Actionneur linéaire rapide - Application aux soupapes électromagnétiques

Pour réduire les émissions de gaz polluants, les constructeurs automobiles cherchent à mieux contrôler le volume d'air introduit dans le moteur pour optimiser la combustion. Des dispositifs mécaniques ou hydrauliques couplés avec l'arbre à cames sont déjà en place dans certaines voitures et permettent des gains de 8 à 10% sur la consommation de carburant. L'utilisation d'un actionneur électromagnétique à la place de l'arbre à cames (application camless ) pour commander les soupapes améliore nettement ce gain (15 à 20%). Les travaux de cette thèse consistent à modéliser une structure choisie, pour ensuite l'optimiser. Compte tenu des exigences de notre application et des contraintes d'environnement du moteur thermique, la modélisation doit être à la fois suffisamment précise et rapide pour estimer et améliorer les performances de l'actionneur. Pour la partie statique, nous avons opté pour un modèle réluctant 3D. Obtenu par extension de son homologue 2D, il reste rapide tout en donnant des résultats en accord avec les mesures. En régime transitoire, nous proposons une nouvelle approche analytique de la distribution des courants de Foucault, directement à partir de l'évolution du flux magnétique. L'équation de diffusion comporte alors des conditions aux limites de Neumann. Nous avons traité le cas d'un flux magnétique arbitraire grâce au théorème de Duhamel, ainsi que la saturation du matériau grâce à une approche semi-analytique.Variable valve actuation is one of automotive constructors' strategies to fulfil environmental queries about emission of pollutant gases. It brings improvement to the thermal engine, and many constructors have their own devices associated to the camshaft, with a gain between 8 and 10% on fuel consumption. The use of camless actuator brings further more gain, from 15 to 20%. The established approach during this thesis consists in modelling a chosen topology of actuator, and next in optimization. However, camless specifications and constraints require fast models, but with correct accuracy. That's why we use 3D permeances network in steady state. That model is obtained from extension of its 2D version. It is still fast and gives results in good agreement with measurements. We proposed a new analytical approach of eddy currents distribution in transient state, directly from the evolution of magnetic flux. Thus we have Neumann's boundary conditions in the diffusion equation. Arbitrary magnetic flux excitation and saturated material (with semi-analytical approach) are considered.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Réfrigération magnétique Etat de l'art et développements récents

La réfrigération magnétique, basée sur l'effetmagnétocalorique, est une thématique relativement récente etprometteuse devant permettre de réaliser des systèmes moinsénergivores que la technologie conventionnelle et sans impact surl'environnement. Pluridisciplinaire, elle implique de maîtrisertoute une filière, du matériau à l'application et de lever desverrous scientifiques et technologiques. L'article fait un état del'art, discute des derniers travaux réalisés, et illustre lesproblèmes soulevés en particulier dans le domaine thermique ens'appuyant sur l'expérience acquise au G2Elab.</p

Calcul hautes performances pour les formulations intégrales en électromagnétisme basses fréquences. Intégration, compression matricielle par ondelettes et résolution sur architecture GPGPU

Les méthodes intégrales sont des méthodes particulièrement bien adaptées à la modélisation des systèmes électromagnétiques car contrairement aux méthodes par éléments finis elles ne nécessitent pas le maillage des matériaux inactifs tel que l'air. Ces modèles sont donc légers en terme du nombre de degrés de liberté. Cependant ceux sont des méthodes à interactions totales qui génèrent des matrices de systèmes d'équations pleines. Ces matrices sont longues à calculer en temps processeur et coûteuses à stocker dans la mémoire vive de l'ordinateur. Nous réduisons dans ces travaux les temps de calcul grâce au parallélisme, c'est-à-dire l'utilisation de plusieurs processeurs, notamment sur cartes graphiques (GPGPU). Nous réduisons également le coût du stockage mémoire via de la compression matricielle par ondelettes (il s'agit d'un algorithme proche de la compression d'images). C'est une compression par pertes, nous avons ainsi développé un critère pour contrôler l'erreur introduite par la compression. Les méthodes développées sont appliquées sur une formulation électrostatique de calcul de capacités, mais elles sont à priori également applicables à d'autres formulations.Integral equation methods are widely used in electromagnetism modeling because, in opposition to finite element methods, they do not require the meshing of non-active materials like air. Therefore they lead to formulations with small degrees of freedom. However, they also lead to fully dense systems of equations. Computation times are expensive and the storage of the matrix is very expensive. This work presents different parallel computation strategies in order to speed up the computation time, in particular the use of graphical processing units (GPGPU) is focused. The next point is to reduce the memory requirements thanks to wavelets compression (it is an algorithm similar to image compression). The compression technique introduces errors, therefore a control criterion is proposed. The methodology is applied to an electrostatic formulation but it is general and it could also be used with others integral formulations.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

