Letteratura scientifica selezionata sul tema "Optimisation magnéto-Mécanique"

Dans le contexte de la transition énergétique et de l'électrification des usages, l'amélioration des performances des actionneurs électromagnétiques passe obligatoirement par des processus d'optimisation du dimensionnement. De telles méthodologies ont d'ores et déjà été mises en place, mais se focalisent principalement sur des géométries préalablement paramétrées, ce qui limite l'espace des possibles. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse visent alors à mettre en place une méthodologie d'optimisation topologique efficace, capable de répartir au mieux les distributions de matériaux (fer, air, conducteurs, aimants) nécessaires pour générer une machine synchrone dans sa globalité, sans paramétrage de sa géométrie. Pour ce faire, une méthodologie d'optimisation topologique multi-matériaux à densité a été développée. Son application à l'optimisation d'un stator triphasé met en évidence l'importance des procédés de pénalisation, de filtrage et de contrôle sur l'algorithme d'optimisation. La méthodologie est ensuite étendue à la conception d'une machine entière : bien que performantes, les meilleures structures obtenues comportent des barrières de flux sans tenue mécanique. Après incorporations de contraintes de rigidité des rotors, la méthode aboutit à des structures performantes et connexes en un temps de calcul raisonnable, ce qui démontre la pertinence de ce type d'approches dans la conception d'actionneurs électromagnétiques. À terme, l'intégration de l'ensemble des physiques qui interviennent dans les spécifications du cahier des charges dès les phases préliminaires permettrait d'économiser temps et argent dans la conception de machines électriques innovantes
In the context of energy transition and the electrification of applications, improving the performance of electromagnetic actuators inevitably involves dimensioning optimization processes. Such methodologies have already been implemented but focus mainly on previously parameterized geometries, which limits the space of possibilities. This thesis aims to develop an efficient topological optimization methodology capable of optimizing the distribution of materials (iron, air, conductors, magnets) required to generate a synchronous machine in its entirety without parameterizing its geometry. To this end, a multi-material density topological optimization methodology has been developed. Its application to optimizing a three-phase stator highlights the importance of penalization, filtering, and control processes in the optimization algorithm. The procedure is then extended to the design of an entire machine: although efficient, the best structures obtained include flux barriers with no mechanical strength. After incorporating rotor stiffness constraints, the method produces high-performance, related structures in a reasonable computation time, demonstrating the relevance of this type of approach to the design of electromagnetic actuators. Eventually, integrating all the physics involved in specifications right from the preliminary phases will save time and money in designing innovative electrical machines

Les nano commutateurs magnétiques sont en cours d'étude et ils sont susceptibles d'être présents dans plusieurs domaines d'application comme les interrupteurs d'alimentation, les convertisseurs DC/DC...etc. Compte tenu de leur très petite taille et de leur procédé de fabrication, leurs performances sont sujettes à de grandes dispersions. Partant du besoin de modélisation et d'optimisation avec fiabilité de ces dispositifs, ces travaux de thèse se décomposent en trois axes. Axe modélisation : Développement d'un modèle semi analytique pour calculer la déformation avec l'analyse de contact mécanique. Ce modèle a été introduit pour le couplage magnéto-mécanique dans le logiciel de modélisation de MEMS magnétiques MacMMems. Axe dérivation automatique de code : Développement de JAP (Java Jacobian Automatic Programming) qui est un outil générique de dérivation d'algorithmes. Il a été appliqué pour le nano commutateur et a été introduit dans les outils de dimensionnement développés au G2Elab pour l'analyse de sensibilité, pour l'optimisation exploitant le Jacobien et aussi pour orienter des systèmes d'équations algébro-différentiels. Axe optimisation : Mise en oeuvre du modèle et des outils développés pour faire l'étude de sensibilité et l'optimisation sous contraintes de fiabilité du nano commutateur magnétique.

Les nano commutateurs magnétiques sont en cours d'étude et ils sont envisageables dans plusieurs domaines d'application comme les interrupteurs d'alimentation, les convertisseurs DC/DC...etc. Partant du besoin de modélisation et d'optimisation avec fiabilité de ces dispositifs, ces travaux de thèse se décomposent en trois axes. Axe modélisation : développement d'un modèle semi analytique pour calculer la déformation avec l'analyse de contact mécanique. Ce modèle a été introduit pour le couplage magnéto-mécanique dans le logiciel de modélisation de MEMS magnétiques MacMMems. Axe dérivation automatique de code : développement de JAP (Java Jacobian Automatic Programming) qui est un outil générique de dérivation d'algorithmes. Il a été appliqué pour le nano commutateur et a été introduit dans les outils de dimensionnement développés au G2Elab pour l'analyse de sensibilité, pour l'optimisation exploitant le Jacobien et aussi pour orienter des systèmes d'équations algébro-différentiels. Axe optimisation : mise en œuvre du modèle et des outils développés pour faire l'étude de sensibilité et l'optimisation sous contraintes de fiabilité du nano commutateur magnétique.

