected by the high temperatures of the rotor. The temperatures of the stator are transferred by convection, conduction and radiation from the rotor or brake disc. Liquid cooling of the stator back is analyzed as a potential solution for handling the high temperatures. In order to analyze the feasibility of the concept, thermal, electric and mechanical modelling has been used. The evaluation whether it is possible or not to integrate the brake disc has been with regard to the results of weight, cost, thermal tolerance and electric performance.I detta arbete undersöks möjligheten att integrera en bromsskiva med elmaskin. Hjul-motorer har flera fördelar, bland annat sparas utrymme i själva bilen, individuell kontroll samt drivning av hjulen utan mekaniska transmissioner. Men hjulmotorer som kan användas idag väger oftast så pass mycket att den odämpade massan ökar kritiskt och köregenskaper av fordonet då blir lidande. Genom att integrera en befintlig del i hjulet kan ¨okningen av odämpade massan minskas. Att använda bromsskivan som rotor, kräver att denna tål temperaturer ¨over 500◦C samt påfrestningar och slitage som en vanlig mekanisk friktionsbroms måste uthärda. Den andra delen av maskinen, statorn kommer även denna att påverkas av de höga temperaturerna av bromsskivan som kommer ledas via konvektion, konduktion och strålning. Möjligheten att kyla statorn med vätska och om detta är tillräckligt undersöks. För att analyserna genomförbarheten av projektet har termiska, elektriska och mekaniska modeller använts. Resultaten har analyserats där maskinens vikt, kostnad, termisk tålighet och elektrisk prestanda har legat till grund för bedömningen om lösningen; att integrera en broms-skiva med elmaskin är rimlig eller ej.
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Husain, Tausif. "DESIGN, ANALYSIS AND IMPLEMENTATION OF A NOVEL DOUBLE SIDED E-CORETRANSVERSE FLUX MACHINE WITH AXIAL AIRGAP." University of Akron / OhioLINK, 2017. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=akron1500561964286682.
Full text
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Malloy, Adam. "Thermal management of the permanent magnets in a totally enclosed axial flux permanent magnet synchronous machine." Thesis, Imperial College London, 2014. http://hdl.handle.net/10044/1/25094.
Full textAbstract:
Elevated magnet temperature in Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Machines (AF PMSM) adversely affects torque production, material cost, and the risk of demagnetisation. These machines show promise in applications requiring high power density, however the factors which affect magnet temperature have rarely been investigated. This is therefore the focus of the thesis. A multiphysics numerical model was formulated which predicted the loss, flow, and temperature fields within an AF PMSM. A criterion for estimating the relative importance of the fluctuating component of a periodic heat source on the temperature response of a device was proposed and validated. In this work it was used to justify a steady state, rather than transient, thermal analysis. Thermometric and electrical measurements were taken from an instrumented AF PMSM to validate the numerical predictions. A novel magnet loss measurement technique was implemented; losses were determined by measuring the initial temperature rise rate of the magnets. This was achieved via a calibration relating temperature rise to voltage constant. It was found that 99% of the heat generated in the magnets was convected to the inner cavity of the machine, due to the inner cavity's recirculating flow structure this heat was dissipated to the casing and core. As a proportion of all heat entering the inner cavity 56-62% left to the casing while 28-41% left to the core. Magnet hot spots were found to be up to 13% greater than the mean temperature rise. Their location was influenced by the distribution of losses and the direction of shaft rotation. Temperature gradients within the inner cavity caused the magnet's trailing edge to incur a 10% greater temperature rise than the leading edge. As increasing temperature decreases the coercivity of magnet materials these findings are a crucial contribution to the understanding of devices where local demagnetisation is of concern.
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Laoubi, Yanis. "Modélisation des machines électriques par les réseaux de perméances génériques : cas des machines à flux axial." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMLH17.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique du dimensionnement de structures innovantes de génératrices, à savoir les machines à flux axial ou encore discoïdes, destinées aux éoliennes de grande puissance allant jusqu'à deux dizaines de mégawatts. Les machines synchrones à aimants permanents à flux axial étant intrinsèquement tridimensionnelles, l'optimisation de leur dimensionnement nécessite un modèle dimensionnant tridimensionnel et multiphysique qui peut être, de par sa nature 3D, très consommateur en mémoire et en temps de calcul. On se propose donc, dans ce mémoire, de développer une approche de modélisation par constantes localisées offrant un très bon rapport entre vitesse de calcul et précision afin d'accélérer de façon significative les premières phases de la procédure de dimensionnement. L'approche par constantes localisées peut par ailleurs s'appliquer de manière similaire aux principales physiques concernées (magnétique, thermique et mécanique). Plus particulièrement pour la partie magnétique, l'approche par constantes localisées est mise en œuvre par le biais de réseaux réluctants magnétiques génériques. Le principe de la méthode développée repose sur le découpage de la géométrie de la machine en volumes élémentaires finis parallélépipédiques à l'instar de qui est fait avec la méthode des éléments finis. En effet, chaque volume élémentaire étant modélisé par un réseau réluctant local, le découpage de la géométrie conduit à la génération automatique du système algébrique magnétique de la structure et dont la solution fournit la distribution locale du potentiel scalaire magnétique aux nœuds des volumes élémentaires. Cette approche de modélisation a été implémentée dans un code de calcul interne au GREAH. La modélisation de la génératrice à flux axial par réseaux réluctants a été validée par des simulations 2D et 3D par éléments finis. Le code de calcul développé intègrera les travaux en cours sur les modèles thermique et mécanique au GREAH afin d'aboutir à un code de calcul multi-physique par constantes localiséesThe aim of this PhD thesis is to propose a design approach of the axial flux permanent magnet synchronous generator for multi megawatts wind converter application. The axial flux permanent magnet synchronous machine being intrinsically three dimensional, a 3D multiphysics sizing model is needed in order to conduct an efficient optimal design of this type of machines. Unfortunately, 3D multiphysic models are generally issued from finite element method. So, they are very heavy to be handled in a reduced time from an engineer point of view and especially at the first stages of the design procedure. In order to address the faster axial flux machine design, this PhD thesis develops a lumped parameters approach modelling offering a good computation time to precision ratio and thus helping to reduce considerably the spent time in the first stages design procedure. The lumped parameters modelling approach is also well suited for the modelling of the three main physics to be considered in an electrical generator (magnetic model, thermal model and mechanical model). For the magnetic model, the lumped parameters approach consists, in this thesis, in the development of a generic magnetic reluctance network linked to the machine geometry. In fact, the latter is divided into parallelepipedic elementary volumes, each of them is modelled by a local reluctance network. The reluctance network of the hole machine geometry results then automatically in an algebraic magnetic system, the solution of which provides the distribution of the scalar magnetic potential at the elementary volume nodes. The described lumped parameters modelling was implemented in a computational code developed at the GREAH Lab. The effectiveness of the reluctance network axial flux machine modelling was validated by 2D and 3D finite element simulations. The lumped parameters computational code will regroup the ongoing developments of thermal and mechanical models at the GREAH Lab in order to reach the completion of a mutliphysics lumped parameters computational code
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Dumas, Florian. "Contribution à l'étude des machines polyentrefers à aimants permanents et à entrefer réduit.Applications aux machines à flux axial à hautes performances sous contrainte d'encombrement." Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20151.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude de machines polyentrefers et leurs limitations, dans le contexte d'avion plus électrique et du projet de déplacement des avions au sol. Ces moteurs, basés sur l'utilisation de plusieurs éléments mobiles et fixes mis en parallèle, permettent d'obtenir de hautes performances. Une étude sur les tolérances des dimensions des éléments actifs montre que les performances peuvent être dégradées si des précautions lors de la réalisation ne sont pas prises et si les entrefers utilisés ne sont pas faibles. Ce manuscrit présente un système totalement innovant permettant d'utiliser un entrefer réduit à son minimum sans que les performances ne soient dégradées par de la friction. Ce système est appelé système de compensation des efforts de plaquage. Afin de développer un moteur tournant à entraînement direct dans le cadre du taxiage des avions, deux topologies différentes de machines discoïdes sont étudiées et dimensionnées. Les résultats favorisent l'utilisation d'une des deux structures, à entrefer réduit, pour réaliser un maximum de couple dans le volume donné. Afin de prouver la faisabilité du système innovant sur un moteur discoïde, la réalisation d'un prototype laboratoire complet est proposée. Des simulations thermiques et du comportement du système innovant permettront de valider ces étudesThis thesis focuses on the study of multi-air gap machines and their limitations, in the framework of more electric aircraft and the project of moving aircrafts on the ground without the main engines. These motors, based on the use of mobile and fixed parts disposed in parallel, induce high performance. A study concerning the tolerance for the dimensions of active parts shows that performance can decrease if precautions are not taken during manufacturing and if the air gaps are not small. This manuscript presents a totally innovative system that permits the use of an air gap reduced to its minimum without reducing performance by friction. This system is called system of attraction control. In order to develop a direct-drive motor for aircraft taxiing, two different topologies of disc-type machines are studied and sized. The obtained results encourage the use of one of the two structures with reduced air gap to realize maximum torque in the fixed volume. To prove the feasibility of the innovative system on a disc-type motor, the conception of an entire laboratory prototype is proposed. Thermal modelling and simulations on the innovative system behaviour will validate the presented work
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Kierstead, Harold Junior. "Design of a single-sided axial flux PM in-wheel electric vehicle machine with non-overlap stator windings." Thesis, Stellenbosch : University of Stellenbosch, 2009. http://hdl.handle.net/10019.1/2007.
