Study on the impact of uncertain design parameters on the perfomances of a permanent magnet assisted synchronous reluctance motor

In this paper, deterministic and robust design optimizations of a permanent magnet assisted synchronous reluctance machine were performed to study the impact of different uncertain input parameters on the design. These optimizations were carried out using a surrogate model based on 2-D finite element simulations. Different robust optimizations considering geometric and magnetic uncertain parameters were compared to the deterministic optimization. It was noticed that both geometrical and magnetic properties tolerances greatly impact the machines' performances, where the magnetic properties had a more significant impact on the mean torque. In such a case, robust optimization is essential to find optimal and robust electric motors designs.Comment: arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2211.1613

Experimental investigation of a Doubly-Excited Flux-Switching Machine for Aircraft DC Power Generation

International audienceThis paper presents an experimental study on a new design of a Doubly-Excited Flux-Switching Machine (DEFSM) proposed for variable speed DC power generation in future aircraft. This machine uses excitation coils associated with permanent magnets to control the flux-linkage. This gives the possibility of using a diode bridge rectifier which is more reliable than an active bridge. After presenting its design and some of its main characteristics, an experimental investigation of the electromagnetic and thermal performances has been performed on a 3 kW prototype. It is shown that the generated power can be easily controlled using the excitation current which is very interesting for wide-speed-range applications. The unique design of the stator makes it possible to have a low remanent back EMF. This characteristic makes this machine inherently safe in case of fault since no flux weakening is needed. The thermal analysis has shown that the permanent magnets can be kept at relatively low temperatures which makes them more resistant to demagnetization. All of this makes the DEFSM a strong candidate for future aircraft power generation

Etude d'une machine synchrone à double excitation <br />Contribution à la mise en place d'une plate-forme de logiciels en vue d'un dimensionnement optimal

Dans le cadre de la motorisation électrique des véhicules dits « propres » (tels que les véhicules hybrides) où le cahier des charges est difficile à satisfaire, une dizaine d'équipes dans le monde prospectent des topologies de machines synchrones qui permettraient de combiner la souplesse de fonctionnement de la machine synchrone à excitation bobinée aux avantages de la machine synchrone à aimants permanents.Parmi ces structures, nous trouvons la Machine Synchrone à Aimants Permanents à Concentration de Flux et à Double Excitation (MSAPConFDE) qui fait l'objet des travaux de recherche présentés dans cette thèse réalisée dans le cadre d'une coopération interuniversitaire entre le laboratoire SET de l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard et le laboratoire SATIE de l'Ecole Normale Supérieure de Cachan. On s'est intéressé, en premier lieu, à l'étude par la méthode des éléments finis de cette structure. Les modèles prennent en compte l'aspect tridimensionnel de la MSAPConFDE, l'anisotropie du feuilletage et la saturation magnétique. Ils ont permis d'approfondir la compréhension des phénomènes qui régissent le fonctionnement d'une telle structure et d'analyser les différents trajets de flux. En second lieu, des modèles analytiques, basés sur la méthode des schémas réluctants, ont été établis. Les trajets de flux tridimensionnels, la saturation magnétique et les différents trajets de fuites ont été pris en compte. Finalement, ces modèles ont été exploités dans une démarche de pré-dimensionnement optimal basée sur l'algorithme génétique. Les résultats obtenus nous encouragent à enrichir l'outil de pré-dimensionnement par de nouveaux modèles de machines synchrones et par différents algorithmes d'optimisation. Ceci permettra d'aboutir vers une plate-forme de logiciels pour le pré-dimensionnement optimal des machines synchrones pour un cahier des charges donné

Etude d'une machine synchrone à double excitation <br />Contribution à la mise en place d'une plate-forme de logiciels en vue d'un dimensionnement optimal

