Conception de rotors de machines électriques à hautes vitesses avec un outil d'optimisation topologique

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

à gagner en efficacité énergétique ;
à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Conception de rotors de machines électriques à hautes vitesses avec un outil d’optimisation topologique

Dans le cadre de ses études, IFPEN se concentre sur le développement de motorisations électriques à fortes puissances, impliquant la conception de rotors pouvant fonctionner à des vitesses de rotation élevées. Ces nouveaux besoins induisent des contraintes mécaniques très fortes sur le rotor nécessitant des optimisations géométriques afin de préserver son intégrité mécanique.

Ces modifications peuvent entrainer des dégradations des performances électromagnétiques nécessitant le besoin de trouver un compromis entre tenue mécanique et performances électromagnétiques lors de la phase de dimensionnement.

Ainsi, l’objectif de ce stage est de développer des méthodologies de couplages électro-mécaniques en s’appuyant sur des outils d’optimisation déjà existant mais ne permettant pas ce couplage de manière directe. Ces nouvelles méthodologies permettraient de gagner un temps considérable lors des phases de dimensionnement de machines à hautes vitesses.

Le stagiaire sera amené à réaliser des études paramétriques afin d’identifier les principaux critères géométriques impactant certaines des performances électromagnétiques d’une machine électrique, explorer les possibilités qu’offrent l’outil d'optimisation topologique de la suite ANSYS en y intégrant ces paramètres et élaborer une méthodologie qui sera par la suite enrichie et utilisée par IFPEN dans le cadre de futures conceptions.

Plan de travail :

Etude bibliographique sur les solveurs topologiques.
Prise en main de l’outil topologique d’Ansys et de l’outil de calcul électromagnétique interne à IFPEN
Création d’une méthodologie/outil de couplage électromécanique
Application sur un cas simple