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Elaboration et application d'une approche multidisciplinaire pour la conception d'un actionneur électrique à rotor sphérique

by Dehez, Bruno M.F.V.

Abstract (Summary)
Depuis ses débuts, la conception des convertisseurs électromécaniques se limitait à l'optimisation, par l'électrotechnicien, de la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique. Cette énergie, alors fournie sous la forme quasi exclusive d'un mouvement à un seul degré de liberté, le plus souvent rotatif, devait ensuite être adaptée, par les mécaniciens, aux besoins du système à actionner. Aujourd'hui, grâce aux évolutions récentes dans des domaines aussi variés que l'électronique de puissance, l'informatique ou encore la conception et la fabrication assistées par ordinateur, il est devenu possible de concevoir de nouveaux actionneurs directement en fonction des besoins des applications auxquelles ils sont destinés. Ainsi, des actionneurs pouvant posséder plusieurs degrés de liberté, tant en rotation qu'en translation, ont été développés. Dans ce contexte, cette thèse poursuit deux objectifs. Le premier est de proposer une démarche de conception intégrant au mieux les aspects électriques et mécaniques de systèmes électromécaniques tels que ces nouveaux actionneurs. Plus largement, elle a pour vocation de s'appliquer à tous types de problèmes multidisciplinaires où la prise en compte des différentes disciplines et de leurs interactions est indispensable pour assurer les performances globales du produit final. Plus particulièrement, elle est adaptée aux cas de recherches qui, contrairement aux cas de développements, font parfois intervenir des concepts mal maîtrisés. Le second objectif est d'appliquer cette démarche à la conception d'un actionneur électrique dont le rotor, de forme sphérique, est actionné avec un débattement illimité selon deux des trois degrés de liberté qu'il possède en rotation. Suivant les différentes étapes constituant cette démarche, divers concepts de solution sont d'abord générés, tant pour les aspects électriques d'actionnement que pour les aspects mécaniques de guidage. Ces concepts sont ensuite caractérisés, via une série de modélisations et d'expérimentations, avant d'être combinés en vue de produire une solution globale, dimensionnée, fabriquée et validée sur un banc d'essai. / From the outset, the design of electromechanical converters was limited to the optimization, by electrical engineers, of the conversion of electrical energy to mechanical energy. The latter was at that time nearly exclusively provided under the form of single degree of freedom motion, more often rotary, and had to be adapted, by mechanical engineers, to the needs of the system to be actuated. Today, thanks to recent evolutions in fields as various as power electronics, computer capabilities or computer-aided design and manufacturing (CAD-CAM), it has become possible to design new actuators by taking directly into account the needs of the applications they are intended for. As a result, actuators with several degrees of freedom, both in rotation and in translation, have been developed. Within this context, this thesis pursues two objectives. The first consists in proposing a new design method integrating as best as possible the electrical and mechanical aspects of electromechanical systems such as these new actuators. More broadly, its vocation is to be applicable to all multidisciplinary problems where taking into account each discipline and their interactions are necessary to ensure the global performances of the final product. More particularly, this method is adapted to the case of researches that, contrary to the case of other developments, sometimes includes badly mastered concepts. The second aim is to apply this approach to the design of an electrical motor with a spherical rotor actuated, with an unlimited angular range, along two of the three degrees of freedom it possesses in rotation. Following the basic steps involved in this approach, various solution concepts were first generated both for the electrical actuation aspects and the mechanical guiding aspects. These concepts were then characterized, via a number of modeling and experimentation phases, before being combined in order to obtain a global solution, which was then sized, manufactured and validated on a test bench.
Bibliographical Information:

Advisor:

School:Université catholique de Louvain

School Location:Belgium

Source Type:Master's Thesis

Keywords:conception électromécanique electromechanical design asynchrone asynchronous induction multi degree of freedom actuator spherical rotor

ISBN:

Date of Publication:06/30/2004

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