Conception optimale d’un système de refroidissement magnétocalorique à actionneur intégré : Application à la climatisation automobile

Optimal design of a magnetocaloric cooling system with integrated actuator : Application to automotive air conditioning

• Auteur / Autrice : Christophe Kieffer
• Direction : Christophe Espanet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 12/12/2012
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Bouillault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Espanet, Frédéric Bouillault, Afef Kedous-Lebouc, Bruno Dehez, Stefan Giurgea, Frédéric Gustin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Afef Kedous-Lebouc, Bruno Dehez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet magnétocalorique

Automobiles -- Moteurs -- Systèmes de refroidissement

Automobiles -- Climatisation

Mots clés libres

Effet magnétocalorique

Modélisation numérique

Machine synchrone

Aimants permanents

Concentration de flux

Régénérateur magnétocalorique

Optimisation

Magnetocaloric effect

Numerical modelling

Synchronous machine

Permanent magnets

Flux concentration

Magnetocaloric regenerator

Optimization

Résumé

La technologie de la réfrigération magnétique présentée dans ce manuscrit constitue une alternative prometteuse à la technologie de production de froid. Le travail effectué a porté tout d’abord sur une étude de la production de froid magnétique et un état de l’art de cette technologie émergente. Nous nous sommes fixés pour objectif de dimensionner et réaliser un réfrigérateur magnétique qui se présente sous la forme d’un actionneur intégré. Le dimensionnement a été réalisé par le biais d’un modèle à éléments finis. Il s’agit d’un dispositif présentant deux entrefers, dont un suffisamment large pour pouvoir accueillir un régénérateur magnétocalorique au sein duquel la valeur de l’induction est la plus élevée possible tout en offrant un profil d’induction de forme trapézoïdale. La réalisation du démonstrateur sur la base des étudeseffectuées par éléments finis constitue la première étape vers la réalisation d’un réfrigérateur magnétique intégré pouvant être logé dans une automobile. Pour finir, et afin d’améliorer encore les performances de notre dispositif, une optimisation de l’inducteur électromagnétique a été effectuée par le biais d’un modèle à éléments finis couplé à un algorithme d’optimisation.

The magnetic refrigeration technology is a promising alternative technology to the production of cold. The work carried out focuses on the technology of magnetic refrigeration, a state of the art of this emerging technology has also been done. A magnetocaloric regenerator is placed in the air gap of the motor. It is necessary to design a motor with an air gap wide enough and where the induction will be as high as possible in order to insert the magnetocaloric regenerator. The regenerator is a hollow cylinder whose dimensions are adapted to the air gap of the synchronous machine. It is intended to contain the magnetocaloric material. The design of the electric motor is made in order to obtain a maximal variation of induction ΔB in the air gap and a temperature difference ΔT as large as possible, improving the magnetocaloric performance of the prototype. The profile of induction should also be as close as possible to a rectangular signal. The realization of the demonstrator based on the finite element studies is the first step towards the realization of integrated magnetic refrigerator which can be housed in an automobile. Finally, and in order to improve the performance of our device, an optimization of the electromagnetic inductor was carried out with a finite element model coupled to an optimizationalgorithm.