Cοntributiοn tο the Develοpment οf Axial Flux Μachines fοr Small Wind Τurbine Applicatiοns
Contribution au Développement des Machines à Flux Axial pour l'Éolien de Petite Puissance
Résumé
The work done in this thesis deals with the design of small power generators for wind
turbine applications. In the early stages of the design, it was necessary to develop tools for
rapid machine pre-sizing while maintaining acceptable accuracy before verifying the
performance using a more accurate method such as finite elements. Thus, analytical and
lumped parameter sizing tools have been developed to model the machine magnetically and
thermally. For the magnetic part, an analytical method based on the formal solution of
Maxwell's equations was developed, as well as a model of a mesh based reluctance network,
and for the thermal part a nodal thermal model. The reluctance network model was tested on
an axial flux switched reluctance machine for both linear and nonlinear ferromagnetic material
and for a multi-slice version and a quasi-3D version. Between the analytical model and the
reluctance network model, the analytical model was chosen for the magnetic pre-sizing of the
machine and a double stator single rotor axial flux topology with surface mounted permanent
magnets was chosen. The thermal performance of the machine was evaluated using a nodal
thermal model, and magnetic performance was evaluated by a finite element model. The
mechanical behavior of the rotor disc was studied using a mechanical finite element model.
Le travail accompli dans cette thèse traite la problématique de la conception des
générateurs de petite puissance pour des applications éoliennes. Dans les premières phases de
la conception, il a été nécessaire de développer des outils de pré-dimensionnement rapide de
la machine tout en gardant une précision acceptable avant de vérifier les performances en
utilisant une méthode plus précise comme les éléments finis. Ainsi, des outils de
dimensionnement analytique et de constantes localisées ont été développés pour modéliser la
machine magnétiquement et thermiquement. Pour la partie magnétique, une méthode
analytique issu de la résolution formelle des équations de Maxwell été développée, ainsi qu’un
modèle de réseau de reluctance maillé, et pour la partie thermique une modèle thermique
nodal. Le modèle reluctant développé a été testé sur une machine à reluctance variable à flux
axial dans le cas du linéaire et non linéaire pour une version multicouche et pour une version
quasi-3D. Parmi les 2 modèles, analytique et reluctant, le modèle analytique a été choisi pour
le pré-dimensionnement magnétique de la machine et une topologie à flux axial à rotor interne
et 2 stators à aimants montées en surface a été choisi pour cette machine. Les performances
thermiques ont été évaluées par le biais d’un modèle thermique nodal, et les performances
magnétiques par un modèle éléments finis. Le comportement mécanique du disque rotorique
était étudié à l’aide d’un modèle éléments finis mécanique.
Domaines
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