Comparaison Électromagnétique de deux Machines Polyphasées à Aimants : Application à la chaîne de traction de type Mild Hybrid.

International audienceLes auteurs comparent les performances électromagnétiques de deux machines polyphasées à aimants pour l'application Mild Hybrid. Cette comparaison a été effectuée à l'aide de simulations numériques en deux dimensions (2D). La meilleure machine a été déterminée à l'aide d'une étude énergétique (i.e., pertes, couples, rendement) selon un cahier des charges. Dans cette étude, le bobinage concentrique à double couches a été utilisé et la synthèse du bobinage est basée sur la méthode "des étoiles des encoches" et sur la décomposition en série de Fourier de la force magnétomotrice (FMM).</p

Analytical Modelling of No-Load Density in Surface Mounted Permanent Magnet Motor

International audienceIn this paper, the authors present an analytical calculation in order to predict the no-load flux density in surface mounted synchronous permanent magnet machines. This analytical model is based on two-dimensional analysis in polar coordinates and has been developed for both parallel and radial magnetization of the magnets. The no-load magnetic vector potential is established by solving Laplace/Poisson's equations using the Fourier's series and the method of separating variables. Two circular regions are considered: the Region.I, which is the air-gap modified by Carter's coefficient, and the Region.II, which includes the magnets and the air-spaces between magnets. The analytical results are compared with the ones obtained by a numerical analysis using the finite-element method (FEM)

Design of a High-Speed Permanent Magnet Motor for the Drive of a Fuel Cell Air-Compressor

International audienceThis paper deals with the design of a 500 W permanent magnet (PM) machine used to drive the aircompressor of a 5 kW fuel cell (FC). The authors focus on the optimization of the motor efficiency in order to minimize the energy consumption of the air-compressor which can represent up to 30 % of the electrical energy delivered by the FC. The authors justify the use of a PM machine by the fact that, by using rare earth Nd-Fe-B magnets, such a type of machine makes it possible to reach a high efficiency as well as a high power density. The optimized machine presented in this paper have theoretically more than 25 % of its working area with an efficiency higher than 90 % and the efficiency at the rated point equals to 92 %. Those promising results of computation are confirmed by the first experimental results obtained with a prototype

Maximization of No-Load Density in Surface Mounted Permanent Magnet Motor

International audienceAn exact two-dimensional (2-D) analytical model (AM) of slotless permanent magnet (PM) machines in polar coordinates is used to determine the analytical equations of the air-gap flux density at no-load operation. The authors show that, for a radial magnetization, there is an optimal magnet thickness which permits to maximize the noload flux density. In order to use easily and directly this optimal value during the design of surface mounted PM motors (SMPMM), the authors propose an original analytical expression of this maximum magnet thickness that have been obtained by interpolation of the values given by several analytical computations. This interpolation function could be applied to SMPMM having a parallel or radial magnetization direction

Méthode de Calcul Rapide des Pertes par Courants de Foucault dans les Aimants Permanents

Dans ce papier, une méthode de calcul rapide des pertes par courants de Foucault (CF) dans les aimants permanents (APs) est proposée. Le modèle est basé sur la résolution des équations de la magnétostatique en utilisant les éléments finis 3D (la conductivité électrique des APs est alors négligée), puis sur le calcul des courants de Foucault à partir de l'équation de Maxwell-Faraday et en utilisant les différences finies (DF) avec un maillage grossier. La machine étudiée est de type synchrone à AP à flux-axial (MSAPFA). Le temps de calcul, comparé à un calcul complet par éléments finis 3D (EF-3D), est divisé par 11

Études théorique et expérimentale des pertes par courants de Foucault dans les aimants permanents à partir d'un dispositif de type électroaimant