Full textAbstract:
Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2009.ENGLISH ABSTRACT: With the current worldwide energy problems electric vehicles are set to replace conventional combustion engine vehicles. Electric vehicles with gearless in-wheel mounted brushless permanent magnet motors provide a more flexible and efficient means of vehicle propulsion but the electric motors, particularly the non-overlap stator winding type have not been fully researched. This study focuses on the selection and design of suitable in-wheel hub drive machine. Several machine topologies are evaluated and the single-sided axial flux machine is chosen. The average vehicle requirements are determined and design optimisations are carried with the aid of finite element analysis and an optimisation algorithm. A comparison of torque quality between single-layer and double-layer machines is carried out and it is found that double-layer machines have the least torque ripple and single-layer machines with un-equal teeth the best torque per ripple characteristics. A 16 kW, 30-pole 27-slot prototype machine optimised for power density is built, and it is found fitting for the application meeting the design requirements. The prototype machine is extensively tested and good agreement is found between finite element and measured results. The well known axial flux attraction forces are encountered in the prototype machine and they are overcome by suitable bearing selection and mechanical design. It is found that theoretical and measured cogging torques are inconsistent, the reason for this is that practical machines are not absolutely ideal due to material and manufacturing tolerances. Excessive rotor losses are found in the prototype machine and appropriate methods for their reduction are presented. This work does not aim to find the best in-wheel hub drive solution, but instead looks to uncover some of the technical available solutions.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Met die huidige wêreldwye energie probleme, is elektriese voertuie bestem om konvensionele binnebrandenjin voertuie te vervang. Elektriese voertuie met ratlose binnewiel-geleë borsellose permanente magneet motors, voorsien „n meer aanpasbare en effektiewe metode van voertuig aandrywing, maar die elektriese motors, veral die oorvleulende stator winding tipe is nog nie ten volle nagevors nie. Hierdie studie fokus op die keuse en ontwerp van „n binnewiel aandryf masjien. Verskeie masjien uitlegte word geëvalueer en „n enkelkant aksiaalvloed masjien is gekies. Die gemiddelde voertuig behoeftes word bepaal en ontwerp optimalisering word uitgevoer met behulp van eindige element analise en „n optimaliserings algoritme. Enkellaag en dubbellaag masjiene se draaimoment kwaliteit word vergelyk. Die bevinding is dat dubbellaag masjiene die laagste draaimoment rimpel toon terwyl die enkellaag masjiene, met oneweredige tande, die beste draaimoment per rimpel karakteristieke toon. „n 16 kW, 30 pool, 27 gleuf prototipe masjien, wat vir drywingsdigtheid ge-optimaliseer is, is gebou en is geskik vir die toepassing en die vereistes. Die prototipe masjien is getoets en goeie vergelykings word getref tussen die eindige element analise en die gemete resultate. Die alom bekende aksiaal vloed aantrekkings kragte word in die prototipe masjien gesien en word oorkom deur die regte rollaer keuse en meganiese ontwerp. Nog „n bevinding is dat die teoretiese en gemete waardes vir die vertandings draaimoment nie ooreenstem nie. Die rede hiervoor is dat die praktiese masjien nie ideaal is in terme van materiaal en vervaardigings toleransies nie. Groot rotor verliese in die prototipe masjien is gevind en goeie metodes vir die minimering daarvan word voorgestel. Hierdie werk is nie „n soektog na die beste binnewiel aandrywings oplossing nie, maar mik eerder om sommige van die tegniese beskikbare oplossings te onthul.
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Akiki, Paul. "Conception multi-physique de machines électriques à flux radial et axial pour des applications à entraînement direct." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLC055/document.
Full textAbstract:
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 coupleThe work presented in this thesis deals with the modeling and optimization of electrical machines for direct drive applications. The objective is to reduce the use of rare earth permanent magnets along with the improvement of the motor’s efficiency. A state of the art of electrical machines is realized. It focused on radial and axial flow structures for high torque and low speed applications. A classification is established to identify interesting and innovative structures. Firstly, the radial machine is studied. The choice of the structure is made after a finite element comparison of different machines resulting from the literature. This led to an original structure with concentrated winding and multi-V shape barriers. Then, a multi-physics analytical modeling of the structure is detailed in order to calculate the performances with a reduced calculation time. A preliminary design led to the definition of a prototype which was used to experimentally validate the multi-physics model. An optimization design approach is adopted to obtain optimal machines meeting industrial specifications. Secondly, a novel axial flux structure is studied. It is a machine with double rotor and single stator with several barriers per pole. A finite element study is carried out in order to validate the transition from a three dimensional to a two-dimensional model. The analysis of iron losses made it possible to choose the materials used in the stator and the rotors. Then, the development of a multi-physics analytical model for the axial machine is proposed. It is used to optimize the structure according to the same specifications defined for the radial machine. Finally, a comparison between the radial and axial structures is performed in order to evaluate the advantages in terms of torque density
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Lacina, David. "Malý axiální motor pro čerpadlo." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2017. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-318186.
Full textAbstract:
This thesis aims to design a motor with axial magnetic flux, which could be used as a direct propeller of heart replacement pump. It is divided into several parts, first of which deals with describing possible axial motors construction design. Next follows up the description of possible motor designs, from which the non-ferrous one was chosen. After that, an analytic calculation of motor’s properties is conducted. Calculated parameters are thereafter verified by software tools using finite element method. Finally, the whole motor was manufactured and had its parameters tested and verified.
