Article

1 - CONCEPTION OPTIMALE D’UN COUPLEUR MAGNÉTIQUE

2 - EXEMPLES INDUSTRIELS

3 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D3416 v1

Conception par optimisation des actionneurs électromécaniques - Applications et exemples industriels

Auteur(s) : Julien FONTCHASTAGNER, Frédéric MESSINE

Date de publication : 10 févr. 2023

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RÉSUMÉ

Cet article traite de méthodologies de conception d’actionneurs électromécaniques basées sur l’optimisation numérique. Ces méthodologies permettent d’obtenir des gains substantiels en termes de qualité des designs trouvés, de rapidité dans l’obtention de ces designs, et de réduction des coûts (moins de prototypes créés).

Dans cette seconde partie de l'article complet, les méthodologies de conception sont illustrées et validées à travers un exemple de design d’un accouplement magnétique, ainsi que via trois exemples industriels.

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ABSTRACT

Design by Optimization of Electromechanical Actuators - Applications and Industrial Examples

This paper deals with methodologies for the design of electromechanical actuators based on numerical optimization. These methodologies allow to obtain substantial gains in terms of quality of the designs found, speed in obtaining these designs, and cost reduction (fewer prototypes created).

In this second part of global article, these design methodologies are illustrated and validated on a design example of a magnetic coupling and on three industrial examples.

Auteur(s)

  • Julien FONTCHASTAGNER : Maître de conférences - Université de Lorraine, GREEN, Nancy, France

  • Frédéric MESSINE : Professeur des universités - LAPLACE, ENSEEIHT-Toulouse INP, Toulouse, France

INTRODUCTION

Dans la première partie de notre article, nous avons présenté les aspects méthodologiques et théoriques de notre démarche de conception d’actionneurs électromécaniques. En posant ces problèmes de conception comme des problèmes inverses et en les reformulant en problèmes d’optimisation continus ou mixtes avec contraintes, nous avons montré comment l’utilisation de codes d’optimisation pouvait potentiellement permettre d’obtenir des designs optimisés. Nous avons terminé cette première partie de notre article, en donnant notre expertise pour associer au mieux des méthodes de résolution du problème direct permettant de calculer des fonctions de coût ou de contraintes avec des méthodes performantes d’optimisation.

Pour illustrer nos propos, nous allons maintenant, dans cette seconde partie de notre article, appliquer cette méthodologie sur des exemples concrets de design d’actionneurs électromécaniques. Dans un premier temps, nous avons choisi un exemple représentatif de conception qui n’est pas trop complexe afin d’être le plus didactique possible. Il s’agit d’un problème de design d’un accouplement magnétique. Cet exemple illustratif sera traité de la manière la plus approfondie possible afin de dégager les forces et les faiblesses des différentes techniques envisageables pour résoudre les problèmes d’optimisation associés. Ainsi, différents types de modèles seront proposés :

  • modèles analytiques ;

  • modèles numériques 2D reposant sur une résolution par éléments finis ;

  • modèles numériques 3D utilisant également la méthode des éléments finis.

Plusieurs simplifications de ces modèles seront aussi discutées et divers codes d’optimisation seront testés et comparés.

Avant de conclure, nous présenterons dans une dernière section trois problèmes industriels de conception que nous avons traités dans des cadres contractuels. Nos activités de chercheurs en design d’actionneurs électromécaniques, nous ont permis d’acquérir une certaine expertise pour, a priori, associer les meilleurs modèles possibles aux meilleures méthodes d’optimisation et ce, afin de résoudre ces cas industriels. Pour ces 3 exemples industriels, nous donnerons les grandes lignes des méthodes de résolution mises en place pour obtenir les designs optimisés de ces actionneurs. Ceci montre la grande efficacité des méthodologies de conception telles qu’elles sont abordées et présentées dans cet article.

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KEYWORDS

Actuators   |   optimization   |   magnetic coupling   |   equipments design

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3416


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DEVORNIQUE (G.) -   Modélisation et optimisation d’un alterno-démarreur synchrone à griffes pour l’application « mild-hybrid ».  -  Thèse de doctorat, Université de Lorraine (2017).

  • (2) - DEVORNIQUE (G.), FONTCHASTAGNER (J.), NETTER (D.), TAKORABET (N.) -   Hybrid model: permeance network and 3D finite element for modeling claw-pole synchronous machines.  -  IEEE Transactions on Magnetics, 53(6), article 7206704, p. 1-4 (2017).

  • (3) - DULAR (P.), GEUZAINE (C.) -   GetDP reference manual: the documentation for GetDP, a general environment for the treatment of discrete problems.  -  http://getdp.info

  • (4) - EL BECHARI (R.) -   Optimisation et analyse de fiabilité des machines électriques modélisées par la méthode des éléments finis.  -  PhD thesis, Thèse de doctorat en Génie électrique, Centrale Lille Institut (2020).

  • (5) - FONTCHASTAGNER (J.) -   Résolution du problème inverse de conception d’actionneurs...

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Opti Toolbox – Logiciel téléchargeable http://www.i2c2.aut.ac.nz/Resources/Software/OptiToolbox_Original.html

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