La propulsion hybride (thermique-électrique) constitue une solution pertinente dans la conception de véhicules consommant moins de 2 litres de carburant / 100 km. Néanmoins, ce type de motorisation se heurte à des niveaux de coûts trop élevés pour une large diffusion. Une des raisons de ces coûts importants se situe au niveau des aimants permanents de type terre-rare intégrant la constitution de la machine électrique, et dont le cours des prix est très instable, rendant ce type de machine difficilement compatible avec le marché visé. L'objectif de cette thèse est d’investiguer les structures de machines électriques sans aimant terre-rare et dont les performances massiques peuvent rester comparables à celles des machines à aimants permanents. La première partie des travaux correspond à une vaste étude bibliographique sur les différentes technologies de machines électriques, les différentes architectures et topologies existantes, les matériaux innovants et enfin les techniques et méthode d’analyse et d’optimisation. A la fin de cette phase, il est fait le choix d’étudier les machines synchro-réluctantes à barrières de flux. L’accent est alors mis sur le design de la géométrie du rotor, mais également sur l’impact des matériaux utilisés (matériaux magnétiques classiques ou innovants) sur les performances. La seconde partie de la thèse a pour objectif de mettre en œuvre une stratégie efficace afin de dimensionner de manière optimale l’architecture de la machine choisie. Le choix est fait d’aborder le problème de manière séquentielle : en premier lieu, une optimisation de la topologie seule en s’affranchissant de l’impact de la commande ; dans un deuxième temps, une optimisation de la commande de la géométrie optimisée avec tracé des cartographies de performances ; enfin, une évaluation des différents matériaux au travers de la comparaison de ces performances. Trois configurations de machines sont dimensionnées : une machine synchro-réluctante classique à air (SyRC), une machine synchro-réluctante assistée de d’aimants permanents de type ferrites (SyRA) et enfin une machine synchro-réluctante utilisant le matériau dit « Dual Phase » (SyRDP). Celui-ci présente théoriquement la caractéristique de pourvoir changer localement ses propriétés magnétiques (passage des propriétés magnétiques d’un acier vers celles amagnétiques de l’air dans le cas limite idéal) grâce à un traitement thermique particulier, tout en conservant ses propriétés mécaniques. Cette étude permet de conclure que la machine synchro-réluctante assistée de ferrites montre les meilleures aptitudes, tant pour ce qui est de la puissance crête que du défluxage potentiel. Cependant, la machine synchro-réluctante dans cette configuration est sur le plan mécanique plus fragile que la SyRC et la SyRDP. En effet, avec l’ajout des ferrites, les ponts fer (magnétiques) permettant d’assurer l’intégrité mécanique du rotor à vitesse élevée sont d’autant plus sollicités. En phase de conception, l’optimisation électromagnétique tend à les réduire car ce sont des courts-circuits magnétiques entrainant une réduction des performances, alors que les considérations mécaniques tendent plutôt à augmenter leur épaisseur. La troisième partie de cette thèse porte sur la prise en compte des contraintes mécaniques lors du dimensionnement électromagnétique du rotor. Etant donné que la modélisation et l’optimisation électromagnétiques sont basées sur des modèles éléments finis, et afin de ne pas alourdir davantage le dimensionnement, il est décidé de mettre en place un modèle analytique des contraintes mécaniques particulièrement critiques dans les ponts magnétiques. Les équations de calcul sont inspirées de la théorie des poutres et le modèle est recalibré grâce à des simulations éléments finis. / Hybrid propulsion (electric thermal) is a relevant solution in the search for vehicles consuming less than 2 liters of fuel / 100 km. Nevertheless, this type of motorization comes up against cost levels that are too high for widespread distribution. One of the reasons for these high costs is the level of permanent magnets integrating the constitution of the electric machine. In addition, the "material cost" of these permanent magnets has soared in recent years making this type of machine difficult to match the target market. The aim of the thesis is to propose a magnetless electrical machine structure whose mass performances are comparable to those of permanent magnet machines. This increase in performance can be achieved by high rotation speeds or thermal sizing different from those usually used. The works proposed as part of this thesis will be as follows: - In-depth bibliographic analysis to propose a structure and a principle most adapted to the envisaged constraints- Proposal of a multi physical model (magnetic, thermal, mechanical) of the selected structure. - Use of the multi-physical model for optimal sizing- Follow-up of the realization of the prototype - Experimental validation of the prototype. This work will be conducted as part of a consortium integrating academics, manufacturers and automotive suppliers of the highest order.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2018COMP2420 |
| Date | 05 April 2018 |
| Creators | Nguimpi Langue, Leïla |
| Contributors | Compiègne, Friedrich, Guy, Vivier, Stéphane |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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