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Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG (2004-07-13), CHILLET Christian (Dir.)
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Modélisation et optimisation des alternateurs à griffes. Application au domaine automobile
Laurent ALBERT1

Les générateurs d'électricité actuels dans les automobiles sont des alternateurs à griffes. Ils présentent une bonne puissance massique à un prix compétitif, mais ont, en contrepartie, un mauvais rendement. Ainsi, comme le besoin en énergie électrique embarquée est en constante évolution, il en résulte que l'impact de la génération d'électricité sur la consommation de carburant n'est plus négligeable. Les travaux de cette thèse ont pour but de modéliser le comportement de l'alternateur à griffes en fonction des paramètres de construction pour pouvoir, par la suite, utiliser des processus informatiques pour optimiser le rendement et / ou la puissance massique. La méthodologie choisie pour modéliser cet alternateur repose sur la théorie des réseaux de réluctances analytiques. Pour déterminer le courant débité par l'alternateur, le réseau de réluctance est couplé à un modèle analytique du redresseur. Ensuite un modèle analytique est établi pour l'ensemble des pertes. Ce modèle est ensuite intégré dans un logiciel d'optimisation sous contraintes de type gradient. Ceci permet alors d'obtenir un ensemble de solutions répondant à des cahiers des charges bien définis avec un nombre important de paramètres variables (18 paramètres de construction sont optimisés). Cette approche présente différentes évolutions possibles pour améliorer le rendement des alternateurs à griffes. Pour finir, une méthode fondée sur des optimisations multi objectifs est proposée pour déterminer le meilleur compromis entre un rendement élevé et une bonne puissance massique.
1:  LABORATOIRE D'ELECTROTECHNIQUE DE GRENOBLE
Alternateur à griffes – modélisation analytique – réseau de réluctances – optimisation sous contraintes – optimisation multi objectif.

Modeling and optimization of automotive claw-pole alternator
Nowadays, automotive electricity generators are claw-pole alternators. They have a good power-to-weight ratio and an attractive cost, but their efficiency is low. As on board electricity demand is rising, electricity generation impact on fuel consumption is no more negligible. Our work aims therefore at making a model of claw-pole alternator behavior, according to building parameters, in order to use it in an optimization software to increase efficiency and / or power-to-weight ratio. Our claw-pole alternator model is built using a magnetic equivalent circuit, with analytical expressions of the reluctances. In order to compute the alternator output current, the magnetic equivalent circuit is linked with an analytical model of the rectifier bridge. Then analytical model of alternator losses is presented. Next, this model is used with a gradient constrained optimization software. It leads to solutions set that satisfy product specifications, handling a high number of variable parameters (18 building parameters are optimized together). This approach presents different possible evolutions to improve claw-pole alternator efficiency. Finally, a multi objectives optimization method is used to find the best compromise between high efficiency and high power-to-weight ratio.
Claw-pole alternator – analytical modeling – magnetic equivalent circuit – constrained optimization – multi objectives optimization.

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