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European Journal of Electrical Engineering
2103-3641
Revue des Systèmes
Revue Internationale de Génie électrique (1295-490X)
 

 ARTICLE VOL 17/5-6 - 2014  - pp.439-453  - doi:10.3166/ejee.17.439-453
TITRE
Dimensionnement optimal de machine synchrone à aimants permanents pour un profil donné pour des applications de véhicules hybrides

TITLE
Optimal sizing of permanent magnet synchronous machine for a given profile for hybrid application

RÉSUMÉ

Le dimensionnement optimal de machines électriques sur cycles de fonctionnement variable reste délicat et est un enjeu dans le domaine automobile où il est important de réduire le volume des matériaux utilisés pour des raisons de place limitée sous le capot et de compétitivité. La minimisation de ce volume est limitée par deux phénomènes physiques que sont la saturation magnétique et l’élévation de la température au niveau des enroulements ou des aimants permanents. Ainsi, un dimensionnement optimal en termes de volume doit s’appuyer sur un modèle multi-physique électromagnétique-thermique couplé. L’article propose une démarche de dimensionnement optimal originale s’appuyant sur deux modèles : un modèle électromagnétique rapide dans lequel la température est prise en compte de manière indirecte à travers des densités de courant. Ce modèle est utilisé dans un optimiseur SQP. Un modèle électromagnétique-thermique couplé permettant de déterminer l’évolution thermique en différents points de la machine lors de l’application d’un cycle de fonctionnement connu. Ce modèle plus complexe que le précédent conduit à des temps de calculs très importants, particulièrement lors des cycles de fonctionnement de longue durée. L’article propose de décrire la stratégie d’utilisation conjointe de ces deux modèles dans le cadre d’une réduction du volume extérieur des parties actives d’une machine à aimants permanents. Les deux modèles seront décrits et les résultats d’optimisation seront donnés et commentés.



ABSTRACT

The optimal sizing of electrical machines for a given profile is an important issue in automotive industry to reduce volume and so to save scarce material and cost of actuator. Two phenomena limit this volume, i.e. the magnetic saturation and the increase of temperature especially in coils end turns and in permanent magnets. Consequently, an optimal sizing requires the use of multiphysics models, i.e. coupled electromagnetic-thermal. This paper proposes an original method for optimal sizing on a given profile by the use of two models: a fast electromagnetic model where the temperature is indirectly taken into account by the electrical current density in windings. This model is implemented in a SQP optimization method. And a coupled model electromagnetic-thermal model, which provides the time evolution of the temperatures during the given profile inside the machine. This second model, more complex than the previous model requires long time calculation especially for long profile. This article proposes a strategy using the two models in order to reduce the volume of the actuator. The two models will be described and the optimization results will be given and commented.



AUTEUR(S)
Sulivan KÜTTLER, Khadija EL KADRI BENKARA, Guy FRIEDRICH, Abdenour ABDELLI, Franck VANGRAEFSCHEPE

Reçu le 24 avril 2015.    Accepté le 14 septembre 2015.

MOTS-CLÉS
optimisation, simulation multi-physique, électromagnétique-thermique couplé

KEYWORDS
optimization, multiphysics simulation, thermal-electromagnetic coupling

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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