Modélisation et optimisation d’un alterno-démarreur synchrone à griffes pour l’application « mild-hybrid »

par Geoffrey Devornique

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Noureddine Takorabet et de Julien Fontchastagner.

Le président du jury était Stéphane Clénet.

Le jury était composé de Yvan Lefèvre, Christophe Geuzaine, Denis Netter, Christophe Espanet, Sophie Personnaz.

Les rapporteurs étaient Yvan Lefèvre, Christophe Geuzaine.


  • Résumé

    Les travaux de recherches menés dans cette thèse concernent la modélisation et l’optimisation de l’alternateur synchrone à griffes utilisé dans les véhicules mild-hybrid. Ce dernier voit son utilisation élargie à la fonction d’assistance de traction au moteur thermique et de récupération d’énergie dans les phases de freinage. La structure spéciale du rotor rend nécessaire l’utilisation de modèles éléments finis 3D pour modéliser finement les effets tridimensionnels. Ces derniers requièrent une utilisation intensive des ressources informatiques (RAM, temps CPU) qu’il est crucial de réduire pour envisager une démarche d’optimisation de dispositifs magnétiques. Dans ce contexte, l’utilisation d’une plateforme de modélisation ouverte Gmsh et GetDP, permettant l’implémentation de géométries et de formulations appropriées, a abouti au développement de modèles précis et suffisamment rapides pour être intégrés dans des algorithmes d’optimisation. L’originalité de cette démarche de modélisation consiste à hybrider une approche numérique (éléments finis 3D) et une approche semi-analytique (réseau de perméances) de sorte que l’usage des éléments finis 3D soit réduit aux zones où le champ magnétique est tridimensionnel. Enfin, le choix d’un algorithme d’optimisation adapté aux modèles numériques (boîte noire à fort coût d’évaluation) a permis de développer un outil de pré-dimensionnement et de dimensionnement des machines synchrones à griffes en vue de l’obtention d’une géométrie optimisée en réponse à un cahier des charges industriel

  • Titre traduit

    Modeling and optimization of a claw-pole synchronous starter generator for a mild-hybrid application


  • Résumé

    The research work carried out in this thesis concerns the modeling and optimization of claw-pole synchronous alternator used in mild-hybrid vehicles. The use of this machine is extended to assistit traction engine and energy recovery in the braking phases. The special structure of the rotor makes it necessary to use 3D finite element models to analyse efficiently the three-dimensional effects, which requires an intensive use of computing resources (RAM, CPU time). The latter must be reduced in order to consider an optimization process on such magnetic devices. In this context, the use of a Gmsh and GetDP, open modeling platform, led to the development of precise models, fast enough to be integrated into optimization algorithms. The originality of this modeling approach is based on the hybridization of a numerical approach (3D finite elements) and a semi-analytical approach (permeance network) so that the use of 3D finite elements is reduced to areas where The magnetic field is three-dimensional. Finally, the choice of an optimization algorithm adapted to numerical models (black box with high evaluation cost) allows to develop a pre-design and a design tools for claw-pole synchronous machines in order to obtain an optimized geometry achieving an industrial specification


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