Academic literature on the topic 'Flux magnétique – Modèles mathématiques'

Les modèles de simulation hydrologiques sont reconnus comme des outils mathématiques très performants mais généralement d'application difficile, principalement à cause du nombre élevé des paramètres requis. À l'inverse, les outils actuels de gestion sont généralement développés à l'aide d'approches empiriques limitant leur application. De plus, leurs paramètres ne sont pas des grandeurs mesurables et doivent être ajustés pour chaque situation. Une approche est proposée pour le développement d'outils semi empiriques de gestion. Elle consiste à simuler un grand nombre de scénarios en utilisant un modèle complexe de simulation puis à rationaliser l'information obtenue pour développer un nouveau modèle semi empirique. L'exemple illustrant cette approche concerne l'évaluation des flux d'eau ruisselée à la surface des champs, lessivée vers la nappe souterraine et drainée par les drains agricoles spécifiquement pour le contexte du Québec. À partir des résultats de simulation de 4500 scénarios, une simplification.rationalisation a permis de réduire à 120 le nombre de scénarios de référence à l'aide desquels peuvent être évalués tous les scénarios possibles par de simples interpolations linéaires. Une application de l'algorithme résultant sur un site du Québec a montré la bonne concordance entre les résultats calculés et mesurés. À la fois l'ordre de grandeur du ruissellement et du drainage et leur grandeur relative sont bien évalués.

La grande densité de couple qui fait la réputation des machines à flux transverse (MFT) est attribuable à l’agencement particulier de ses circuits magnétiques et électriques. Cependant, cet agencement complique aussi l’étape de modélisation nécessaire à la conception de la machine. Des facteurs tels que le flux de fuite, la saturation et l’aspect tridimensionnel du flux expliquent en grande partie la difficulté à élaborer un modèle magnétique analytique précis pour la machine. Par ailleurs, l’emploi d’un modèle imprécis pour l’optimisation des caractéristiques de la machine peut conduire à des résultats erronés. Pour cette raison, la plupart des concepteurs fait appel à une modélisation numérique avec des outils de calcul des champs 3-D, coûteux en ressources informatiques, en temps de calcul et malheureusement peu adaptée au processus de conception itératif d’une machine électrique. La thèse défendue dans ce document propose une alternative : elle présente une approche de modélisation hybride, faisant appel à un modèle magnétique analytique assisté par le calcul des champs. L’approche est appliquée pour l’optimisation des performances d’une structure de MFT particulière : la MFT à griffes (ou "claw-pole") à stator hybride (MFTCPSH). Dans un premier temps, on montre comment des facteurs de corrections, dont les valeurs sont déterminées à partir de simulations par éléments finis 3-D, peuvent permettre de palier aux problèmes de précision d’un modèle analytique au cours de l’optimisation de la machine. Un exemple de maximisation du flux à vide d’une MFTCPSH démontre la rapidité, l’efficacité et la précision de l’approche proposée. Dans un second temps, le modèle hybride et la méthode d’optimisation sont développés pour maximiser le couple d’une MFTCPSH. En se basant sur le cahier des charges d’une application de traction électrique de type moteur-roue, il est montré comment le modèle et la méthode proposés permettent, en quelques heures seulement, de déterminer les dimensions géométriques optimales qui maximisent la densité de couple de la machine.
The high power and torque capabilities of Transverse Flux Machines (TFM) are well known. The particular arrangement of the TFM’s electric and magnetic circuits, which mainly explains its exceptional features, also greatly complicates the TFM design process. Building an accurate analytical magnetic model for a TFM is a hard task: factors as the leakage flux, magnetic saturation or 3-D flux paths greatly affect the model accuracy. As the use of an inaccurate model can lead to erroneous results, TFM designers extensively use numerical models, as 3-D finite element analysis (FEA). Despite their accuracy, such numerical tools are still time and resource consuming but also tricky to use for optimization purpose. This thesis proposes an alternative approach for the design of TFM: a hybrid model, based on analytical calculations, corrected with finite element results inside the optimization process. Such an approach is used in order to optimize the performances of a claw-pole TFM with hybrid stator (CTFMHS). This work first presents how FEA-derived correction factors can be inserted in the analytical model to improve the model accuracy, in the course of the design process. The principles and the effectiveness of the proposed approach are shown through an example of CTFMHS no-load flux maximization. The approach is then derived in order to maximize the torque density of the CTFMHS. Considering the specifications of an in-wheel motor application, it is shown how the developed approach can determine, in a few hours only, the optimal machine geometry maximizing its torque density.

