Etude de structures de générateurs linéaires pour la conversion de l'énergie de la houle

Study of linear generators structures for wave energy conversion

• Auteur / Autrice : Habibou Lawali Ali
• Direction : Yacine Amara, Georges Barakat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Electrotechnique et Automatique du Havre (Le Havre, Seine-Maritime ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Matt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sami Hlioui, Abdelmounaïm Tounzi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maxwell, Équations de

Énergie renouvelable

Mots clés libres

Energies marine renouvelables

Houlogénérateur

Modèles analytiques

Réseau de perméances

Modèle hybride

Machine linéaire tublaire à aimants permanents

Modèle thermique nodal,

Marine renewable energies,

Wave energy

Analytical models

Permeance network

Hybrid model

Nodal thermal model

Tubular linear permanents magnets machines

Résumé

Les travaux de cette thèse ont pour objectif premier la conception d’un générateur linéaire innovant pour la conversion de l’énergie de la houle. L’autre objectif est le développement d’un outil d’aide à la décision lors de la phase de pré-dimensionnement des machines linéaires à aimants permanents pour application houlogénérateur. La structure choisie est une machine linéaire tubulaire à commutation de flux. Ce choix est motivé par le fait que, pour cette application d’houlogénérateur, la machine doit être robuste, fiable et avec une maintenabilité aisée. Le milieu marin est inhospitalier, hostile, et corrosif, et les systèmes qui y sont installés doivent être le plusfiable possible. Dans un premier temps, l’étude porte sur un modèle électromagnétique par réseau de perméances couplé au modèle analytique dans le but de bénéficier des avantages du modèle par réseau de perméances pure, et du modèle analytique par résolution formelle des équations de Maxwell. Le modèle par réseau de perméances offre la possibilité par exemple de tenir compte ducomportement non linéaire des matériaux magnétiques, et le modèle analytique offre la possibilité de tenir compte des mouvements facilement. Ce modèle hybride est utilisé pour le pré-dimensionnement de la machine linéaire à commutation de flux pour application houlogénérateur. Des études sur la réduction du couple de détente, la réduction des effets de bords, sont entre autres les problématiques abordées. Dans la seconde partie du document, une étude thermique est proposée. Cette dernière se focalise sur la détermination expérimentale des coefficients de convection thermique dans l’entrefer de la machine linéaire tubulaire. Ce choix est motivé par le fait que peu d’études sur le comportement thermique de ces machines sont disponibles dans la littérature dédiée aux machines électriques.

The main objective of the works presented in this thesis is the design of an innovative linear generator for wave energy conversion. The other objective is the development of a tool that can be used during the pre-design phases of linear permanent magnets machines for wave generator applications. The chosen structure is a linear tubular flux switching permanent magnet machine. This choice is motivated by the fact that, for this application, the machine must be robust with high reliability and easy maintainability. Because the marine environment is an inhospitable, hostile, corrosive environment, systems installed offshore must be reliable. First, the study focuses on an electromagnetic model with permeance network coupled to the analytical model in order to benefit of the advantages of the permeance network model and the analytical model that is obtained by the Maxwell's equations resolution. For example, thepermeance network model offers the possibility of taking into account the nonlinear behaviour of magnetic materials and the analytical model offers the possibility of taking into account movements easily. This model is used for the pre-design of the linear flux switching machine permanent magnet for wave energy application. The cogging torque reduction and the reduction of edge effects arealso studied in this work. In the second part, a thermal study is proposed. The study is focused on the determination of the thermal convection coefficients in the air gap of the linear machine through experimentation. This choice is motivated by the fact that not many studies are dedicated to the thermal behaviour of tubular linear machines in scientific literature, as compared to rotating electric machines, for example.