Durant ces dernières décennies, le moteur synchrone à aimants permanents (MSAP) est devenu un actionneur essentiel pour les applications militaires, industrielles et civilesgrâce à ses avantages de haute densité de puissance, de rendement élevé, de grande fiabilité avec une structure simple, un faible volume et un poids réduit. Parfois, plusieurs MSAP sont utilisés pour effectuer des tâches coopératives. Par exemple le boggie d'une locomotive ou encore les surfacesde vol d'un avion. Ces MSAP fonctionnent généralement à la même vitesse. Pour réduire le volume et le poids, une idée de mutualisation des dispositifs de conversion statique, appelée système Multi-MSAP Mono-Convertisseur (MIMSAPMC), est proposée. Bien que de nombreux chercheurs aient déjà proposé différentes solutions de contrôle pour le système MIMSAPMC, la plupart d'entre eux ne garantissent pas la stabilité et l'efficacité énergétique du système. Ceci estdevenu le plus grand obstacle à l'utilisation pratique du MIMSAPMC. A cet effet et en commençant par un système MIMSAPMC avec 2 moteurs nous avons testé expérimentalement quelques stratégies de commande pour en vérifier la faisabilité et les performances. Sur la base des données mesurées, nous avons constaté que le problème de sur-contraintes existe dans certaines stratégies de contrôle. Ensuite, la synthèse d’une commande basée sur un modèle en régime permanent d'un système MIMSAPMC est réalisée. En étudiant le problème d'existence du régime permanent, nous formulons une procédure de conception de la structure de la loi de commande. En combinant la stabilité en boucle ouverte et la solution en régime permanent, nous définissons alors la région de contrôlabilité et de stabilité. La méthode des multiplieurs de Lagrange est ensuite utilisée pour formuler l'expression de l'état d'équilibre optimal en fonction ducouple et de la vitesse. L'expérience a montré que l'efficacité avec cette nouvelle loi de commande s’est considérablement améliorée. Dans le même temps, nous avons exploré l'influence de la variation des paramètres pour la stabilité du système et pour l'optimisation de l'efficacité. Ainsi, nous montrons que la variation paramétrique influence la zone de stabilité. Mais son influence peut être éliminée en utilisant la stratégie Maitre-Esclave. Par ailleurs, en ce qui concerne l'optimisation de l'efficacité énergétique, les résultats de simulation ont montré que la non-concordance des paramètres, en particulier le flux de l’aimant, peut entraîner une perte d'efficacité élevée. Dans la dernière étape, ce contrôleur est également adapté à un système MIMSAPMC avec un nombre de moteurs supérieurs à 2. Les résultats de la simulation démontrent alors l'efficacité de la proposition. / During these decades, Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) has become a vital part of military, industry and civil applications due to the advantages of high power density, high efficiency, high reliability and simple structure, small volume and light weight. Sometimes, multiple PMSMs are used to carry out cooperative functions. For example, the bogie of a locomotive, the flight control surface of an airplane. These PMSMs usually operates at the same speed. To reduce the volume and weight, an idea of sharing the static power conversion devices, which is called Mono-Inverter Multi-PMSM system (MIMPMSM), is raised. Although many researchers have given different controller solutions for the MIMPMSM system, most of them are not clear in the aspects of system stability and efficiency issues. This has become the biggest obstacle to the practical use of MIMPMSM. Oriented with these problems, starting with a MIMPMSM system with 2 motors, in the first step, we have tested some control strategies by an experiment to verify the feasibility and performance of them. In final, based on the experiment data, we have figured that the overconstraint problem exists in some control strategies. Then, an analysis and controller design based on steady-state model of a Mono-Inverter Dual-PMSM (MIDPMSM) system is carried out.By studying the solution existence problem of the steady-state model, we give out the design guideline to the controller structure. Combining the open-loop stability and steady-state solution, the region of controllability and stability is obtained. Lagrange Multiplier is used develop theexpression of efficiency-optimal steady-staterelated to torque and speed. The experiment has shown that the efficiency of the new controller has improved significantly. Meanwhile, we have explored the influence of parameter variation in system stability and efficiency-optimization. The variation will influence the stability region. But its influence can be eliminated by using Master- Slave strategy. On the other hand, in the aspect of efficiency optimization, the simulation results have shown that parameter mismatch, especially the permeant flux, can cause high efficiency loss. In the last step, this controller is also adapted to a MIMPMSM system with more than two motors. The simulation results demonstrate the effectiveness.

Cette thèse présente le dimensionnement d’une machine électrique à rotor disque pour la traction de véhicules hybrides. Un état de l’art complet sur les machines électriques à rotor disque permet de montrer que la machine à flux axial à rotor central est la plus adaptée. Différentes géométries du circuit magnétique sont successivement étudiées et comparées par simulations par éléments finis. Pour maximiser le rendement de la machine, les pertes d’origine électromagnétique sont étudiées. Un modèle analytique des pertes par effet de peau dans les conducteurs de cuivre est proposé et validé par éléments finis. Un second modèle analytique estime les pertes par courant induits dans les aimants permanents pour tous les points de travail de la machine se basant sur uniquement trois simulations par éléments finis permettant ainsi un gain de temps important lors du dimensionnement. Deux méthodes de dimensionnement sont comparées : le dimensionnement manuel par essais/erreurs et l’optimisation multi-objectifs. Cette dernière méthode automatise le dimensionnement et permet une optimisation plus pointue et une forte amélioration des performances. Dans ce cas, la densité de couple a par exemple été augmentée de 29%. La machine à flux axial dimensionnée est comparée avec une machine à flux radial pour véhicules hybrides. Cette comparaison révèle le potentiel de la machine à flux axial avec notamment une densité de couple augmentée de plus de 20%. Enfin, deux prototypes ont été construits et mesurés pour valider les simulations. / This PhD presents the design of a disc rotor electric machine for the traction of hybrid vehicles. A complete state of the art enables the selection of the internal rotor axial flux machine which is the most suited to this application. Different geometries of the magnetic circuit are successively studied and compared with finite elements simulations. To maximize the efficiency of the machine losses generated in the magnetic circuit are studied. An analytic model on the skin effect in the copper conductors is proposed and validated with finite elements simulations. A second analytic model estimates the eddy current losses in the permanent magnets for every operating point of the machine based on only three finite element simulations enabling an important time-saving. Two dimensioning methods are compared: the manual dimensioning based on a tries/errors method and the multi-objectives optimization. This last method automates the dimensioning and enables a more refined optimization and a strong improvement of the performances. For example, the torque density has been improved by 29% in that case. The designed axial flux machine is compared to a state of the art radial flux machine for hybrid vehicle. This comparison shows the potential of the axial flux machine with an improvement of the torque density by more than 20%. Finally two prototypes have been built and measured to validate the simulations.