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Fernandez, sanchez Alejandro. "Étude de machines électriques non conventionnelles pour des alternateurs industriels." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC084/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s’intéresse à l’analyse de structures de machines électriques non conventionnelles destinées à la production d’électricité par des groupes électrogènes. Les topologies recherchées doivent utiliser moins de matières actives et/ou simplifier la procédure de fabrication par rapport aux machines actuelles.Une des structures est dédiée au système d’excitation de la machine. Elle possède un stator à griffes avec un bobinage toroïdal. Son dimensionnement est réalisé à l’aide d’un modèle de calcul par éléments finis en 3D, qui a été validé expérimentalement. Cette structure permet d’obtenir une réduction significative de la quantité de cuivre dans le bobinage.Les deux autres structures traitées concernent l’alternateur principal. Une machine synchro-réluctante à barrières deflux et à rotor bobiné a été proposée. L’objectif est d’augmenter la densité de couple grâce au couple de saillance. Elle est dimensionnée et comparée avec la structure conventionnelle. Ce cas met en évidence les limitations des structures proches de la structure actuelle.La dernière structure est une nouvelle topologie de machine électrique. Elle combine les caractéristiques des machines à flux axial et des machines à griffes, permettant de simplifier le système d’excitation. Une approche de modélisation originale a été développée pour l’analyse de cette topologie 3D en vue de son dimensionnement par optimisation. Le système d’excitation a un rôle important dans les performances de cette machine.Cette thèse constate aussi que l’évolution future des matériaux magnétiques pourrait tirer meilleur profit des structures non-conventionnelles avec des trajets de flux tridimensionnelsThe PhD project aims to analyse nonconventional structures of electric machines for electric power generation with diesel gensets. The researched topologies should use less active materials and/or simplify the manufacturing process compared to today’s machines.One of the structures is intended for the excitation system of the electric machine. It is composed of a claw-pole stator and a toroidal winding. It is designed using a 3D Finite Element model, previously validated by a prototype. This structure allows a significant reduction of the quantity of copper of the field winding.The other two structures under study are proposed for the main generator. A synchronous-reluctance machine with flux-barriers and a field winding in the rotor is analysed. The objective is to increase the torque density by increasing the reluctance torque. The designed machine is compared to the conventional structure. This case shows the limitations of structures similar to the current structure.The last structure is a new topology of electric machine. It combines the characteristics of claw-pole machines andaxial-flux machines. An original modelling approach is developed to analyse this 3D structure for its design based on an optimization algorithm. The study shows that the excitation system has a key role in its performances.This work also notes that the future evolution of magnetic materials should benefit the use of non-conventional structures with 3D flux paths
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Giraud, Dominique. "Modélisation et optimisation de machines à griffes et flux axial pour la traction automobile." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0167.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude de machines à griffes et flux axial pour traction automobile. Dans un contexte industriel, l’objectif n’est pas la recherche absolue de précision mais la mise au point des outils permettant d’obtenir le plus rapidement possible des informations utiles au dimensionnement et à la prise de décision. Le choix s’est porté sur des logiciels libres et ouverts, Gmsh/GetDP pour la partie éléments finis et NOMAD pour l’optimisation afin d’adapter des outils spécifiques avec un contrôle de la géométrie, du maillage, des formulations variationnelles et du problème d’optimisation. Une API a été développée afin d’automatiser la mise en place des modèles et le dialogue entre les différents logiciels. De plus, l’utilisation de logiciels libres avec le contrôle des formulations variationnelles a permis la mise en place d’astuces permettant de faciliter la modélisation. Les résultats obtenus ne sont jamais une image exacte de la réalité et doivent être exploités avec précautions. Dans un contexte industriel, plusieurs questions se posent alors pour ne pas perdre de temps à calculer des grandeurs non-exploitables. Quelles grandeurs peuvent être calculées avec confiance ? Comment trouver le compromis entre rapidité et précision ? Pour répondre à ces questions, une méthodologie reposant sur la comparaison de résultats issus de deux formulations a été développée. Enfin, ces outils ont permis le dimensionnement de plusieurs structures innovantes répondant au cahier des charges. Une recherche de simplification de l’inducteur a permis d’obtenir des structures non-conventionnelles pouvant être intéressantes dans une recherche de réduction de coûtThe work in this thesis deals with the study of an axial flux claw pole machine for automotive traction. In an industrial context, the objective is not the absolute search for precision but to develop tools to obtain as quickly as possible useful information for design and decision making. The choice was made on free and open softwares, Gmsh/GetDP for the finite element part and NOMAD for the optimization in order to adapt these tools specifically to the engine sizing of this thesis with a control of the geometry, the mesh, the solved formulations and the optimization problem. An API was developed in order to automatize the setting up of models and the dialogue between the different softwares. In addition, the use of free software with the control of the solved formulations has allowed the implementation of practical methods to facilitate modeling. The obtained results are never an exact image of reality and must be used with care. In an industrial context, several questions arise so as not to waste time calculating non-exploitable quantities. Which quantities can be calculated with confidence ? To what extent can the mesh be expanded in order to find the compromise between speed and precision ? To answer these questions, a methodology based on the comparison of results from two formulations has been developed. Finally, the use of models solved by the finite element method in an optimization process, allowed the design of several innovative structures satisfying the specifications. A search for simplification of the inductor has allowed to obtain unconventional structures that could be interesting in a search for cost reduction
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Locment, Fabrice. "Conception et modélisation d'une machine synchrone à 7 phases à aimants permanents et flux axial : commande vectorielle en modes normal et dégradé." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00421765.
Full textAbstract:
Pour les entraînements à vitesse variable, la machine électrique n'étant plus directement couplée au réseau triphasé, le choix du nombre de phases peut être reconsidéré. On s'intéresse dans la thèse à la conception d'entraînements comportant des machines synchrones à aimants permanents à pôles lisses et non saturées mais à plus de trois phases. L'objectif est d'examiner simultanément les contraintes liées à la machine et à l'ensemble onduleur de tension/commande dans le but de réaliser un ensemble polyphasé performant. Les travaux développés dans cette étude explorent la possibilité spécifique des machines polyphasées de posséder des harmoniques spatiaux de force magnétomotrice et de force électromotrice tout en présentant des couples pulsatoires de très faible amplitude tant en mode normal que dégradé avec une ou deux phases non alimentées. Dans le chapitre II, pour une structure de bobinage imposée, nous examinons lors de la conception d'une machine à 7 phases à flux axial à double rotor l'effet d'une modulation des forces électromotrices en jouant sur la nature et la distribution des aimants permanents sur les rotors. Dans le chapitre III, une comparaison entre résultats expérimentaux et résultats obtenus par approches analytique et numérique (calcul 3D) est effectuée. Elle permet de valider l'approche analytique multi-harmoniques et met en exergue l'apport du calcul numérique. Dans le chapitre IV, une structure de commande est élaborée par inversion causale et une commande vectorielle est décrite et implantée expérimentalement pour un fonctionnement en mode normal ou dégradé.
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Locment, Fabrice Piriou Francis Semail Éric. "Conception et modélisation d'une machine synchrone à 7 phases à aimants permanents et flux axial commande vectorielle en modes normal et dégradé /." Villeneuve d'Ascq : Université des sciences et technologies de Lille, 2007. https://iris.univ-lille1.fr/dspace/handle/1908/1033.
Full text
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Ennassiri, Hamza. "Analyse magnéto-vibroacoustique des machines synchrones discoides à commutation de flux dédiées aux véhiculex électriques hybrides." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMLH36/document.
