Optimal Sizing of Permanent Magnet Synchronous Machine for a Given Profile For Hybrid Application

Optimal Sizing of Permanent Magnet Synchronous Machine for a Given Profile For Hybrid Application

Sulivan Küttler Khadija El Kadri Benkara Guy Friedrich Abdenour Abdelli Franck Vangraefschèpe 

SystemX R&T Institute 8 av. de la Vauve, 92120 Palaiseau, France

University of Technology of Compiègne, Electromechanical Laboratory Rue du docteur Schweitzer, 60200 Compiègne, France

IFP New energies 1&4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison, France

Corresponding Author Email: 
sulivan.kuttler@irt-systemx.fr, kelkadri@utc.fr; guy.friedrich@utc.fr, abdenour.abdelli@ifpen.fr, franck.vangraefschepe@ifpen.fr
Page: 
439-453
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DOI: 
https://doi.org/10.3166/EJEE.17.439-453
Received: 
24 April 2015
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Accepted: 
14 September 2015
| | Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

The optimal sizing of electrical machines for a given profile is an important issue in automotive industry to reduce volume and so to save scarce material and cost of actuator. Two phenomena limit this volume, i.e. the magnetic saturation and the increase of temperature especially in coils end turns and in permanent magnets. Consequently, an optimal sizing requires the use of multiphysics models, i.e. coupled electromagnetic-thermal. This paper proposes an original method for optimal sizing on a given profile by the use of two models: a fast electromagnetic model where the temperature is indirectly taken into account by the electrical current density in windings. This model is implemented in a SQP optimization method. And a coupled model electromagnetic-thermal model, which provides the time evolution of the temperatures during the given profile inside the machine. This second model, more complex than the previous model requires long time calculation especially for long profile. This article proposes a strategy using the two models in order to reduce the volume of the actuator. The two models will be described and the optimization results will be given and commented.

Keywords: 

optimization, multiphysics simulation, thermal-electromagnetic coupling.

1. Introduction
2. State of Art: Multi-physics Modelling
3. Models Description
4. Sizing Strategy
5. Results
6. Conclusion
Acknowledgments

The authors wish to thank the SystemX R&T Institute for the support and the continuity that SystemX provided.

  References

Chédot L. (2004). Contribution à l’étude des machines synchrones à aimants permanents internes à large espace de fonctionnement. Thèse au laboratoire d’Électromécanique de Compiègne, UTC.

Dagusé B. (2013). Modélisation analytique pour le dimensionnement par optimisation d’une machine dédiée à une chaîne de traction hybride à dominante électrique. Thèse au laboratoire STITS, Supélec.

Fasquelle A. (2007). Contribution à la modélisation multi-physique : électro-vibro-acoustique et aérothermique de machine de traction. Thèse au L2EP, école centrale de Lille.

Jannot X. (2010). Modélisation et optimisation d’un ensemble convertisseur-machine : Application aux systèmes d’entraînement à haute vitesse. Thèse au laboratoire STITS, Supélec.

Küttler S. (2013). Dimensionnement de machines synchrones pour des applications de véhicules hybrides. Thèse au laboratoire d’Électromécanique de Compiègne, UTC.

Lamghari-Jamal M. I. (2006). Modélisation magnéto-thermique et optimisation de machines rapides : Application à la machine à réluctance variable. Thèse au laboratoire IREENA, Université de Nantes.

Legranger J. (2009). Contribution à l’étude des machines brushless à haut rendement dans les applications de moteurs - générateurs embarqués. Thèse au laboratoire d’Électromécanique de Compiègne, UTC.

Nguyen P.-H. (2011). Impact des modèles de pertes fer sur l’optimisation sur cycle d’un ensemble convertisseur – machine synchrone. Thèse au laboratoire SATIE, ENS Cachan.

Pyrhönen J., Jokinen T., Hrabovcova V. (2008). Design of electrical machines, John Wiley & Sons, Finland.

Raminosoa T. (2006). Optimisation des performances des machines synchro-réluctantes par réseau de perméances. Thèse à l’INPL, Université de Loraine.