Dans le cadre de la motorisation électrique des véhicules dits « propres » (tels que les véhicules hybrides) où le cahier des charges est difficile à satisfaire, une dizaine d'équipes dans le monde prospectent des topologies de machines synchrones qui permettraient de combiner la souplesse de fonctionnement de la machine synchrone à excitation bobinée aux avantages de la machine synchrone à aimants permanents.Parmi ces structures, nous trouvons la Machine Synchrone à Aimants Permanents à Concentration de Flux et à Double Excitation (MSAPConFDE) qui fait l'objet des travaux de recherche présentés dans cette thèse réalisée dans le cadre d'une coopération interuniversitaire entre le laboratoire SET de l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard et le laboratoire SATIE de l'Ecole Normale Supérieure de Cachan. On s'est intéressé, en premier lieu, à l'étude par la méthode des éléments finis de cette structure. Les modèles prennent en compte l'aspect tridimensionnel de la MSAPConFDE, l'anisotropie du feuilletage et la saturation magnétique. Ils ont permis d'approfondir la compréhension des phénomènes qui régissent le fonctionnement d'une telle structure et d'analyser les différents trajets de flux. En second lieu, des modèles analytiques, basés sur la méthode des schémas réluctants, ont été établis. Les trajets de flux tridimensionnels, la saturation magnétique et les différents trajets de fuites ont été pris en compte. Finalement, ces modèles ont été exploités dans une démarche de pré-dimensionnement optimal basée sur l'algorithme génétique. Les résultats obtenus nous encouragent à enrichir l'outil de pré-dimensionnement par de nouveaux modèles de machines synchrones et par différents algorithmes d'optimisation. Ceci permettra d'aboutir vers une plate-forme de logiciels pour le pré-dimensionnement optimal des machines synchrones pour un cahier des charges donné

Étude d'une machine synchrone à double excitation (contribution à la mise en place d'une plate-forme de logiciels en vue d'un dimensionnement optimal)

BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocBELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Machine à commutation de flux à double excitation. Analyse des performances : Fonctionnement Alterno-Démarreur

International audienceThis paper presents a study on a synchronous three-phase doubly-excited flux-switching machine that has been initially designed to work as a DC alternator with a nominal power of 3 kW. After presenting its structure, the electromagnetic performances are calculated using a 2D transient finite element model. The results have shown that the generated power can be easily controlled with the double excitation winding. This characteristic, together with a simple and robust rotor, make this machine very interesting for high speed embedded applications.Cet article présente uné etude sur une machine syn-chrone triphaséè a commutation de fluxàflux`fluxà double excitation. Cette machine non conventionnelle a ´ eté principalement dimensionnée pour un fonctionnement en alternateur DC avec une puissance nominale de 3 kW. Après la présentation de sa structure, les performancesélectromagnétiquesperformances´performancesélectromagnétiques de cette machine sont simulées simulées`simuléesà l'aide d'un modèle enélémentsen´enéléments finis 2D transitoire. Les résultats ont montré une très bonne capacité de contrôle de la puissancépuissancé electrique générée avec la double excitation. Cette caractéristique, avec la structure simple et robuste du rotor, rend cette machine très intéressante pour les applications embarquées haute vitesse

Overview of Degrees of Freedom in the Design of PM Synchronous Machines

International audienceThis contribution discusses the degrees of freedom that could be advantageously exploited in the conception of permanent magnet (PM) machines in the context of very demanding applications, such as electrical vehicle traction. The aim is to inventory degrees of freedom identified in scientific and technical literatures. Identifying these additional degrees of freedom will help positively respond to highly constrained design problems, which are appearing due to the higher usage of electrical energy in many industrial and consumer products. The goal is also to stimulate new ideas in the design of PM synchronous machines

A detailed analysis of the propagation paths of high- frequency common mode currents in AC motors

International audiencethis paper describes the phenomena of propagation of common mode high-frequency currents (HF) in the metallic parts of AC machines supplied by pulse width modulation (PWM) inverters. A detailed analysis based on finite elements modeling is proposed to identify the privileged paths of these HF currents and parameters that rule this phenomenon

Design and Realization of a Hybrid Excited Flux Switching Vernier Machine for Renewable Energy Conversion

International audienceThis paper presents the design of a hybrid excited flux switching Vernier machine. This machine is designed to serve in renewable energy conversion applications, such as a wind turbine generator, or tidal turbine generator. After introducing this original structure, a design based on finite element models is conducted. The specifications correspond to relatively low power direct drive wind or tidal turbine applications. The rated power is set to 10 kW, with a rated speed of 300 rpm. Mainly the electromagnetic design is presented. Aspects related to the realization of a prototype are also presented, and an experimental study is included

Strategy for Predictive Modeling of the Common-Mode Impedance of the Stator Coils in AC Machines

International audience— This paper presents a methodology for the predictive modeling of common mode (CM) impedance of the stator windings of AC three-phase machines taking into consideration all the parasitic inductive and capacitive phenomena. An electrical model with lumped parameters (RLC) is generated, based on a physical approach of the machine, which is implantable in a SPICE type software. The prediction results are in satisfactory agreement with the measurements ones on a large frequency bandwidth [10 kHz-100 MHz]: the low-frequency capacitance is predicted with better than 5% accuracy, while the peaks and dips in the CM impedance plot are very well predicted beyond 5 MHz. Index Terms—Common mode impedance, predictive modeling, windings motor modeling, lumped equivalent circuit, EMI