Full textAbstract:
Ce mémoire de thèse traite la problématique des émissions vibroacoustiques dès les premières phases de conception de machines électriques dans le but de mettre en œuvre des machines robustes, fiables et surtout efficientes répondant aux contraintes dans un large domaine d’applications et spécialement pour le véhicule électrique et hybride. Ce manuscrit ne s’intéresse pas seulement à l’identification et la mise en exergue de la problématique vibroacoustique mais surtout a apporté des solutions et des éléments de réponse à certaines contraintes. La problématique vibroacoustique étant trop vaste et trop complexe, ce travail de thèse se focalise sur les aspects vibroacoustiques d’origine électromagnétiques. Pour ce faire, les méthodes de réduction de bruit sont présentées mais seules les solutions de réduction passive sont évoquées. Ces solutions se basent sur le dimensionnement et la conception par optimisation de machines électriques performantes et moins bruyantes. Cela nous ramène au cœur de ce travail qui est le développement d’outils et de modèles multi-physique réunissant les critères de généricité, rapidité, précision et facilité de couplage. Dans ce cadre, plusieurs modèles électriques, magnétiques, mécaniques, thermiques, et acoustiques sont présentés. Différentes stratégies de couplages et d’approches de modélisation sont investiguées. Des conclusions sont tirées à chaque fois en fonction des besoins pour le cas d’applicationThis PhD thesis deals with the issue of vibroacoustic emissions from the first design phases of electrical machines in order to have robust, reliable and above all efficient machines that meet the constraints in a wide range of applications and especially electrical vehicles. This manuscript is not only interested in the identification and highlighting the vibroacoustic problem, but above all to brought solutions and response elements to certain constraints. Knowing that the vibroacoustic problem is too vast and complex, this thesis focuses on vibroacoustic aspects of electromagnetic origin. To do so, the methods of noise reduction are presented but only the passive reduction solutions are used. These solutions are based on the design and optimization of efficient and less noisy electrical machines. This brings us back to the core of this work, which is the development of tools and multi-physics models combining the criteria of genericity, speed, accuracy and simplicity of coupling. In this context, several electric, magnetic, mechanical, thermal and acoustic models are presented. Different coupling strategies and modeling approaches are investigated. Conclusions are drawn each time according to the needs for the application use case
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Dumas, Florian. "Contribution à l'étude des machines polyentrefers à aimants permanents et à entrefer réduit. Applications aux machines à flux axial à hautes performances sous contrainte d'encombrement." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00842061.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude de machines polyentrefers et leurs limitations, dans le contexte d'avion plus électrique et du projet de déplacement des avions au sol. Ces moteurs, basés sur l'utilisation de plusieurs éléments mobiles et fixes mis en parallèle, permettent d'obtenir de hautes performances. Une étude sur les tolérances des dimensions des éléments actifs montre que les performances peuvent être dégradées si des précautions lors de la réalisation ne sont pas prises et si les entrefers utilisés ne sont pas faibles. Ce manuscrit présente un système totalement innovant permettant d'utiliser un entrefer réduit à son minimum sans que les performances ne soient dégradées par de la friction. Ce système est appelé système de compensation des efforts de plaquage. Afin de développer un moteur tournant à entraînement direct dans le cadre du taxiage des avions, deux topologies différentes de machines discoïdes sont étudiées et dimensionnées. Les résultats favorisent l'utilisation d'une des deux structures, à entrefer réduit, pour réaliser un maximum de couple dans le volume donné. Afin de prouver la faisabilité du système innovant sur un moteur discoïde, la réalisation d'un prototype laboratoire complet est proposée. Des simulations thermiques et du comportement du système innovant permettront de valider ces études.
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Bellara, Adel. "Modélisation analytique par le formalisme de Maxwell des machines synchrones à aimants permanents à flux axial en vue de leur dimensionnement." Le Havre, 2011. http://www.theses.fr/2011LEHA0014.
Full textAbstract:
Les machines synchrones à aimants permanents occupent une grande place dans les applications industrielles. Ainsi, la nécessité d’élaborer des modèles légers d’utilisations, comme outils d’analyse et de dimensionnement pour ce type de machines se fait de plus en plus pressante. Les travaux présentés dans cette thèse consistent à développer un outil de dimensionnement et de conception de ces machines basé sur la résolution formelles des équations de Maxwell par la méthode de séparation des variables. Un modèle magnétique analytique bidimensionnel a été développé et l’approche mathématique permettant la résolution des équations de Maxwell par la méthode de séparation des variables dans les différentes régions de la machine a aussi été exposée. Ensuite, un modèle quasi 3D basé sur l’approche multicouche a été présenté. L’efficacité et la précision du modèle analytique développé ont pu être mis en évidence par une comparaison entre les résultats obtenus par le modèle analytique pour deux machines différentes et ceux issus de la méthode des éléments finis en 3DPermanent magnet synchronous machines are widely used in industrial applications. Thus, the need to develop of fast execution models to be used as analysis and design tools for such machines is becoming increasingly urgent. The works presented in this thesis consist to develop a tool for sizing and design of these machines based on the formal resolution of Maxwell's equations by the method of separation of variables. A bi-dimensional analytical magnetic model has been developed and the mathematical approach for solving Maxwell's equations by the method of separation of variables in different parts of the machine has been exposed. Then, a quasi 3D model based on multi-slice technique has been presented. The efficiency and accuracy of the developed analytical model has been demonstrated by comparing the results obtained by the analytical model for two different machines and those from the 3D finite element method
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La, Barrière Olivier de. "Modèles analytiques électromagnétiques bi et tri dimensionnels en vue de l'optimisation des actionneurs disques : étude théorique et expérimentale des pertes magnétiques dans les matériaux granulaires." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2010. http://www.theses.fr/2010DENS0032/document.
Full textAbstract:
Les actionneurs disques sont potentiellement une solution intéressante pour des applications de transport exigeantes, comme le véhicule hybride. Mais la conception de ces actionneurs pour de telles applications se heurte à des difficultés. Une solution réside dans l’utilisation des algorithmes d’optimisations systématique. Encore faut-il disposer, pour utiliser de tels algorithmes, de modèles souples, à la fois précis et rapides. Cette thèse se focalise sur le développement de modèles analytiques fondés sur la résolution formelle des équations de Maxwell, qui permet un bon compromis entre temps de calcul et précision, à condition d’accepter certaines hypothèses simplificatrices, comme la linéarité des matériaux magnétiques. La première partie concerne les modèles électromagnétiques bi-dimensionnels, en développant la structure disque au niveau de son rayon moyen. Pour ces modèles, une attention particulière a été portée sur la modélisation des saillances aussi bien statoriques que rotoriques. Il est montré que l’approximation du coefficient de Carter permet effectivement de déterminer le couple moyen de la machine avec précision. Néanmoins, si on veut déterminer les inductions dans le fer pour calculer les pertes magnétiques, un modèle de l’encochage statorique est nécessaire. Dans un second temps, des modèles tri-dimensionnels analytiques ont été développés, afin de calculer le flux à vide de l’actionneur en prenant en compte les effets des bords et l’effet de courbure. Il est montré que la prise en compte des effets de bords est de première importance dans la modélisation des actionneurs. Par contre, une étude sur l’effet de courbure de la machine disque montre que le développement de l’actionneur au rayon moyen, pourvu que l’on utilise un modèle 3D, n’induit qu’une erreur minime. Un second point concerne l’étude des pertes magnétiques dans les matériaux composites isotropes formés de particules de fer pur isolées les unes des autres, liées puis compressées. En effet, ces matériaux sont très prometteurs en conception de machines électriques, autorisant des parcours de flux tri-dimensionnels, et une isotropie thermique, malgré leur perméabilité magnétique relativement faible. Deux matériaux de la société suédoise Hoganas (l’un dédié aux applications de machines électriques, l’autre à l’électronique de puissance, avec des grains de taille plus faible) ont été caractérisés en termes de pertes magnétiques dans une large gamme de fréquences. Un modèle de pertes classiques a été formulé, en se basant sur des observations microscopiques des échantillons de matériaux. Grâce à l’estimation de ces pertes, une procédure de séparation des pertes magnétiques a pu être mise au point. La déduction du terme de pertes excédentaires a révélé certains mécanismes de magnétisation propres à ces matériaux granulaires, dont des grains ont un comportement magnétique à priori indépendant les uns des autres. Contrairement aux matériaux laminés qui possèdent un nombre d’objets magnétiques actifs relativement bas sur la section de la tôle en champ excédentaire nul, les courants de Foucault permettant une homogénéisation du comportement magnétique lorsque la fréquence augmente, les matériaux granulaires semblent exhiber un comportement tout autre, en présentant au moins un objet magnétique actif par grain en champ excédentaire nul. De telles constatations changent la dépendance des pertes excédentaires en fonction de la fréquence (les pertes excédentaires sont alors proportionnelles à la fréquence f, alors que nous rappelons qu’elles sont proportionnelles à f^0.5 dans la plupart des matériaux laminés). Enfin un début d’optimisation a pu être mené, en se limitant aux modèles électromagnétiques bi-dimensionnels et aux matériaux laminés classiques. Diverses études de sensibilité ont été entreprises. Ce travail se termine par une analyse de l’influence d’une contrainte de puissance apparente sur la géométrie de la machine électriqueThe axial flux actuators are potentially an attractive solution for demanding automotive applications such as hybrid vehicles. However, the design of these actuators for such applications encounters some difficulties: the specifications in terms of torque and speed are complex, conflicting criteria to minimize, such as mass and losses. One solution is to use systematic optimization