Platform design actuators: methods and tools for pre-sizing of actuators
Plateforme de conception d’actionneurs : méthodes et outils pour le pré-dimensionnement d’actionneurs
Résumé
Contactors and relays are used in many devices for monitoring and remote controlling. Most
of them are equipped with electromagnetic actuators, which are produced in large quantities. The environmental
requirements on efficiency and energy consumption have become more and more strict. The
design of these actuators is therefore an important issue. This thesis focuses on the development of a
design platform dedicated to the pre-sizing of electromagnetic actuators. This platform is based on the
implementation of very fast and sufficiently accurate modeling methods. The first part is devoted to the
resolution of linear and nonlinear magnetostatic equations by the coupling between boundary integral
method and reluctance network method. The evaluation of global quantities such as the magnetic flux
flowing through a coil and the force is investigated. The results are validated on a rotating bistable relay.
The second part concerns the multi-physics simulation of the component in its environment by taking
into account the mechanical and electrical aspects. A feasibility study by optimization is performed both
for the component alone and for the whole component-system. Finally, a general modeling method is
proposed with the presentation of an original and efficient coupling between the finite element methods
and boundary integrals.
Les contacteurs et les relais sont utilisés dans de très nombreux dispositifs pour le contrôle
et la commande à distance. La plupart sont équipés d’actionneurs électromagnétiques qu’il est nécessaire
de produire en quantité importante pour réaliser ces fonctions. Les exigences environnementales
sur l’efficacité et la consommation énergétiques sont de plus en plus contraignantes. La conception de
ces actionneurs est donc un enjeu important. Cette thèse porte sur le développement d’une plateforme de
conception dédiée au pré-dimensionnement d’actionneurs électromagnétiques. Cette plateforme repose
sur le développement de méthodes de modélisation très rapides et suffisamment précises. La première
partie est consacrée à la résolution des équations de la magnétostatique en linéaire et non-linéaire par le
couplage de la méthode des intégrales de frontières avec la méthode de réseaux de réluctances. L’évaluation
des grandeurs globales telles que le flux magnétique traversant une bobine et la force est étudiée.
Les résultats sont validés sur un relais bistable en rotation. La seconde partie concerne la simulation
multi-physique du composant dans son environnement système, pour prendre en compte les aspects mécanique
et électrique. Une étude de faisabilité par optimisation est réalisée pour le composant seul, puis
pour l’ensemble composant-système. Enfin, une ouverture sur une autre méthode de modélisation plus
générale est proposée avec la présentation d’un couplage original et performant entre les méthodes des
éléments finis et des intégrales de frontière.
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