Contributions à l'étude des petites machines électriques à aimants permanents, à flux axial et à auto-commutation électronique

Contributions to the study of small electronically-commutated axial-flux permanent-magnet machines

• Auteur / Autrice : Adrian Augustin Pop
• Direction : Frédéric Gillon, Mircea M. Radulescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 15/12/2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille en cotutelle avec Universitatea tehnică (Cluj-Napoca, Roumanie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)
• Jury : Président / Présidente : Radu Munteanu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolae Muntean, Calin Rusu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Khémis Gabsi, Stéphane Vivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs électriques -- Commande électronique

Commutation (électricité)

Optimisation mathématique

Rotors

Flux magnétique

Modèles mathématiques

Moteurs à aimants permanents

Mots clés libres

Petites machines à aimants permanents à flux axial

Topologie un-rotor-deux-stators

Modélisation

Optimisation géométrique

Auto-commutation électronique

Contrôle électronique de base

Entraînement direct basse-vitesse

Small axial-flux permanent-magnet machine

Double-sided inner-rotor topology

Modelling

Design optimization

Electronic commutation

Basic electronic control

Low-speed direct drive

Résumé

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse concernent les petites machines à aimants permanents, à flux axial et à auto-commutation électronique ayant la topologie d’un rotor intérieur discoïdal avec des aimants Nd-Fe-B montés en surface et de deux stators extérieurs identiques, chacun avec enroulement triphasé distribué dans des encoches. Après l’examen des topologies candidates pour applications d’entraînement direct basse-vitesse, une modélisation électromagnétique analytique de pré-dimensionnement d’un prototype de telles machines est réalisée. Ensuite, une approche numérique originale est développée et couplée à l’optimisation géométrique des aimants rotoriques en vue de réduire les harmoniques d’espace de l’induction magnétique dans l’entrefer et aussi les ondulations du couple électromagnétique. Des nombreux tests expérimentaux sont effectués sur le prototype de machine pour vérifier son dimensionnement ainsi que pour valider la stratégie d’auto-commutation électronique et de contrôle de base

The research work presented in this thesis is concerned with small electronically-commutated axial-flux permanent-magnet (AFPM) machines having the double-sided topology of an inner rotor with surface-mounted Nd-Fe-B magnets, sandwiched between two outer slotted stators with distributed three-phase windings. After reviewing the small double-sided AFPM machine candidate topologies for low-speed direct-drive applications, the thesis hinges on the size equations and the analytical electromagnetic design of the inner-rotor AFPM (AFIPM) machine topology under study. Original methods of modelling and design optimization of a small prototype AFIPM machine are then proposed with the view to reducing the airgap flux density space-harmonics and the torque ripple by rotor-PM shape modification. Extensive experimental tests are carried out on the small three-phase AFIPM machine prototype in order to validate its proper design and to check its electronic commutation and basic control technique