algorithms. To use these algorithms, flexible models are needed, both accurate and fast. This thesis focuses on developing analytical models based on the formal resolution of Maxwell's equations, which allows a good compromise between computation time and accuracy, if some simplifying assumptions such as linearity of magnetic materials are accepted. The first part concerns the electromagnetic two-dimensional models, developing the axial flux structure at its mean radius. For these models, particular attention was paid to modeling of the salience as well as the rotor stator. It is especially shown that the approximation of the Carter coefficient can effectively determine the average torque of the machine with precision. However, if we want to determine the inductions into the iron parts so as to calculate the magnetic losses, a model of stator slotting is required. In a second step, three-dimensional analytical models were developed to calculate the no-load flux in the actuator, taking into account the edges effects and the curvature effect. It is shown that taking into account the edges effects is important in the modeling of the actuators. A study on the curvature effect of the machine shows that the development of the actuator to the mean radius, provided 3D models are used, is not so wrong. A second point concerns the study of magnetic losses in isotropic composite materials, composed of particles of pure iron insulated from each other, put in a binder, and then compressed. Indeed, these materials are very promising in electric machine design, allowing three-dimensional magnetic flux paths and a thermal isotropy, despite their relatively low magnetic permeability. Two materials of the Swedish company Hoganas (one dedicated to electric machines, the other to power electronics, with grains of smaller size) were characterized in terms of magnetic losses in a wide frequency range . A classical loss model was formulated, based on microscopic observations of samples of materials. With this estimate of the classical losses component, the procedure of loss separation can be carried out. The calculation of the excess loss component revealed some specific magnetization mechanisms in these granular materials, in which grains are independent of each other. Unlike laminated materials that have a number of active magnetic objects relatively low on their section at zero field, (eddy currents allow homogenization of the magnetic behavior when the frequency increases), the granular materials appear to exhibit a totally different behavior, with at least one active magnetic object at zero excess field. This changes the dependence of excess losses as a function of frequency (the excess losses are then proportional to the frequency f, while we remember that they are proportional to f ^ 0.5 in most laminated materials). Finally a pre-optimization has been carried out, with just two-dimensional electromagnetic models, and conventional laminated materials. Various studies, as the control law, or the residual induction of the magnets, have been done. This work finishes with an analysis of the influence of a power constraint on the geometry of the electrical machine
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Azzouzi, Jaouad. "Contribution à la modélisation et à l'optimisation des machines synchrones à aimants permanents à flux axial. Application au cas de l'aérogénérateur." Phd thesis, Université du Havre, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00634713.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire visent à développer une méthodologie de dimensionnement des machines synchrones à aimants permanents à flux axial. La mise en œuvre de cette méthodologie suppose de disposer d'un modèle mathématique définissant le comportement physique de la structure. Le modèle dimensionnant proposé dans ce mémoire est multi-échelle et est issu d'une modélisation magnéto-thermo-mécanique de la machine. Le problème de dimensionnement est ensuite écrit sous forme d'un problème d'optimisation multi-physique et multi-critères sous contraintes. Pour le résoudre, deux méthodes d'optimisation, s'appuyant sur les algorithmes génétiques et l'algorithme DIRECT, ont été implantées. En fin, la méthodologie de dimensionnement développée est évaluée dans le cas d'un aérogénérateur (10kW, 200tr/mn) dédié aux sites isolés.
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Pop, Adrian Augustin. "Contributions à l'étude des petites machines électriques à aimants permanents, à flux axial et à auto-commutation électronique." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00804669.
Full textAbstract:
Les travaux de recherche présentés dans cette thèse concernent les petites machines à aimants permanents, à flux axial et à auto-commutation électronique ayant la topologie d'un rotor intérieur discoïdal avec des aimants Nd-Fe-B montés en surface et de deux stators extérieurs identiques, chacun avec enroulement triphasé distribué dans des encoches. Après l'examen des topologies candidates pour applications d'entraînement direct basse-vitesse, une modélisation électromagnétique analytique de pré-dimensionnement d'un prototype de telles machines est réalisée. Ensuite, une approche numérique originale est développée et couplée à l'optimisation géométrique des aimants rotoriques en vue de réduire les harmoniques d'espace de l'induction magnétique dans l'entrefer et aussi les ondulations du couple électromagnétique. Des nombreux tests expérimentaux sont effectués sur le prototype de machine pour vérifier son dimensionnement ainsi que pour valider la stratégie d'auto-commutation électronique et de contrôle de base
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Benlamine, Raouf. "Etude et réalisation d'une machine électrique à forte densité de couple et fort rapport de sur-couple pour des applications de traction automobile." Thesis, Besançon, 2015. http://www.theses.fr/2015BESA2014/document.
Full textAbstract:
Le contexte sociétal et environnemental en France et en Europe durant ces dernières années est largement favorable à l’électrification des moyens de transports, principalement les véhicules, afin de réduire les émissions de CO2. Les pouvoirs publics déploient d’importants efforts afin de rendre les véhicules électrifiés plus accessibles aux citoyens, en octroyant des primes conséquentes lors de l’achat de véhicules « propres ». De leur côté, les constructeurs automobiles cherchent à diminuer le coût des véhicules électriques et hybrides en proposant des solutions techniques pouvant réduire le coût de fabrication des organes, principalement les batteries, les moteurs thermiques et électriques, tout en assurant des performances élevés. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier et de réaliser une machine électrique répondant à un cahier des charges très contraignant en termes d’encombrement axial et de densité de couple pour une application comme moteur de traction d’un véhicule hybride. De plus, cette machine doit être innovante, robuste et dont le procédé de fabrication est automatisable et à faible coût. Ainsi, un état de l’art élargi sur les différentes machines électriques a été effectué. En fonction des exigences liées à notre application, une machine à flux axial à aimants permanents enterrés à bobinage concentrique a été choisie.Initialement, un modèle analytique simplifié a été établi et couplé à un outil d’optimisation. Les paramètres géométriques et électriques obtenus ont été alors réajustés en utilisant un modèle numérique basé sur les éléments finis 3D. Différentes modifications ont été apportées à cette machine initiale en raison de l’évolution du cahier des charges des performances et des contraintes géométriques. Les grandeurs électromagnétiques telles que le couple et la puissance ont été analysées pour différents points de fonctionnement. Les pertes dans les aimants permanents ont été calculées en développant un modèle numérique hybride basé sur les différences finies 3D, réduisant ainsi le temps de calcul comparativement aux éléments finis 3D. Afin de valider les différents résultats obtenus, un prototype de la machine a été réalisé. Cette machine a également été modélisée en utilisant les Circuits Equivalents Magnétiques quasi-3D. Ce modèle semi-analytique est générique par rapport aux dimensions géométriques et électriques, avec une discrétisation adaptative. De plus, les effets de denture et de saturation sont pris en compte. Les inductions magnétiques, les flux magnétiques et le couple électromagnétique ont pu être obtenus avec ce modèle, en assurant une bonne précision et un temps de calcul réduit comparativement aux éléments finis 3DThe societal and environmental context in France and Europe during the last few years has been largely favorable to the electrification of transportation means, mainly vehicles, in order to reduce CO2 emissions. The authorities are working hard to make the electrified vehicles more affordable, by providing substantial premiums during the purchase of “clean” vehicles. For their part, the automakers are looking to reduce the cost of electric and hybrid electric vehicles by offering technical solutions that can reduce the manufacturing cost of the car components, mainly batteries, thermal and electric motors, while ensuring high performances. The main objective of this thesis is to study and realize an electric machine, which satisfies very restrictive specifications in terms of axial size and torque density in order to be used as a traction motor for a hybrid electric vehicle. In addition, this machine must be innovative, with a high reliability, low cost and automated manufacturing process. Thus, a state of art about the various electric machines has been achieved. Depending on the requirements of our application, an axial flux machine with buried permanent magnets and concentrated winding has been selected. Initially, a simplified analytical model has been developed and coupled to an optimization tool. The obtained geometrical and electrical parameters have been adjusted using a numerical model based on the 3D finite element. Various modifications have been applied to the initial machine due to the modification of the geometrical and performance specifications. Electromagnetic performances such as torque and power have been analyzed for various operating points. Losses in the permanent magnets have been calculated using a hybrid numerical 3D model based on the finite difference and finite element, which allows to reduce the computation time compared to transient 3D finite element. In order to validate the different results, a prototype of the machine has been realized. This machine has also been modeled using a quasi-3D magnetic equivalent circuits. This semi-analytical model is generic regarding the geometrical and electrical parameters, with an adaptive discretization. Furthermore, the saturation and the slotting effects have been taken into account. The magnetic flux density, the flux linkage and the electromagnetic torque have been calculated with this model, ensuring high accuracy and reduced time computation compared to 3D finite element
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Huzlík, Rostislav. "Motor-generátor pro vírovou turbínu." Doctoral thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2015. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-233693.
