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Le travail présenté concerne le développement d’une méthodologie de conception de systèmes hydroliens innovants de type RIM‑DRIVEN pour la récupération de l’énergie des courants de marée. L’originalité d’un système RIM‑DRIVEN réside dans la structure même de l’hydrolienne, inspirée directement des nouveaux systèmes de propulsion navale, où le rotor et le stator sont placés en périphérie de l’hélice et protégés par une tuyère, l’entrefer étant immergé. Au sein d’une structure de type RIM‑DRIVEN les phénomènes électromécaniques, thermiques et hydrodynamique sont intimement couplés. Du fait du très fort couplage des phénomènes physiques au sein du système, cette méthodologie associe au sein d’un même environnement d’optimisation des modèles électromagnétiques et thermiques spécifiques de la génératrice avec des modèles hydrodynamique des performances de l’hélice et de l’écoulement dans l’entrefer. L’approche proposée est illustrée par une étude de cas qui concerne une machine de 10m de diamètre destinée à être implantée dans le Raz de Sein. Les modèles ont été validés par des résultats issus d’une campagne expérimentale sur un démonstrateur dédié.; International audience; Le travail présenté concerne le développement d’une méthodologie de conception de systèmes hydroliens innovants de type RIM‑DRIVEN pour la récupération de l’énergie des courants de marée. L’originalité d’un système RIM‑DRIVEN réside dans la structure même de l’hydrolienne, inspirée directement des nouveaux systèmes de propulsion navale, où le rotor et le stator sont placés en périphérie de l’hélice et protégés par une tuyère, l’entrefer étant immergé. Au sein d’une structure de type RIM‑DRIVEN les phénomènes électromécaniques, thermiques et hydrodynamique sont intimement couplés. Du fait du très fort couplage des phénomènes physiques au sein du système, cette méthodologie associe au sein d’un même environnement d’optimisation des modèles électromagnétiques et thermiques spécifiques de la génératrice avec des modèles hydrodynamique des performances de l’hélice et de l’écoulement dans l’entrefer. L’approche proposée est illustrée par une étude de cas qui concerne une machine de 10m de diamètre destinée à être implantée dans le Raz de Sein. Les modèles ont été validés par des résultats issus d’une campagne expérimentale sur un démonstrateur dédié.

This paper deals with the design and performance analysis of double stator axial flux permanent magnet generators for rim-driven marine current turbines (MCT). Indeed for submarine applications, drive train reliability is a key feature to reduce maintenance requirements. Rim-driven direct-drive multi-stator generators can therefore be a very interesting solution to improve this reliability. In this context, the presented work focus on the design of a double-stator axial flux permanent magnets (PM) generator as a rim-driven direct-drive multi-stator generator. The paper details the models, specifications and an optimization procedure that allow to preliminary design these kind of generators for rim-driven marine turbines. Thereafter, validations with finite elements computations and performance analysis considering particular design of rimdriven generators are presented. The obtained results highlight some designs issues of PM generators for rim driven marine turbines. In order to assess the effectiveness of the double stator axial flux PM generator, a comparison with a designed surface mounted radial flux PM generator for rim marine turbines is carried out.. The comparison highlights that the double stator axial flux generator presents a better cooling and a reduced active parts cost and mass than the radial flux PM generator.; International audience; This paper deals with the design and performance analysis of double stator axial flux permanent magnet generators for rim-driven marine current turbines (MCT). Indeed for submarine applications, drive train reliability is a key feature to reduce maintenance requirements. Rim-driven direct-drive multi-stator generators can therefore be a very interesting solution to improve this reliability. In this context, the presented work focus on the design of a double-stator axial flux permanent magnets (PM) generator as a rim-driven direct-drive multi-stator generator. The paper details the models, specifications and an optimization procedure that allow to preliminary design these kind of generators for rim-driven marine turbines. Thereafter, validations with finite elements computations and performance analysis considering particular design of rimdriven generators are presented. The obtained results highlight some designs issues of PM generators for rim driven marine turbines. In order to assess the effectiveness of the double stator axial flux PM generator, a comparison with a designed surface mounted radial flux PM generator for rim marine turbines is carried out.. The comparison highlights that the double stator axial flux generator presents a better cooling and a reduced active parts cost and mass than the radial flux PM generator.

International audience; The aim of the paper is to compare the design of direct-drive permanent-magnet (PM) generators associated with horizontal axis tidal turbines. The turbine/generator couplings are examined. These turbine/generator couplings consist of a POD and Rim-driven assembly. In a Rim-Driven association the electrical generator active parts are inserted in a duct surrounding the blades. For POD generator insertion, the electrical machine is placed in a nacelle located on the turbine axis. To achieve the generators sizing, a design rated point related to an industrial MCT is defined. The used design models include an electromagnetic model which is linked to a thermal model in an optimization procedure that goals to minimize the active parts cost. Firstly, a single rotor/single stator PM axial flux generator and a radial flux PM generator are designed for a rim-driven MCT specification. For these generators sizing, a comparison of the machines active parts and the machines geometrical dimensions are carried out. Secondly, radial flux PM generators are designed for Rim-Driven and POD assembly and a comparison is performed for this study case. Finally, the influence of the POD diameter on the generator electromagnetic design is studied. It shows that the active parts costs are minimized, when the generator diameter is around 1/3 of the turbine diameter for the considered specifications. These performed comparisons between the considered study cases aims to help designers in their technologies choices.

