Les moteurs à combustion interne utilisés pour propulser les véhicules routiers produisent des gaz à effet de serre, l’une des causes probables des changements climatiques actuellement observés partout sur la planète. L’utilisation de véhicules électriques représente une alternative intéressante à cette problématique. Grâce aux nouvelles générations de piles, il est désormais possible de recharger les véhicules électriques rapidement, ce qui peut favoriser leur adoption. Afin de réduire l’impact de cette recharge rapide sur le réseau électrique, une solution est d’emmagasiner de l’énergie lors de périodes creuses de consommation énergétique pour recharger les véhicules électrique rapidement lors des périodes de forte demande. La présente thèse fait état de travaux visant le développement d’un système de stockage inertiel d’énergie à moyen terme destiné à cette problématique des véhicules électriques. La conception de ce type de système nécessite l’étude de plusieurs domaines du génie mécanique et du génie électrique. Les recherches présentées dans cette thèse s’intéressent principalement à la dynamique des rotors, à la mécanique des matériaux et aux roulements magnétiques passifs. Plusieurs outils théoriques ont été développés pour prévoir le comportement dynamique du système et pour prédire les contraintes internes induites par la rotation. Plusieurs parmi ceux-ci ont été validés théoriquement grâce à des cas présentés dans la littérature, ainsi qu’expérimentalement à l’aide d’un système de stockage expérimental original. Ce dernier a aussi été utilisé pour valider plusieurs concepts théoriques de la dynamique des rotors qui sont peu discutés dans la littérature, c’est-à-dire l’influence des imperfections des roulements magnétiques passifs radiaux et du moteur à aimants permanents sur le comportement du système. Pour ce faire, des roulements magnétiques passifs radiaux réduisant les pertes mécaniques dans le système ont été conçus, fabriqués et caractérisés en utilisant une méthodologie novatrice. Il a été démontré expérimentalement qu’il est possible d’utiliser le principal défaut de ce type de roulements, c’est-à-dire leur instabilité, afin de réduire les pertes induites par une butée axiale à bille. Finalement, les premières étapes du développement d’un composite lourd utilisant l’acier comme renfort sont présentées. Mots-clés : Dynamique de rotor; Roulement magnétique passif; composite lourd; renfort d’acier; validation expérimentale; Moteur synchrone à aimants permanents; Stockage inertiel. / Internal combustion engines used to propel road vehicles produce greenhouse gases, one of the probable causes of global warming, a phenomenon currently observed everywhere on the planet. The use of electric vehicles is an interesting alternative to reduce the production of those gas emissions. New battery technologies enable rapid electric vehicles recharge, a feature which might increase their adoption. In order to reduce the impact of this rapid charging on the grid, an attractive solution is to store energy during periods of low consumption and then use it rapidly to recharge the onboard batteries during high demand periods. This thesis reports the work aimed at the development of a flywheel energy storage system that would solve this problem for electric vehicles. The design of such a system requires the study of multiple disciplines related to both mechanical and electrical engineering. The areas of research presented in this thesis are rotor dynamics, materials strength and behavior and passive magnetic bearings. Several theoretical tools were developed in order to predict the behavior of the system during operation and to estimate the internal stresses induced by the rotation. These tools were theoretically validated using reference cases presented in the literature and experimentally with the help of an actual storage system developed for this research. This system was also used to validate several rotor dynamics theoretical concepts that are rarely discussed in the literature, namely the influence of the imperfections in the passive magnetic bearings on the behavior of the system. To achieve this study, radial passive magnetic bearings were developed, fabricated and characterized using a novel technique. It has been demonstrated that it is possible to use the main flaw of this type of bearing, its instability, to reduce the mechanical losses induced by the mechanical thrust bearing. Finally, the first steps of the development of a new heavy composite that uses steel wires as reinforcement are presented. Keywords: Passive magnetic bearing; Rotor dynamics; Heavy composite; Steel reinforced plastics; Experimental validation; Permanent magnet synchronous motor; Flywheel energy storage.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/26585 |
| Date | 23 April 2018 |
| Creators | Filion, Guillaume |
| Contributors | Ruel, Jean |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiv, 253 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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