Full textAbstract:
The aim of this doctoral thesis is to design a motor-generator for swirl turbine. Swirl turbine is a relatively new type of turbine developed at the Department of Fluid Engineering Viktor Kaplan Energy Institute FME BUT. Swirl turbine is designed for use on small head, where the classical types of turbines either poor efficacy or are economically disadvantaged. As suitable construction for the motor-generator was selected synchronous machine with permanent magnets and with axial magnetic flow with coreless stator. As part of the work is carried out calculating the properties of turbines for defined operating point simulation model of the turbine. After already made draft motor-generator to optimally meet the characteristics of the turbine. The complete design of the motor-generator is validated by calculating the finite element method models. Designed machine must be able to work as a generator and as a motor, if it was necessary to use a turbine as a pump.
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Vun, Sook Teng. "Methodology for designing megawatt-scale yokeless and segmented armature (YASA) generators for wind turbines." Thesis, University of Oxford, 2016. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:af80d024-58b6-4bb8-adca-a4aa70b69a36.
Full textAbstract:
This thesis develops design methodologies for megawatt(MW)-scale yokeless and segmented armature (YASA) generators for wind turbine applications. The methodologies include the electromagnetic, the structural and the thermal designs of a YASA generator. The design process starts with developing an analytical method to generate preliminary machine designs for a megawatt-scale YASA generator. This analytical approach considers both electromagnetic and structural aspects of a generator, the parameters of which were obtained and visualised on a design reference map. This new concept of displaying machine parameters is useful for a designer to identify the relationship between them. An optimisation tool using pseudo-weight approach is integrated into the analytical tool to determine a optimum machine design. This is a flexible optimisation tool, allowing the user to give priorities to each objective function. The analytical calculation has reduced the design space for suitable machine candidates to be applied in further finite element analysis (FEM). In finite element analysis of an optimised YASA machine, the electromagnetic performance of a 1 MW YASA generator was produced and verified with analytical and experiment results. This is followed by structural optimisation with finite element method, where a spider wheel with a support ring geometry is applied to the rotor plate. This reduces the structural weight by more than 50% while the structure retain strong stiffness. Finally, the cooling system of the stator of the YASA generator is studied and the cooling channels design is proposed. Simulation results show that the stator of a 1 MW YASA generator can be effectively cooled with forced air.
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De, La Barrière Olivier. "Modèles analytiques électromagnétiques bi et tri dimensionnels en vue de l'optimisation des actionneurs disques : étude théorique et expérimentale des pertes magnétiques dans les matériaux granulaires." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00562019.
Full textAbstract:
Les actionneurs disques sont potentiellement une solution intéressante pour des applications de transport exigeantes, comme le véhicule hybride. Cela étant, la conception de ces actionneurs pour de telles applications se heurte à certaines difficultés : cahier des charges dans le plan couple-vitesse complexe, nécessité de minimiser des critères contradictoires comme la masse et les pertes. Une solution réside dans l'utilisation des algorithmes d'optimisations systématique. Encore faut-il disposer, pour utiliser de tels algorithmes, de modèles souples, à la fois précis et rapides. Cette thèse se focalise sur le développement de modèles analytiques fondés sur la résolution formelle des équations de Maxwell, qui permet un bon compromis entre temps de calcul et précision, à condition d'accepter certaines hypothèses simplificatrices, comme la linéarité des matériaux magnétiques. La première partie concerne les modèles électromagnétiques bi-dimensionnels, en développant la structure disque au niveau de son rayon moyen. Pour ces modèles, une attention toute particulière a été portée sur la modélisation des saillances aussi bien statoriques que rotoriques. Il est en particulier montré que l'approximation du coefficient de Carter permet effectivement de déterminer le couple moyen de la machine avec précision. Néanmoins, si on veut déterminer les inductions dans le fer pour calculer les pertes magnétiques, un modèle de l'encochage statorique est nécessaire. Dans un second temps, des modèles tri-dimensionnels analytiques ont été développés, afin de calculer le flux à vide de l'actionneur, en prenant en compte les effets des bords, ainsi que l'effet de courbure. Il est montré que la prise en compte des effets de bords est de première importance dans la modélisation des actionneurs. Par contre, une étude sur l'effet de courbure de la machine disque montre que le développement de l'actionneur au rayon moyen, pourvu que l'on utilise un modèle 3D, n'induit qu'une erreur minime. Un second point concerne l'étude des pertes magnétiques dans les matériaux composites isotropes formés de particules de fer pur isolées les unes des autres, liées, et puis compressées. En effet, ces matériaux sont très prometteurs en conception de machines électriques, autorisant des parcours de flux tri-dimensionnels, ainsi qu'une isotropie thermique, malgré leur perméabilité magnétique relativement faible. Deux matériaux de la société suédoise Hoganas (l'un dédié aux applications de machines électriques, l'autre à l'électronique de puissance, avec des grains de taille plus faible) ont été caractérisés en termes de pertes magnétiques dans une large gamme de fréquences. Un modèle de pertes classiques a été formulé, en se basant sur des observations microscopiques des échantillons de matériaux. Grâce à cette estimation des pertes classiques, une procédure de séparation des pertes magnétiques a pu être mise au point. La déduction du terme de pertes excédentaires a révélé certains mécanismes de magnétisation propres à ces matériaux granulaires, dont des grains ont un comportement magnétique à priori indépendant les uns des autres. Contrairement aux matériaux laminés qui possèdent un nombre d'objets magnétiques actifs relativement bas sur la section de la tôle en champ excédentaire nul, les courants de Foucault permettant alors une homogénéisation du comportement magnétique lorsque la fréquence augmente, les matériaux granulaires semblent exhiber un comportement tout autre, en présentant au moins un objet magnétique actif par grain en champ excédentaire nul. De telles constatations changent la dépendance des pertes excédentaires en fonction de la fréquence (les pertes excédentaires sont alors proportionnelles à la fréquence f, alors que nous rappelons qu'elles sont proportionnelles à f^0.5 dans la plupart des matériaux laminés). Enfin un début d'optimisation a pu être mené, en se limitant aux modèles électromagnétiques bi-dimensionnels, et aux matériaux laminés classiques. Diverses études de sensibilité, comme la loi de commande, ou bien l'induction rémanente des aimants, ont été entreprises. Ce travail se termine par une analyse de l'influence d'une contrainte de puissance apparente sur la géométrie de la machine électrique.
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Kremer, Mickaël. "Electromagnetic design of a disc rotor electric machine as integrated motor-generator for hybrid vehicles." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH8792/document.