The aim of the paper is to compare the design of direct-drive permanent-magnet (PM) generators associated with horizontal axis tidal turbines. The turbine/generator couplings are examined. These turbine/generator couplings consist of a POD and Rim-driven assembly. In a Rim-Driven association the electrical generator active parts are inserted in a duct surrounding the blades. For POD generator insertion, the electrical machine is placed in a nacelle located on the turbine axis. To achieve the generators sizing, a design rated point related to an industrial MCT is defined. The used design models include an electromagnetic model which is linked to a thermal model in an optimization procedure that goals to minimize the active parts cost. Firstly, a single rotor/single stator PM axial flux generator and a radial flux PM generator are designed for a rimdriven MCT specification. For these generators sizing, a comparison of the machines active parts and the machines geometrical dimensions are carried out. Secondly, radial flux PM generators are designed for Rim-Driven and POD assembly and a comparison is performed for this study case. Finally, the influence of the POD diameter on the generator electromagneticdesign is studied. It shows that the active parts costs are minimized, when the generator diameter is around 1/3 of the turbine diameter for the considered specifications. These performed comparisons between the considered study cases aims to help designers in their technologies choices.; The aim of the paper is to compare the design of direct-drive permanent-magnet (PM) generators associated with horizontal axis tidal turbines. The turbine/generator couplings are examined. These turbine/generator couplings consist of a POD and Rim-driven assembly. In a Rim-Driven association the electrical generator active parts are inserted in a duct surrounding the blades. For POD generator insertion, the electrical machine is placed in a nacelle located on the turbine axis. To achieve the generators sizing, a design rated point related to an industrial MCT is defined. The used design models include an electromagnetic model which is linked to a thermal model in an optimization procedure that goals to minimize the active parts cost. Firstly, a single rotor/single stator PM axial flux generator and a radial flux PM generator are designed for a rimdriven MCT specification. For these generators sizing, a comparison of the machines active parts and the machines geometrical dimensions are carried out. Secondly, radial flux PM generators are designed for Rim-Driven and POD assembly and a comparison is performed for this study case. Finally, the influence of the POD diameter on the generator electromagneticdesign is studied. It shows that the active parts costs are minimized, when the generator diameter is around 1/3 of the turbine diameter for the considered specifications. These performed comparisons between the considered study cases aims to help designers in their technologies choices.

National audience; L'article présente la comparaison de plusieurs types de génératrices directement entraînées par une turbine hydrolienne de grande puissance. Deux types de structures magnétiques (à flux radial et à flux axial) sont étudiés. Nous considérerons que ces deux structures peuvent être associées à la turbine selon deux types de technologies d'intégration (POD et RIM-Driven). Dans un concept dit " RIM-DRIVEN " la génératrice est disposée sur la périphérie de l'hélice. Pour les technologies POD, la génératrice est logée dans une nacelle étanche centrée sur l'intérieur des pales de la turbine. Pour les besoins de cette étude, deux cahiers des charges relatifs à deux sites choisis pour l'implantation d'hydroliennes préindustrielles sont utilisés. Ainsi, le site de la Baie de Fundy, en Nouvelle Ecosse, Canada caractérisé par de forts courants et un le site de Paimpol-Bréhat, France qui se différentie par des courants moins forts sont utilisés pour le dimensionnement de ces génératrices. Les outils utilisés comprennent un modèle électromagnétique et un modèle thermique intégrés dans une procédure d'optimisation visant à minimiser le coût total des parties actives. La méthode et les spécifications nécessaires pour effectuer ces dimensionnements sont données dans cet article. Des comparaisons technico-économiques des coûts et des masses des parties actives, en lien avec ces technologies, sont ainsi menées.