RESUME -- La tendance actuelle dans les transports électriques (e.g., la traction ferroviaire, les véhicules électriques et/ou hybrides électriques) ou encore dans les grandes éoliennes à attaque directe est d'utiliser des machines synchrones à aimants permanents (APs) utilisant des terres rares pour leurs grandes performances massiques. Toutefois, un inconvénient majeur de ces machines est l'existence de pertes pouvant être importantes dans les APs, notamment lorsque le bobinage est concentrique autour des dents. Ces pertes sont à l'origine d'une dégradation du rendement, mais elles peuvent aussi être à l'origine d'échauffements excessifs des APs, avec des risques de désaimantation d'une part et des risques de décollement d'autre part. Afin de mieux appréhender les différents phénomènes physiques qui interviennent dans ces pertes, nous avons considéré un électroaimant en forme de U à armature plate, dans lequel sont insérés des APs. Dans cet article, nous décrivons tout d'abord ce dispositif expérimental, puis nous présentons des modèles numériques par éléments finis (EF) en 2D/3D permettant d'évaluer les différents paramètres influençant les pertes dans les APs. Nous proposons ensuite une approche de modélisation (semi-)analytique 3D ayant des temps de réponse faibles. Cette approche est finalement confrontée aux modèles numériques. Mots-clés -- Électroaimant, pertes, aimants permanents, modélisation, numérique, (semi-)analytique</p

Pertes magnétiques des systèmes électromagnétiques : Circuit Magnétique Equivalent & Modèle LS

International audienceDans cet article, nous présentons une approche inédite permettant l'évaluation des pertes magnétiques à partir des formes d'ondes des inductions issues d'un circuit magnétique équivalent (CME) adaptatif non-linéaire par le modèle Loss Surface (LS). L'approche a été appliquée à une machine synchrone à flux radial et à aimants enterrés. Les résultats ont été comparés avec les calculs a posteriori opérés dans Flux2D. Une mention spéciale doit tout de même être faite sur le gain considérable en temps de calcul que pourrait apporter le CME par rapport aux Éléments Finis. L'influence du maillage du CME sur les pertes magnétiques ainsi que sur les performances électromagnétiques de la machine a été abordée. </p

Étude de la Désaimantation dans l'Air d'un Inducteur Cylindrique de Machines à Aimants permanents montés en Surface

National audienceCet article traite de la démagnétisation dans l'air des aimants permanents (AP) d'un inducteur cylindrique de machines à AP montés en surface. Les auteurs présentent d'abord un calcul analytique exact du champ pour une telle structure, puis les résultats obtenus sont confirmés par des simulations numériques 2D et 3D. Les auteurs déterminent ainsi, dans un cas concret, les limites en température et en épaisseur d'aimants pour se prémunir de la désaimantation dans l'air

3-D Numerical Hybrid Method for PM Eddy-Current Losses Calculation: Application to Axial-Flux PMSMs

International audienceThis paper describes a 3-D numerical hybrid method (NHM) of the permanent-magnet (PM) eddy-current losses in axial-flux PM synchronous machines (PMSMs). The PM magnetic flux density is determined using the multi-static 3-D finite-element method (FEM) at resistance-limited (i.e., without eddy-current reaction field). Based on the predicted flux density distribution, the eddy-currents induced in the PMs and the 3-D PM eddy-current losses are calculated by 3-D finite-difference method (FDM) considering a large mesh. Therefore, this 3-D NHM is based on a coupling between the multi-static 3-D FEM and the 3-D FDM. Two 24-slots/16-poles (i.e., fractional-slot number) axial-flux PMSMs having a non-overlapping winding (all teeth wound type) with stator double-sided structure are studied: 1) surface-PM (SPM) and 2) interior-PM (IPM) To evaluate the reliability of the proposed technique, the 3-D PM eddy-current losses are determined and compared with transient 3-D FEM (i.e., magneto-dynamical 3-D FEM). The same nonlinear properties of the laminations have been applied for multi-static/transient 3-D FEM. The computation time can be divided by 25 with a difference less than 12%

GENERAL CALCULATION OF WINDING FACTOR FOR MULTI-PHASE/-LAYER ELECTRICAL MACHINES IRRESPECTIVE OF POLES NUMBER

In this paper, a method to calculate the winding factor by only considering stator parameters without the rotor ones is developed. This is interesting because it allows the separation of the stator and rotor design, unlike the existing methods in the literature. A general method based on the matrix representation of a winding is presented. This approach requires the knowledge of four parameters : i) slots number, ii) phases number, iii) layers number, and iv) single-phase spatial distribution. A new feature of the multi-layer windings is introduced, it is called false-zero windings, which is divided into two categories: i) α-windings (i.e., odd false-zero windings), and ii) β-windings (i.e., even false-zero windings). The windings having no false-zero are categorized as γ-windings. The calculations are applied for single and multi-phase/-layer windings. The results of the comparison are satisfactory. The code used for the calculation is given in Appendix