Outils d'optimisation paramétriques et topologiques pour les machines électriques
Dans le contexte de l'évolution des mobilités, les véhicules électriques constituent aujourd’hui une solution intéressante et efficace pour la mobilité minimisant la pollution. Cet essor pousse les industries du secteur à développer de nouvelles méthodologies de conception efficaces. C'est entre autres le cas des méthodes d'optimisation topologiques et paramétriques et leur application à la préconception des machines électriques.
Ce projet s'inscrit dans ce contexte en proposant des approches de conception optimale efficaces de machines électriques en prenant en compte les aspects multiphysiques. En effet, la prise en compte des phénomènes électro-magnétiques couplés à la mécanique et à la thermique permet de s'assurer de la pertinence des solutions envisagées. Les travaux ainsi présentés s'inscrivent selon deux axes :
- l'analyse exploratoire de nouvelles topologies de machines électriques via le développement de méthodes numériques permettant la conduite d'optimisations topologiques multi-matériaux et multi-physiques. Basée principalement sur l'emploi de la méthode SIMP, la démarche introduit un nouveau modèle d'interpolation de l'espace des variables latentes via le formalisme de Wachspress. Un solveur adhoc a fait l'objet de développements importants et permet d'obtenir et d'analyser des topologies de machines électriques complètes en 2D.
- la conception et l'amélioration de machines électriques à topologie fixée peut être réalisée en employant des démarches d'optimisation et des solveurs éléments finis existants. Néanmoins concevoir des machines électriques optimales au sens des cycles de conduite normalisés (WLTP, NEDC,...) reste un verrou scientifique important entres autres du fait du nombre de points de fonctionnement dans ces cycles (1800+ points à prendre en compte). En effet, identifier l'ensemble des paramètres électriques optimaux de pilotage d'une machine électrique sur un tel cycle nécessite des résolutions du problème physique multiples pour chaque point du cycle. Dans le cadre de ces travaux, un solveur éléments finis est employé pour fournir des caractéristiques globales de la machine électrique (couple, vitesse, pertes) pour chaque jeu de paramètres de pilotage de la machine. Afin d'en limiter l'usage, des métamodèles de type processus Gaussiens sont employés pour fournir des approximations des quantités d'intérêt en temps réduit. En parallèle, un solveur thermique est ajouté à la boucle d'optimisation afin d'assurer la prise en compte des contraintes thermiques le long du cycle. Cette démarche multiphysique est employée pour identifier les paramètres optimaux de pilotage électriques mais également les paramètres géométriques optimaux pour une topologie fixée.
Bien que très en amont de solutions techniques concrètes, ces deux axes de travail conduisent à l'élaboration de démonstrateurs techniques permettant la conduite d'analyses expérimentales dans le but de valider les solutions optimales trouvées numériquement.
Partenariats académiques et industriels :
- Stellantis (Carrières-sous-Poissy)
- Laboratoire des Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Énergie SATIE (ENS Paris-Saclay, Gif-sur-Yvette)
- Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay LMPS (ENS Paris-Saclay)
- Université de Liège (Belgique)