Full textAbstract:
Cette thèse présente le dimensionnement d’une machine électrique à rotor disque pour la traction de véhicules hybrides. Un état de l’art complet sur les machines électriques à rotor disque permet de montrer que la machine à flux axial à rotor central est la plus adaptée. Différentes géométries du circuit magnétique sont successivement étudiées et comparées par simulations par éléments finis. Pour maximiser le rendement de la machine, les pertes d’origine électromagnétique sont étudiées. Un modèle analytique des pertes par effet de peau dans les conducteurs de cuivre est proposé et validé par éléments finis. Un second modèle analytique estime les pertes par courant induits dans les aimants permanents pour tous les points de travail de la machine se basant sur uniquement trois simulations par éléments finis permettant ainsi un gain de temps important lors du dimensionnement. Deux méthodes de dimensionnement sont comparées : le dimensionnement manuel par essais/erreurs et l’optimisation multi-objectifs. Cette dernière méthode automatise le dimensionnement et permet une optimisation plus pointue et une forte amélioration des performances. Dans ce cas, la densité de couple a par exemple été augmentée de 29%. La machine à flux axial dimensionnée est comparée avec une machine à flux radial pour véhicules hybrides. Cette comparaison révèle le potentiel de la machine à flux axial avec notamment une densité de couple augmentée de plus de 20%. Enfin, deux prototypes ont été construits et mesurés pour valider les simulationsThis PhD presents the design of a disc rotor electric machine for the traction of hybrid vehicles. A complete state of the art enables the selection of the internal rotor axial flux machine which is the most suited to this application. Different geometries of the magnetic circuit are successively studied and compared with finite elements simulations. To maximize the efficiency of the machine losses generated in the magnetic circuit are studied. An analytic model on the skin effect in the copper conductors is proposed and validated with finite elements simulations. A second analytic model estimates the eddy current losses in the permanent magnets for every operating point of the machine based on only three finite element simulations enabling an important time-saving. Two dimensioning methods are compared: the manual dimensioning based on a tries/errors method and the multi-objectives optimization. This last method automates the dimensioning and enables a more refined optimization and a strong improvement of the performances. For example, the torque density has been improved by 29% in that case. The designed axial flux machine is compared to a state of the art radial flux machine for hybrid vehicle. This comparison shows the potential of the axial flux machine with an improvement of the torque density by more than 20%. Finally two prototypes have been built and measured to validate the simulations
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Osório, Jonas Obert Martins. "Análise da máquina Torus sob frenagem eletrodinâmica." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2011. http://hdl.handle.net/10183/38777.
Full textAbstract:
Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar a aplicação, para sistema de frenagem veicular, de uma máquina elétrica sem escovas, de armadura toroidal, e fluxo magnético axial produzido por ímãs permanentes de terras raras, a chamada máquina Torus. A máquina foi construída no LMEAE e estudada inicialmente como motor em outro trabalho. Mas, para que se possa avaliar seu funcionamento em sistema de frenagem, o foco é do ponto de vista da máquina como gerador. São realizados testes dinâmicos e estáticos experimentalmente e modelo numérico pelo método dos elementos finitos com um formato de ímãs permanentes de seção setorial, possibilitando o comparativo com a versão anterior da máquina que empregou ímãs de seção quadrada. Mudanças físicas e no sistema de acionamento da máquina, e ensaios de frenagem dinâmica foram realizados. Modelagem analítica para indução magnética foi desenvolvida utilizando-se da técnica de Transformação Conforme. O trabalho busca apresentar as características da máquina e justificativas que demonstram o seu potencial de aplicabilidade em um subsistema veicular sob frenagem regenerativa e a capacidade de fornecimento de energia a um sistema de armazenamento com uma parte de energia cinética, ou seja, baterias e supercapacitores.This work is carried out with the aim to study the application, by a vehicular braking system, of a brushless electrical machine with a toroidal armature core, and axial magnetic flux delivered by rare earth permanent magnets, the so-called Torus machine. The machine was built in the LMEAE, and previously studied as a motor by other work. However, in order to assess its performance in a braking system, the focus is the point of view of the machine as a generator. Static and dynamic tests are implemented as well as a numerical model by means of the finite element method, in order to compare the machine with sector poles permanent magnets and with square magnet poles. Physical changes and on the driving system of the machine, and dynamic braking tests are performed. The analytical modelling for the magnetic induction was developed using the technique of conformal transformation. The study aims to present the features of the machine and demonstrates its potential applicability to a vehicular subsystem under regenerative braking and the ability to supply an energy storage system with part of the kinetic energy, i.e. batteries and super capacitors.
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Belhadi, M'hamed. "Étude de machines à réluctance variable pour une application de traction électrique : réduction des ondulations de couple et des efforts radiaux." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112185.
Full textAbstract:
Le mémoire traite de la machine à réluctance variable en proposant d'une manière simultanée et du point de vue conception des solutions à ses deux inconvénients majeurs à savoir les ondulations de couple et les efforts radiaux. Les premières se propagent le long de la chaine de transmission diminuant ainsi le confort des usagers et les deuxièmes sont à l’origine d’une nuisance sonore. Dans une première partie et en s’intéressant à une structure axiale caractérisée par une faible force radiale, un bilan sur cette structure est donc établi. En effet, une configuration à deux stators et un rotor est la plus adéquate pour éventuellement remplacer la machine radiale de référence. Cette structure axiale est comparée à cette machine de référence après avoir établi des règles de passage d’une structure à une autre. Un premier passage est effectué en gardant le même encombrement et un deuxième passage en dimensionnant la machine axiale pour satisfaire le même cahier des charges que la machine radiale. Dans une deuxième partie, le travail s’oriente vers la modification de la structure radiale de la machine de référence et son optimisation. Plusieurs modifications sont proposées dont une structure avec une cale magnétique qui est la plus performante. Des optimisations géométriques à l’aide de l’algorithme génétique sur un point de fonctionnement sont ensuite effectuées pour remédier aux deux problèmes. A la fin, un récapitulatif de plusieurs structures optimisées est proposé pour servir de référence. Le choix de la machine la plus adéquate pourra donc être effectué en faisant un compromis entre la maximisation du couple, la réduction de ses ondulations et la réduction des efforts radiauxThis report deals with switched reluctance motor by offering design solutions to the drawbacks of torque ripples and radial forces in the same time. Torque ripples reduce the user comfort and radial forces are the origin of noise. In the first part, an axial structure characterized by low radial force is analysed. Indeed, an axial configuration with two stators and one rotor is the most appropriate to replace the reference radial machine. Ones the rules of passage from one structure to another are established, the axial structure is then compared to the reference one. A first passage is made by keeping the same volume and a second one by sizing the axial machine with the same specifications as the radial one. In the second part, the work concerns the modification of radial structure of the reference machine and its optimization. Several modifications are proposed including a structure with a magnetic wedge which is the most efficient. Geometric optimization using genetic algorithm are then performed on operating points to remedy the both problems. In the end, several optimized structures are proposed. The choice of the most suitable machine can be done by making a compromise between the torque maximization, reducing its ripples and reducing radial forces
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Knap, Zdeněk. "Motor s axiálním magnetickým tokem pro přímý pohon čerpadla." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2015. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-221187.
Full textAbstract:
This thesis is related to axial flux permanent magnet machines. The first part is describes the basic information about this type of machines. Main part is focused on design of the machine. For the purpose of the preliminary design there is mathematical model of the basic machine. This model is followed by finite elements analysis for the further evaluations and validation of the mathematical design. The last part is evaluating the loses of the machine ant its virtual efficiency.
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Djebarri, Sofiane. "Contribution à la modélisation et à la conception optimale de génératrices à aimants permanents pour hydroliennes." Thesis, Brest, 2015. http://www.theses.fr/2015BRES0012/document.