L’article présente la comparaison des dimensionnements de génératrices à entraînement direct pour des cahiers des charges d’hydroliennes. Deux types de structures magnétiques (à flux radial et à flux axial) sont étudiés. Nous considérons que ces deux structures peuvent être associées à une turbine à axe horizontal selon deux types de technologies d’intégration : POD et Rim-Driven. Dans un concept dit « Rim-Driven » la génératrice est disposée sur la périphérie des pales. Pour les technologies POD, la génératrice est logée dans une nacelle étanche placée au niveau de l’axe de l’hélice. Un point de dimensionnement nominal inspiré d’un projet d’hydrolienne préindustrielle est défini pour être utilisé, dans cette étude, pour le dimensionnement de ces génératrices. Les outils utilisés comprennent un modèle électromagnétique et un modèle thermique intégrés dans une procédure d’optimisation visant à minimiser le coût total des parties actives sous contraintes thermique et de rendement. Ces dimensionnements électromagnétiques des génératrices pour des configurations Rim-Driven et POD permettent de dégager des conclusions qualitatives sur le choix du type de génératrices et son mode d’accouplement avec l’hélice. The aim of the paper is to compare the design of direct-drive permanent-magnet (PM) generators associated with horizontal axis tidal turbines. The turbine/generator couplings are here examined. These turbine/generator couplings consist of a POD and Rim-driven assembly. In a Rim-Driven association the electrical generator active parts are inserted in a duct surrounding the blades. For POD generator insertion, the electrical machine is placed in a nacelle located on the turbine axis. To achieve the generators sizing, a design rated point related to an industrial MCT is defined. The used design models include an electromagnetic model which is linked to a thermal model in an optimization procedure that goals to minimize the active parts cost. Firstly, a simple side (PM) axial flux generator and a radial flux (PM) generator are designed for a rim-driven MCT specification. For these generators sizing, a comparison of the machines active parts and the machines geometrical dimensions are carried out. Secondly, radial flux (PM) generators are designed for Rim-Driven and POD coupling with the tidal turbine and a comparison is performed for this study case. Finally, the influence of the POD diameter on the generator electromagnetic design is studied. It shows that the active parts costs are minimized, when the generator diameter is around 1/3 of the turbine diameter for the considered specifications. These performed comparisons between the considered study cases aims to help designers in their technologies choices

International audience; Cette étude propose une méthode de modélisation et de conception adaptée aux machines à flux axial et à Double Stator (poly-entrefer) destinée à être intégrée comme génératrice pour une hydrolienne RIM-DRIVEN de grande puissance. La particularité du concept RIM-DRIVEN ou à entrainement circonférentiel réside dans le fait que la machine électrique se situe sur la périphérie de l'hélice. De plus, dans cette étude, l'entrefer de la machine est considéré immergé dans l'eau de mer. Les particularités du système imposent de mettre au point des modèles de dimensionnement adaptés. Ainsi, un modèle électromagnétique analytique 2D inversé permettant le calcul des dimensions géométriques principales est présenté. De même, un modèle thermique spécifique aux machines à entrefer immergé est décrit. Ces modèles permettent d'estimer la masse et le coût des parties actives. Cette machine à flux axial est comparée en termes de coûts matières, masses et comportement thermique avec une machine à flux radial à aimants permanents dimensionnée pour un même cahier des charges. Il en ressort clairement que la machine à flux axial double stator est thermiquement moins contrainte que les machines à simple stator.

Le travail présenté concerne le développement d’une méthodologie de conception de systèmes hydroliens innovants de type RIM-DRIVEN pour la récupération de l’énergie des courants de marée. L’originalité d’un système RIM-DRIVEN réside dans la structure même de l’hydrolienne, inspirée directement des nouveaux systèmes de propulsion navale, où le rotor et le stator sont placés en périphérie de l’hélice et protégés par une tuyère, l’entrefer étant immergé. Au sein d’une structure de type RIM-DRIVEN les phénomènes électromécaniques, thermiques et hydrodynamique sont intimement couplés. Du fait du très fort couplage des phénomènes physiques au sein du système,cette méthodologie associe au sein d’un même environnement d’optimisation des modèles électromagnétiques et thermiques spécifiques de la génératrice avec des modèles hydrodynamique des performances de l’hélice et de l’écoulement dans l’entrefer. L’approche proposée est illustrée par une étude de cas qui concerne une machine de 10m de diamètre destinée à être implantée dans le Raz de Sein. Les modèles ont été validés par des résultats issus d’une campagne expérimentale sur un démonstrateur dédié.; National audience; Le travail présenté concerne le développement d’une méthodologie de conception de systèmes hydroliens innovants de type RIM-DRIVEN pour la récupération de l’énergie des courants de marée. L’originalité d’un système RIM-DRIVEN réside dans la structure même de l’hydrolienne, inspirée directement des nouveaux systèmes de propulsion navale, où le rotor et le stator sont placés en périphérie de l’hélice et protégés par une tuyère, l’entrefer étant immergé. Au sein d’une structure de type RIM-DRIVEN les phénomènes électromécaniques, thermiques et hydrodynamique sont intimement couplés. Du fait du très fort couplage des phénomènes physiques au sein du système,cette méthodologie associe au sein d’un même environnement d’optimisation des modèles électromagnétiques et thermiques spécifiques de la génératrice avec des modèles hydrodynamique des performances de l’hélice et de l’écoulement dans l’entrefer. L’approche proposée est illustrée par une étude de cas qui concerne une machine de 10m de diamètre destinée à être implantée dans le Raz de Sein. Les modèles ont été validés par des résultats issus d’une campagne expérimentale sur un démonstrateur dédié.