Les nano commutateurs magnétiques sont en cours d'étude et ils sont envisageables dans plusieurs domaines d'application comme les interrupteurs d'alimentation, les convertisseurs DC/DC...etc. Partant du besoin de modélisation et d'optimisation avec fiabilité de ces dispositifs, ces travaux de thèse se décomposent en trois axes. Axe modélisation : développement d'un modèle semi analytique pour calculer la déformation avec l'analyse de contact mécanique. Ce modèle a été introduit pour le couplage magnéto-mécanique dans le logiciel de modélisation de MEMS magnétiques MacMMems. Axe dérivation automatique de code : développement de JAP (Java Jacobian Automatic Programming) qui est un outil générique de dérivation d'algorithmes. Il a été appliqué pour le nano commutateur et a été introduit dans les outils de dimensionnement développés au G2Elab pour l'analyse de sensibilité, pour l'optimisation exploitant le Jacobien et aussi pour orienter des systèmes d'équations algébro-différentiels. Axe optimisation : mise en œuvre du modèle et des outils développés pour faire l'étude de sensibilité et l'optimisation sous contraintes de fiabilité du nano commutateur magnétique
Magnetic nano switches are being studied and they are envisaged in several application areas such as power switches, DC / DC converters …etc. Hence the need for modelling and optimization with reliability of these devices, this thesis work is divided into three areas. Modelling: development of a semi analytical model to calculate the deformation with the analysis of mechanical contact. This model was introduced in the “MacMMems” software dedicated to the modelling of magnetic MEMS. Automatic differentiation : development of JAP (Java Jacobian Automatic Programming) is a generic algorithms derivation program. It has been applied to the nano switch and was introduced in G2Elab design tools for sensitivity analysis, for optimizing and also to solve differential-algebraic systems. Optimization: development the model and tools to study the sensitivity and reliability-based design optimization for magnetic nano switch

Cette thèse porte sur l'étude des machines synchrones à commutation de flux à aimants permanents et plus particulièrement sur le comportement magnétique, mécanique et acoustique de ces structures particulières. La finalité étant de réaliser une optimisation géométrique alliant rapidité et robustesse tout en prenant en compte ces critères multi-physiques sus-cités. Dans un premier temps, nous avons dressé une vue d'ensemble du fonctionnement de ces machines en présentant le principe de fonctionnement de la commutation de flux et en étudiant une structure penta-phasée 20/18. L'origine du bruit générée dans ces structures a ensuite été débattue avec une attention toute particulière pour les phénomènes magnétiques. Une exploration des différentes contraintes magnétiques ainsi qu'une analyse mécanique et vibratoire par simulations éléments finis et par mesures expérimentales a été réalisée. Dans un deuxième temps, un modèle multi-physique permettant d'estimer l'état magnétique, mécanique et acoustique de ces structures a été présenté. Le choix s'est porté sur une modélisation entièrement analytique devant la nécessité d'obtenir un modèle rapide. Les différents modèles ont été développés et validés soit par simulations éléments finis, soit par mesures expérimentales. Le modèle magnéto-statique a été réalisée par résolution formelle des équations de Maxwell de la magnéto-statique par développement en série de Fourier. Le modèle mécanique a consisté à calculer les modes et les fréquences propres d'ovalisations du stator par une approche énergétique appelé la méthode du quotient de Rayleigh. Le modèle vibratoire / acoustique a, quant à lui, été réalisé en résolvant les équations d'équilibre de la dynamique des poutres dans la base modale formée par les modes propres précédemment calculés. Enfin, dans un troisième et dernier temps, ce modèle a été appliqué dans le cadre d'une optimisation géométrique afin de maximiser le couple électromagnétique tout en minimisant la puissance acoustique rayonnée. Différentes structures de machines ont été abordées et des règles de construction "silencieuse" ont été proposées. L'influence de nombreux paramètres sur la génération de bruit a été étudiée. Ces optimisations ont été effectuées sur trois types de structures : une structure tri-phasée 12/10, une structure tétra-phasée 16/12 et enfin une structure penta-phasée 20/18. De plus elles ont été réalisées dans deux cas de figure : un cas dans lequel la machine est entraînée à vitesse fixe et un cas dans lequel la machine est entrainée à vitesse variable
This thesis deals with the study of Flux-Switching Permanent-Magnets, in particular on magnetic, mechanical and acoustic behavior of these structures. Firstly, origin of noise generated has been presented with particular attention to magnetic phenomena. Exploration of magnetic stresses, mechanical and vibration analysis have been performed by finite element simulations. Secondly, an analytical multi-physics model has been presented in order to estimate magnetic, mechanical and acoustic behavior. The different models have been validated by finite element simulations or by experimental measurements. Finally, this model has been applied in a geometric optimization loop to maximize electromagnetic torque and minimize acoustic noise generated. These optimizations have been performed on 3-phases 12/10, 4-phases 16/12 and 5-phases 20/18 at fixed and variable speed