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Etude et mise en oeuvre de machines à aimantation induite fonctionnant à haute vitesse

Al hassoun, Yasser (2005) Etude et mise en oeuvre de machines à aimantation induite fonctionnant à haute vitesse. (Study and implementation high speed operating of induced magnetization machines.)

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2.18 Mo

Abstract

Actuellement, les actionneurs électromécaniques sont caractérisés par un coût attractif et une faible maintenance. Dans ce contexte, face à des concepts de machines et des processus de fabrication conventionnels maintenant optimisés, l’avènement de nouveaux matériaux magnétiques composites englobant les poudres magnétiques douces peut constituer un bras de levier majeur en matière d’innovation technologique. Leurs processus de fabrication ainsi que leurs caractéristiques magnétiques et mécaniques permettent en effet l’émergence d’actionneurs attractifs autant en terme de coût qu’en terme de performances. Le propos de l’étude consiste dans ce contexte à évaluer le potentiel des ces nouveaux matériaux magnétiques au sein d’une structure de machine tournante conventionnelle. Dans cette optique, conscient des enjeux que sont susceptibles de représenter ces matériaux notamment dans la recherche de la minimisation des pertes fer au sein d’un actionneur, la machine de référence choisie est la machine à réluctance variable destinée à une application haute vitesse. Le mémoire de thèse s’articule autour de quatre chapitres. Le premier chapitre dresse un bilan des différents types d’interactions magnétiques exploitables au sein des actionneurs électromagnétiques dont on énonce les principales structures associées. Un état de l’art des matériaux ferromagnétiques est ensuite développé afin d’évaluer de prime abord les atouts des matériaux composites face aux matériaux classiques laminés. L’exploitation de ces matériaux sera justifiée dans une application haute vitesse au sein d’une structure de machine à aimantation induite que l’on présente sous ses diverses formes. Conformément à la structure de référence choisie, le deuxième chapitre est consacré à la modélisation de la machine à aimantation induite par résolution analytique des équations du champ en deux dimensions. Cette modélisation doit permettre de disposer d’équations analytiques de dimensionnement directement exploitables au sein d’un processus d’optimisation globale développé au laboratoire. Le troisième chapitre présente les quatre prototypes de machines à réluctance variable qui mixent l’exploitation des matériaux laminés et des poudres magnétiques composites. Ces prototypes sont ensuite caractérisés en mode statique puis en mode dynamique sur des bancs d’essais spécifiques. Il est alors possible de dresser un premier bilan comparatif des performances développées par les matériaux utilisés au sein de structures opérationnelles. Afin de préciser le comportement des poudres magnétiques sous conditions sévères, le quatrième chapitre traite des points fragilisants de la machine à réluctance variable fonctionnant à haute vitesse, points constitués des pertes fer, de son échauffement et de sa tenue mécanique. Nous concluons cette thèse en insistant d’une part sur les efforts menés en terme de modélisation analytique des machines à aimantation induite en vue de leur dimensionnement. D’autre part, exploités au sein de cette même structure, les matériaux magnétiques composites font l’objet d’une étude approfondie afin d’évaluer quantitativement leur apport par rapport à des matériaux laminés. ABSTRACT : Actually, electromechanical machines are characterized by their low cost and reducedmaintenance. Therefore, new types of magnetic materials such as soft magnetic composites (SMC), have to be considered not only for multiple applications (small motors for automotive) for cost reduction, but also when considering other special requirements such as high speed drive (aircraft and space applications). Our report of thesis is articulated around four chapters: The first chapter show the various types of magnetic interactions used in the electromagnetic actuators. The second chapter is devoted to the modelling of the induced magnetic machines by analytical resolution of equations of the field in two dimensions. The third chapter presents the four configurations prototypes of switched reluctance machine which mix the exploitation of laminated materials and the soft magnetic powders. The fourth chapter discusses the critical conditions of this machines operating at high speed. We conclude, insisting on the efforts carried out in term of analytical modelling of the induced magnetization machines for their dimensions and exploited in this same structure, the soft magnetic composite materials. The results show the potential of soft magnetic powders when considering in particular the high frequency losses and their ability to favour the heat dissipation in this structure.

Department or laboratory:Laboratoire d'Electrotechnique et d'Electronique Industrielle - LEEI (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Nogarède, Bertrand
Uncontrolled Keywords:Machine à aimantation induite - Matériaux magnétiques composites - Calcul analytique de champ - Haute vitesse. KEYWORDS : Induced magnetization machines - Analytical calculation of magnetic field - Soft magnetic composites - High speed operating
Subjects:Electrical engineering
Deposited On:20 September 2005

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