This paper deals with a parallel hybrid excitation synchronous machine (HESM). First, an expanded literature review of hybrid/double excitation machines is provided. Then, the structural topology and principles of operation of the hybrid excitation machine are examined. With the aim of validating the double excitation principle of the topology studied in this paper, the construction of a prototype is presented. In addition, both the 3D finite element method (FEM) and 3D magnetic equivalent circuit (MEC) model are used to model the machine. The flux control capability in the open-circuit condition and results of the developed models are validated by comparison with experimental measurements. The reluctance network model is created from a mesh of the studied domain. The meshing technique aims to combine advantages of finite element modeling, i.e., genericity and expert magnetic equivalent circuit models, i.e., reduced computation time. It also allows taking the non-linear characteristics of ferromagnetic materials into consideration. The machine prototype is tested to validate the predicted results. By confronting results from both modeling techniques and measurements, it is shown that the magnetic equivalent circuit model exhibits fairly accurate results when compared to the 3D finite element method with a gain in computation time.

This aim of this paper is to assess the efficacy of mesh-based generated reluctance network (MGRN) modeling for the performance evaluation of a permanent magnet linear machine under load conditions. In the previous publications related to the use of this modeling technique, only approach implementation under an open-circuit performance has been assessed. The MGRN approach is based on the discretization of the geometry using elementary reluctance blocks (reluctance elements). This modeling technique has been implemented in a software tool that allows the automated processing of an arbitrary geometry providing a gain in model development durations. Validation of the MGRN model has been realized by comparison with a finite element analysis (FEA). Comparisons showed that both local and global quantities evaluated by MGRN and FEA are in excellent agreement.

The aim of this paper is to assess the efficacy of non-conformal meshing in mesh-based generated reluctance network modeling. A representative semi-numerical example is introduced to demonstrate the possibilities and accuracy offered by a non-conformal meshing. In a conformal mesh, two reluctance block elements share the same branch. This makes the computation faster and more accurate but is not convenient for motion processing or mesh relaxation and it does not solve the air-gap modeling problem (rotor/stator connectivity). To solve this, different approaches are used. The interpolation approach developed in this paper aims to render motion processing independent of discretization. This approach is also applied to couple different meshes (spatial discretization) and makes it possible to connect a lumped parameter model to a meshed one. The model is divided into independent zones that are connected via the interpolation coupling. Several reluctance network (RN) non-conformal meshes are presented and global quantities are compared to a fine-meshed finite-element model. Magnetic saturation is considered in the iron parts. Comparisons are provided under open-circuit and on-load configurations for flux linkage and force. The main advantage is to overcome the limitations of generic RN for which the movement modeling requires remeshing at each position. The drawbacks of the method are the increased number of variables (additional interface nodes) and a certain loss of accuracy due to the interpolation

This paper is an introduction to mesh based generated reluctance network modeling. An overview of scientific works which led to the development of this approach is first presented. Basic concepts of the approach are then presented in the case of electromagnetic devices. A step-by-step procedure for coding the approach in the case of a flat linear permanent magnet machine is presented. Codes developed under MATLAB and Scilab environments are also included.

In this contribution the efficiency maps of synchronous machines are analyzed. The tool developed to draw these efficiency maps allows considering the synchronous machines electromagnetic parameters and related losses. It will be exploited to analyze the effects of the different parameters on the efficiency maps. The developed tool is based on the synchronous machine’s electrical circuit model in the Park’s referential frame. The adopted modeling approach allows considering all types of classical synchronous machines: wound field synchronous machines (WFSM), permanent magnet synchronous machines (PMSM), hybrid excited synchronous machines (HESM) and synchronous reluctance machines (SRM). It can even indirectly consider the effect of magnetic saturation. These analyses will help identify parameters sets allowing optimizing the energy efficiency of synchronous machines for a given application like electrical traction. Particularly, the effect of saliency ratio will be considered and studied.

Dans un cadre de modélisation des machines électriques, la méthode qui connaît une grande popularité, car réputée pour la qualité de ses résultats est la méthode des éléments finis. Cependant, les temps de calcul deviennent importants lorsque les modèles éléments finis sont associés à une démarche d’optimisation et de prédimensionnement dans le cadre d’un cahier des charges complexe. Les méthodes de modélisation bien souvent utilisées comme alternative aux éléments finis sont les approches de modélisation par constantes localisées. Ces dernières se prêtent bien aux différentes physiques impliquées dans le fonctionnement des machines électriques, i.e. électromagnétique, mécanique et thermique. Ainsi, les stratégies de conception optimisée d’une machine électrique utilisent ces modèles pour déterminer les propriétés et performances de cette dernière dans différentes conditions de fonctionnement. Cependant, la mise en place de ce type de modèles nécessite un temps de développement important par manque d’outils dédiés tels que ceux existants pour les éléments finis. Dans le contexte électromagnétique, les travaux de cette thèse présentent une contribution à l’approche de modélisation par réseaux de réluctances par le développement d’outils permettant leurs générations automatiques. Cette approche est intégrée dans un outil permettant le traitement automatisé d'une géométrie, fournissant un modèle précis dans un délai plus court que celui nécessaire à la construction d'un modèle dédié. L’outil, intégralement développé sur MATLAB®, a été appelé MRNsoftware (pour Mesh-based Reluctance Network Software). Ce mémoire s’organise en quatre parties. Le premier chapitre est consacré à un état de l’art détaillé sur les méthodes de modélisation par réseaux de réluctances. Dans la deuxième partie, nous abordons les méthodologies mises en place en se basant sur un maillage de l’espace d'étude par des blocs élémentaires bidirectionnels et dans le cadre d’un maillage conforme. Le maillage non conforme fera l’objet du troisième chapitre. Une interpolation des potentiels se révélera utile pour connecter les différentes branches des interfaces de non-conformité dans le maillage de l’espace d’étude. Différents découpages d’une même structure sont testés et la précision ainsi que le temps d’évaluation des modèles en réseaux de réluctances sont comparés aux modèles de référence réalisés par éléments finis. Le quatrième chapitre présente en premier lieu l’interface graphique de l’outil. Par la suite, les approches de modélisation développées seront utilisées pour réaliser les modèles de la machine linéaire à aimants permanents et la machine linéaire à commutation de flux à excitation bobinée. Ces approches de modélisation sont le fruit de la collaboration entre les laboratoires SATIE et GREAH et s’inscrivent dans la problématique générale de développement d’outils de modélisation multiphysiques de dispositifs électromagnétiques en vue de leurs dimensionnements optimisés.