Cette thèse porte sur l'étude des machines synchrones à commutation de flux à aimants permanents et plus particulièrement sur le comportement magnétique, mécanique et acoustique de ces structures particulières. La finalité étant de réaliser une optimisation géométrique alliant rapidité et robustesse tout en prenant en compte ces critères multi-physiques sus-cités. Dans un premier temps, nous avons dressé une vue d'ensemble du fonctionnement de ces machines en présentant le principe de fonctionnement de la commutation de flux et en étudiant une structure penta-phasée 20/18. L'origine du bruit générée dans ces structures a ensuite été débattue avec une attention toute particulière pour les phénomènes magnétiques. Une exploration des différentes contraintes magnétiques ainsi qu'une analyse mécanique et vibratoire par simulations éléments finis et par mesures expérimentales a été réalisée. Dans un deuxième temps, un modèle multi-physique permettant d'estimer l'état magnétique, mécanique et acoustique de ces structures a été présenté. Le choix s'est porté sur une modélisation entièrement analytique devant la nécessité d'obtenir un modèle rapide. Les différents modèles ont été développés et validés soit par simulations éléments finis, soit par mesures expérimentales. Le modèle magnéto-statique a été réalisée par résolution formelle des équations de Maxwell de la magnéto-statique par développement en série de Fourier. Le modèle mécanique a consisté à calculer les modes et les fréquences propres d'ovalisations du stator par une approche énergétique appelé la méthode du quotient de Rayleigh. Le modèle vibratoire / acoustique a, quant à lui, été réalisé en résolvant les équations d'équilibre de la dynamique des poutres dans la base modale formée par les modes propres précédemment calculés. Enfin, dans un troisième et dernier temps, ce modèle a été appliqué dans le cadre d'une optimisation géométrique afin de maximiser le couple électromagnétique tout en minimisant la puissance acoustique rayonnée. Différentes structures de machines ont été abordées et des règles de construction "silencieuse" ont été proposées. L'influence de nombreux paramètres sur la génération de bruit a été étudiée. Ces optimisations ont été effectuées sur trois types de structures : une structure tri-phasée 12/10, une structure tétra-phasée 16/12 et enfin une structure penta-phasée 20/18. De plus elles ont été réalisées dans deux cas de figure : un cas dans lequel la machine est entraînée à vitesse fixe et un cas dans lequel la machine est entrainée à vitesse variable
This thesis deals with the study of Flux-Switching Permanent-Magnets, in particular on magnetic, mechanical and acoustic behavior of these structures. Firstly, origin of noise generated has been presented with particular attention to magnetic phenomena. Exploration of magnetic stresses, mechanical and vibration analysis have been performed by finite element simulations. Secondly, an analytical multi-physics model has been presented in order to estimate magnetic, mechanical and acoustic behavior. The different models have been validated by finite element simulations or by experimental measurements. Finally, this model has been applied in a geometric optimization loop to maximize electromagnetic torque and minimize acoustic noise generated. These optimizations have been performed on 3-phases 12/10, 4-phases 16/12 and 5-phases 20/18 at fixed and variable speed

Les travaux presentes dans cette these ont trait aux etudes parametriques d'une structure innovante de machine synchrone a aimants alternes, concentration de flux et petits plots magnetiques excites par bobinages globalises. Ils entrent dans le cadre des recherches sur les nouvelles structures de machines synchrones pour des applications specifiques de forts couples a basse vitesse. Ces machines se caracterisent d'une part par la dissociation geometrique d'echelles entre l'echelle de bobinage et celle de denture, d'autre part par l'accroissement de performances massiques et/ou volumiques resultant de la reduction homothetique de la taille de la zone active. On notera egalement la grande simplicite du bobinage. La concentration de flux offre, de plus, la possibilite de mettre en uvre des aimants economiques dans des machines performantes. Une etude parametrique de la machine, en regime lineaire, permet de definir la geometrie optimisant les efforts moyens a valeur efficace de courant donnee. Avec des aimants ferrites et en respectant les limitations magnetiques dues a la saturation et a la desaimantation, nous obtenons par simulation un effort moyen par entrefer de 1. 2 n/cm#2. Ce qui correspond a ce que l'on obtient classiquement avec les meilleurs aimants smco ou ndfeb. L'etude de la repartition de la fem et de l'effort moteur instantane dans une machine autopilotee, basee sur une modelisation magnetique obtenue par une approche couplee analytique et numerique, fait ressortir d'une part un comportement global de machine a fem sinusoidale, et d'autre part des ondulations de couple relativement importantes. La minimisation de ces ondulations passe egalement par la reduction du couple moyen resultant. L'analyse de l'influence des formes d'onde de courant usuelles a permis de definir, pour la geometrie minimisant les ondulations de couple, un comportement de machine synchrone a poles lisses, particulierement adaptee, par consequent, a une alimentation en courant sinusoidale. Une etude experimentale de deux prototypes de structure discoide realises au laboratoire a permis de valider les calculs de predeterminations effectues. Nous avons ainsi obtenu, pour l'une de ces machines, des performances massiques de 2 nm/kg et un effort surfacique de 1. 3 n/cm#2 pour une puissance de 1 kw a 1000 tr/mn