JCuda vectorized and parallelized computation strategy for solving integral equations in electromagnetism on a standard personal computer

International audienceThe paper presents a computation strategy for solving integral equations in electromagnetism. Nowadays, powerful programmable Graphic Processing Units (GPU) can be found in any standard computer. The paper investigates the benefits of the use of GPUs in addition to the CPU one in order to improve computation speed by using integral methods. Java language and the JCuda library, not often used in speed calculation by the computing community, has been used here. A 100 time speed-up is reported in matrix assembly between an optimized traditional CPU computation and a CPU+GPU one. FMM… Index Terms-Fast Multipole Method on GPU, JCuda computing, Pure Java ..

Etude des paliers magnétiques passifs

Magnetic reluctance bearings and magnetic permanent magnet bearings are the two main types of passive magnetic bearings.Variable reluctance bearings use the attraction between pole pieces made of soft materials, the geometrical shape of which makes it possible to create restoring forces during a relative displacement of the rotating part with respect to the fixed part of the bearing. Simple forms can be processed by analytical calculation, but the study of most bearings requires the use of numerical methods.Permanent magnet bearings use attraction or repulsion forces between annular magnets. They are simpler to design and achieve than the previous ones. After compiling the list of all possible configurations, the analytical calculation of the different types of bearings made it possible to draw a large number of results relating to the ideal geometrical shapes and the possibilities of these devices. As for the realization of these bearings, the study of different magnet materials has shown that the rare-cobalt earths, which combine a high magnetic field with a large coercive field, are particularly well adapted to this application. The technique of shrinking the rotating magnet makes it possible to achieve very high speeds of rotation.These devices are mainly used either when looking for a minimum friction torque (disc suspension of an electric meter), or for the positioning of a rotor rotating at a very high speed (energy storage wheel).Les paliers magnétiques à reluctance variable et les paliers magnétiques à aimants permanents représentent les deux principaux types de paliers magnétiques passifs.Les paliers à reluctance variable utilisent l'attraction entre des pièces polaires en matériaux doux, dont la forme géomé-trique permet de créer des forces de rappel lors d'un déplacement relatif de la partie tournante par rapport à la partie fixe du palier» Certaines formes simples peuvent être traitées par le calcul analytique, mais l'étude de la plupart des paliers nécessite l'utilisation de méthodes numériques.Les paliers à aimants permanents utilisent les forces d'attraction ou de répulsion entre des aimants de forme annulaire. Ils sont plus simples à concevoir et à réaliser que les précédents. Après avoir dressé la liste de l'ensemble des configurations pos¬sibles, le calcul analytique des différents types de paliers a permis de tirer un grand nombre de résultats relatifs aux formes géométriques idéales et aux possibilités de ces dispositifs. Quant à la réalisation de ces paliers, l'étude de différents matériaux à aimant a montré que les Terres Rares-Cobalt, qui allient à une aimantation élevée un champ coercitif important, sont particulière-ment bien adaptés à cette application. La technique du frettage de l'aimant tournant permet d'atteindre de très grandes vitesses de rotation.Ces dispositifs sont principalement utilisés soit lorsqu'on recherche un couple de frottement minimum (suspension du disque d'un compteur électrique), soit pour le positionnement d'un rotor tournant à très grande vitesse (volant de stockage d'énergie)

L'Electrotechnique du Futur

Editorial de la REE (Revue de l'Electricité et de l'Electronique) n°6-7, juin-juillet 2006, p. 69 Editorial de la REE, n°8, septembre 2006, p. 83-8

Systematic research of all the configurations of linear polarized actuators for camless systems

International audienc

Recherche systématique des configurations d'actionneurs linéaires polarisés pour les systèmes camless

Conf EF2007 (Electrotechnique du Futur), Toulouse, 5-6 Sept 2007, Proc sur C