Full textAbstract:
L'amélioration des performances des chaînes de conversion dédiées à la récupération d'énergie par les hydroliennes est un point particulièrement important pour rendre cette ressource économiquement attractive. La minimisation du coût de l'énergie produite passe nécessairement par une amélioration des performances de la chaîne de conversion électromécanique et une réduction des coûts de maintenance et de production des éléments la constituant. Dans ce contexte particulier, les génératrices à aimants permanents apparaissent particulièrement intéressantes dans la mesure où elles sont bien adaptées à un fonctionnement à basse vitesse et à fort couple. Ceci permet d'éliminer des systèmes mécaniques très complexes, encombrants et exigeants en maintenance, tels que le multiplicateur de vitesse et/ou le système d'orientation des pales. L'objectif de cette thèse est d’explorer un certain nombre de pistes concernant les outils, les concepts et les règles de conception à mettre en oeuvre pour dimensionner une génératrice associée en entraînement direct à une turbine hydrolienne à pas fixe. Les outils mis au point dans ces travaux englobent des modèles multi-physiques intégrés dans une démarche de conception qui se veut la plus globale possible. Cette méthodologie tient compte de la caractéristique de la ressource (courants de marées), de celle de la turbine (hélice), des spécifications de la génératrice à aimants permanents, de la mise en oeuvre d’une stratégie de pilotage associant MPPT et limitation de puissance par défluxage à fort courants de marées, en plus des contraintes liées au convertisseur. L'environnement de conception développé est basé sur un couplage des modèles dans une procédure d'optimisation. Les résultats obtenus mettent en lumière les points clés associés au développement d’une telle génératrice pour un contexte hydrolienThe improvements of marine current turbines drive train are key features to ensure safe operation and to make tidal energy resource cost-attractive. In this context, eliminating mechanical systems that demand high-level of maintenance can be an interesting way to improve the global behavior of tidal turbines. For that purposes, the presented studies focus on design methodologies and concepts of direct-driven generators associated with fixed-pitch turbines. The proposed designs are based on multiphysics models of the generator that are integrated in an optimization process taking into account the drive train environment. For these reasons, several models have been integrated into a global design strategy in order to find solutions that improve marine current turbines performances. This strategy is based on the use of an optimization process that combines electromagnetic model, thermal model, turbine performances model, and tidal resource velocity profile. This methodology integrates also an efficient control strategy based on a maximum power point tracking (MPPT) approach at low tidal speed and a flux-weakening power limitation control at high tidal speed. This control at high tidal velocities is in this work achieved by considering only the generator electrical control without using blade pitching systems. The obtained results highlight trends that could lead to an improvement of the design and they help designers to set relevant technological choices in order to ensure significant cost reduction and highly improve the reliability of marine current turbines
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Braid, James Ian. "Unequal load-sharing in a multi-stage axial-flux permanent magnet synchronous machine." Thesis, 2012. http://hdl.handle.net/10539/11174.
Full textAbstract:
Axial-
ux machines, by the nature of their topology, are suited for high torque, low
speed applications. In an attempt to improve the power-to-mass ratio of such a
machine, the feasibility of stacking several alternate stator and rotor sections onto
a common shaft in a multi-stage con guration was investigated. A prototype 5kW
double-stage machine was developed for comparison to other designs presented in
the literature. Although the results appeared promising, whilst under evaluation, an
unequal load-sharing anomaly was observed: even though both stages contributed
to driving the load, one stage always dominated. Furthermore, the discrepancy
appeared to be dependent on the direction of rotation. This research investigates
and explains the cause of the unequal load-sharing and presents design considerations
to aid the future development of multi-stage machines.
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Shu-AnChin and 金書安. "A Characteristic Regulable Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machine Applied to Anti-lock Braking System for Electric Vehicles." Thesis, 2012. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/02627162042014635704.
Full text
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Afonso, Joao Manuel Parada. "Ensaio de Motores Elétricos." Master's thesis, 2014. http://hdl.handle.net/10316/40555.
Full text
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Peixoto, Hugo Manuel de Carvalho Oliveira. "Controlador com FPGA para um motor-in-wheel CA de fluxo axial." Master's thesis, 2013. http://hdl.handle.net/1822/39843.
Full textAbstract:
Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de ComputadoresCom o aumento da preocupação com o meio ambiente, os veículos com tração elétrica têm vindo a ser alvo de investigação e desenvolvimento por vários investigadores e fabricantes de veículos de todo o mundo, pois a energia elétrica pode ter origem em fontes renováveis e, além disso, os veículos elétricos são muito eficientes, podendo até aproveitar a energia cinética excedente do seu movimento, durante desacelerações, travagens e descidas. Nesta dissertação são apresentados os principais sistemas de tração elétrica utilizados em veículos elétricos, bem como os elementos básicos que os constituem, como os sistemas de armazenamento de energia e os diferentes tipos de motores utilizados na tração. É dada ênfase aos motores trifásicos de Corrente Alternada (CA) de fluxo axial, utilizados em configurações motor-in-wheel, uma vez que este é o tipo de motor utilizado nesta dissertação. Os principais sistemas de controlo para este tipo de motores também são apresentados. Como os algoritmos de controlo para máquinas elétricas vão evoluindo ao longo do tempo e vão exigindo maiores capacidades de processamento, os dispositivos digitais que os processam têm que ser mais rápidos e têm que possuir mais recursos disponíveis. Os FPGAs (Field Programmable Gate Array) são dispositivos digitais com enorme capacidade de processamento e grande flexibilidade em termos de recursos, pelo que são uma boa solução para processar algoritmos que exijam grandes capacidades de processamento. Nesta dissertação encontra-se descrito um algoritmo de controlo FOC (Field-Oriented Control) com modelador SVM (Space Vector Modulation), para motores elétricos do tipo PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine), implementado num FPGA utilizando linguagem Verilog. O algoritmo implementado permite controlar a velocidade do motor. No final da dissertação são mostradas algumas estatísticas do controlador implementado (tempo/ciclos de processamento e recursos do FPGA utilizados). Também é feita uma breve descrição do hardware utilizado no sistema de controlo do motor, baseado num VSI (Voltage Source Inverter), e são apresentados alguns resultados de simulação do sistema de controlo, obtidos com o software PSIM. Por fim, são mostrados alguns resultados experimentais de testes efetuados ao sistema de controlo, como a resposta a variações da velocidade angular de referência e a variações de carga aplicada ao motor, e algumas formas de onda das correntes de fase e tensões de alimentação do motor, com este a operar em regime permanente.
With the increasing concern with the environment, the vehicles with electric traction have been the target of research and development by many researchers and vehicle manufacturers all around the world, because the electric energy can be derived from renewable sources and, in addition, the electric vehicles are very efficient and can even take the surplus kinetic energy of its movement, during decelerations, brakings and downhills. This MSc master thesis presents the main electric traction systems for electric vehicles, as well as the basic elements that constitute them, such as energy storage systems and the different types of motors used in electric traction. It is given focus to the three-phase axial flux AC (Alternated Current) motors used in motor-in-wheel configurations, since it is the type of motor used in this master thesis. There are also presented the main control systems for this type of motors. Since the control algorithms for electrical machines are improving over time and increasingly requiring higher processing power, the digital devices that process those algorithms need to be faster and need to have more available resources. FPGAs (Field Programmable Gate Array) are digital devices with high processing power and great flexibility in terms of resources, so they are a good solution to process algorithms that require high processing capabilities. On this master thesis is described a FOC (Field-Oriented Control) algorithm for electric motors of the type PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine), implemented in FPGA using Verilog language. The implemented algorithm allows to control the motor speed. At the end of this document are shown some statistics of the implemented controller (time/processing cycles and used resources from the FPGA). It is also made a brief description of the hardware used for the control system of the motor, based on a VSI (Voltage Source Inverter), and are presented some simulation results of the control system, obtained with the use of PSIM software. Finally, are shown some experimental results of tests performed to the control system, such as the response to variations of the angular velocity reference and variations of the load applied to the motor, and some waveforms of phase currents and supply voltages applied to the motor with this operating in steady state.