Les travaux présentés dans cette thèse se focalisent sur des machines électriques fonctionnant sur le principe de la commutation du flux. Nous étudions des topologies excitées par des aimants permanents, des bobinages DC ou encore hybride (structure à double excitation). Dans une première partie, nous répondrons de manière directe à une problématique industrielle visant à réaliser une application " Alternateur DC " à faible coût. Une modélisation numérique de topologies à double excitation innovantes est tout d'abord proposée. Le modèle est ensuite couplé à un algorithme génétique afin de tendre vers un dimensionnement optimal de ces structures. La seconde partie de ce manuscrit est dédiée à la modélisation analytique de structures excitées par des aimants. Des modèles analytiques du champ d'entrefer suivant différentes approches sont proposés - soit par la théorie des fonctions de perméance, soit par la résolution formelle des équations de Maxwell. Par la suite, un modèle analytique du champ dans les parties ferromagnétiques est proposé. Il permet de déterminer le champ avec précision en tenant compte du caractère bidirectionnel des loci d'induction dans les culasses de ces structures. Ce modèle permet à posteriori d'évaluer les pertes fer dans ces structures. Nous proposons finalement une étude des performances optimales de ces structures en couplant le modèle avec un algorithme stochastique d'optimisation. L'influence du nombre de dents rotoriques ou encore des pertes fer sur les performances électromagnétiques sont mises en évidence. Finalement, la troisième et dernière partie de ce manuscrit détaille une approche originale d'exploration topologique. Après avoir présenté une extension du modèle analytique formel aux structures aimantées, nous exposons l'approche d'exploration topologique pour des structures à excitation statique avec des aimants permanents.

Ce mémoire de thèse traite la problématique des émissions vibroacoustiques dès les premières phases de conception de machines électriques dans le but de mettre en œuvre des machines robustes, fiables et surtout efficientes répondant aux contraintes dans un large domaine d’applications et spécialement pour le véhicule électrique et hybride. Ce manuscrit ne s’intéresse pas seulement à l’identification et la mise en exergue de la problématique vibroacoustique mais surtout a apporté des solutions et des éléments de réponse à certaines contraintes. La problématique vibroacoustique étant trop vaste et trop complexe, ce travail de thèse se focalise sur les aspects vibroacoustiques d’origine électromagnétiques. Pour ce faire, les méthodes de réduction de bruit sont présentées mais seules les solutions de réduction passive sont évoquées. Ces solutions se basent sur le dimensionnement et la conception par optimisation de machines électriques performantes et moins bruyantes. Cela nous ramène au cœur de ce travail qui est le développement d’outils et de modèles multi-physique réunissant les critères de généricité, rapidité, précision et facilité de couplage. Dans ce cadre, plusieurs modèles électriques, magnétiques, mécaniques, thermiques, et acoustiques sont présentés. Différentes stratégies de couplages et d’approches de modélisation sont investiguées. Des conclusions sont tirées à chaque fois en fonction des besoins pour le cas d’application
This PhD thesis deals with the issue of vibroacoustic emissions from the first design phases of electrical machines in order to have robust, reliable and above all efficient machines that meet the constraints in a wide range of applications and especially electrical vehicles. This manuscript is not only interested in the identification and highlighting the vibroacoustic problem, but above all to brought solutions and response elements to certain constraints. Knowing that the vibroacoustic problem is too vast and complex, this thesis focuses on vibroacoustic aspects of electromagnetic origin. To do so, the methods of noise reduction are presented but only the passive reduction solutions are used. These solutions are based on the design and optimization of efficient and less noisy electrical machines. This brings us back to the core of this work, which is the development of tools and multi-physics models combining the criteria of genericity, speed, accuracy and simplicity of coupling. In this context, several electric, magnetic, mechanical, thermal and acoustic models are presented. Different coupling strategies and modeling approaches are investigated. Conclusions are drawn each time according to the needs for the application use case

Les ecoulements de geofluides se caracterisent souvent par la presence de gradients de densite. Ces derniers jouent un role tres important car ils conditionnent les echanges turbulents de masse, de quantite de mouvement et d'energie entre la couche melangee de surface et le fond de l'ecoulement. La connaissance de ces processus necessite une investigation experimentale qui repose, entre autres, sur la mesure et l'analyse des flux turbulents de chaleur. C'est cette question qui fait l'objet du travail presente: l'etude a ete menee sur un ecoulement d'eau en canal ou les flux de chaleur ont ete produits par injection parietale, au travers d'une paroi poreuse en bronze fritte, l'eau injectee etant a temperature plus faible que celle de l'ecoulement principal. Dans un premier temps, la velocimetrie laser a ete validee en etudiant l'ecoulement etabli en canal sans transpiration. Dans un deuxieme temps, l'ecoulement en canal a ete perturbe par une injection parietale d'eau en regime isotherme. Cette etude de reference a permis de retrouver l'essentiel des resultats de la litterature et de montrer l'influence de la transpiration, aussi bien que les quantites moyennes que sur les caracteristiques turbulentes. Dans un troisieme temps, l'ecoulement principal a ete perturbe par une injection parietale avec flux de chaleur. Les flux turbulents ont ete mesures par l'association d'un anemometre a laser et d'un thermocouple. On observe une forte correlation fluctuations de vitesse longitudinale fluctuations de temperature. Enfin, des resultats numeriques sont presentes

