Modélisation et optimisation de machines à griffes et flux axial pour la traction automobile

Modeling and optimization of an axial claw pole motor for electric traction

• Auteur / Autrice : Dominique Giraud
• Direction : Denis Netter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 17/11/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Meunier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Netter, Yvan Lefèvre, Nicolas Labbe, Juliette Soulard, Ruth V. Sabariego
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Meunier, Yvan Lefèvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Traction

Analyse dimensionnelle

Grilles (analyse numérique)

Éléments finis, Méthode des

Machines électriques

Mots clés libres

Machines électriques

Éléments finis

Maillage

Optimisation

Machine à griffes

Flux axial

Electrical machines

Finite elements

Mesh

Optimization

Claw pole

Axial flux

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude de machines à griffes et flux axial pour traction automobile. Dans un contexte industriel, l’objectif n’est pas la recherche absolue de précision mais la mise au point des outils permettant d’obtenir le plus rapidement possible des informations utiles au dimensionnement et à la prise de décision. Le choix s’est porté sur des logiciels libres et ouverts, Gmsh/GetDP pour la partie éléments finis et NOMAD pour l’optimisation afin d’adapter des outils spécifiques avec un contrôle de la géométrie, du maillage, des formulations variationnelles et du problème d’optimisation. Une API a été développée afin d’automatiser la mise en place des modèles et le dialogue entre les différents logiciels. De plus, l’utilisation de logiciels libres avec le contrôle des formulations variationnelles a permis la mise en place d’astuces permettant de faciliter la modélisation. Les résultats obtenus ne sont jamais une image exacte de la réalité et doivent être exploités avec précautions. Dans un contexte industriel, plusieurs questions se posent alors pour ne pas perdre de temps à calculer des grandeurs non-exploitables. Quelles grandeurs peuvent être calculées avec confiance ? Comment trouver le compromis entre rapidité et précision ? Pour répondre à ces questions, une méthodologie reposant sur la comparaison de résultats issus de deux formulations a été développée. Enfin, ces outils ont permis le dimensionnement de plusieurs structures innovantes répondant au cahier des charges. Une recherche de simplification de l’inducteur a permis d’obtenir des structures non-conventionnelles pouvant être intéressantes dans une recherche de réduction de coût.

The work in this thesis deals with the study of an axial flux claw pole machine for automotive traction. In an industrial context, the objective is not the absolute search for precision but to develop tools to obtain as quickly as possible useful information for design and decision making. The choice was made on free and open softwares, Gmsh/GetDP for the finite element part and NOMAD for the optimization in order to adapt these tools specifically to the engine sizing of this thesis with a control of the geometry, the mesh, the solved formulations and the optimization problem. An API was developed in order to automatize the setting up of models and the dialogue between the different softwares. In addition, the use of free software with the control of the solved formulations has allowed the implementation of practical methods to facilitate modeling. The obtained results are never an exact image of reality and must be used with care. In an industrial context, several questions arise so as not to waste time calculating non-exploitable quantities. Which quantities can be calculated with confidence ? To what extent can the mesh be expanded in order to find the compromise between speed and precision ? To answer these questions, a methodology based on the comparison of results from two formulations has been developed. Finally, the use of models solved by the finite element method in an optimization process, allowed the design of several innovative structures satisfying the specifications. A search for simplification of the inductor has allowed to obtain unconventional structures that could be interesting in a search for cost reduction.