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour objet le développement de nouveaux modèles SPICE comportementaux, basés sur les phénomènes physiques des composants mais utilisant les méthodes de modélisation comportementale. Les principaux avantages sont d'une part la modélisation aisée des phénomènes physiques supplémentaires en les décrivant par des équations non linéaires et d'autre part la réduction du temps de calcul et l'augmentation de la précision. Cette méthodologie permet la transportabilité sur divers simulateurs "spice". Elle est appliquée aux principaux composants de puissance et aux composants magnétiques. Ce travail commence par une synthèse des méthodes de modélisation existantes. Les autres chapitres décrivent la méthodologie utilisée pour chaque composant. Le chapitre II présente les principes de la modélisation comportementale dans les simulations de circuits et définit des éléments de base utilisés dans la modélisation des composants de puissance et des circuits magnétiques : - nouveau modèle de transistor de puissance incluant les effets de forte injection, les phénomènes d'avalanche ainsi que la modélisation thermique et les seconds claquages ; - modélisation des GTO et SCR : méthode utilisable tant au niveau circuit que système. Utilisation de la méthode mixte (analogique et digitale); - modélisation des transistors MOS de puissance. Modèle défini à partir des équations de puissance et incluant les capacités parasites ainsi que la diode de "Body". Prise en compte des phénomènes thermiques; -modèle D'IGBT basé sur les équations de diffusion. Modélisation des capacités parasites par une équation linéaire par morceaux. Prise en compte également des effets thermiques; - modélisation des composants magnétiques non linéaires. Représentation électrique des courbes B-H. Prise en compte du comportement en fréquence et en température. Modèle bien adapté à la majorité des noyaux magnétiques (y compris les noyaux amorphes. Simulation de transformateurs. Chaque modèle est validé par comparaison des résultats de simulation et ceux expérimentaux présentés par les constructeurs. Pour chaque composant, l'auteur propose également une méthode d'extraction des paramètres de modèles.

Étude de la simulation de modèles décrivant des expériences de prospection pétrolière par des méthodes électromagnétiques. Ce modèle est régi par les équations de Maxwell en milieu conducteur. La loi d'ohm relie la densité de courant au champ électrique par l'intermédiaire de la conductivité, qui est une fonction du point. Les courants de déplacement sont negligés, ce qui conduit à un phénomène de diffusion. Comme l'air est supposé isolant, il s'agit de résoudre un problème couple, entre une équation stationnaire dans l'air et une équation d'évolution dans le sous-sol. Le couplage s'effectue par l'intermédiaire des conditions de transmission des champs à l'interface de deux milieux.

Ce travail concerne la modélisation et la correction des inhomogénéités d'intensité en imagerie cérébrale par résonance magnétique. Le premier volet de nos travaux modélise l'intensité d'un pixel en fonction des paramètres physiques liés à l'objet et à l'imageur. Nous proposons ensuite quatre méthodes d'estimation afin de calculer les profils de sensibilité en émission et détection des antennes radio-fréquence pour des objets homogènes et hétérogènes. La deuxième partie de notre travail consiste en la correction des images obtenues par résonance magnétique. Nous avons développé une première approche fondée sur les paramètres issus de la modélisation précédente. L'autre est fondée sur la coopération de deux algorithmes privilégiant des informations soit spatiales, soit fréquentielles. Ces méthodes ont été validées sur des données réelles issues de fantômes et du cerveau d'un volontaire sain. Les résultats obtenus sont très satisfaisants et ouvrent de nouvelles voies algorithmiques
This work deals with modelisation and correction of intensity inhomogeneity for magnetic resonance images of the brain. We first modelise intensity variation for a given pixel according to physical parameters which depend on the object being imaged and the machine. We propose four estimation methods to compute transmission and reception radio-frequency coils sensitivity profiles for homogeneous and heterogeneous objects. Subsequently we propose two different approaches to correct magnetic resonance images. We first expose a method which uses the parameters computed with the modelisation described before. The second solution is based on a cooperative framework between two algorithms which work in two separate domains, using spatial or spectral informations. Those methods have been validated on real dataset from phantoms and a volunteer’s normal brain. Results are very satisfactory and open new algorithmic approaches

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