Conception, optimisation et dimensionnement de moteurs planaires à aimants permanents pour drones miniatures en vol stationnaire

par Nicolas Achotte

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jérôme Delamare et de Orphée Cugat.

Soutenue en 2005

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Cette thèse décrit le développement d'une nouvelle génération de moteurs électriques spécifiquement dédiés à la propulsion de drones miniatures (< 70 cm d'encombrement). L'étude expérimentale de chaque élément de la chaîne (batteries, contrôleur, moteur, hélices) a permis, d'une part, d'estimer les besoins énergétiques de chacun, et d'autre part, de mettre en évidence le besoin de concevoir un moteur léger et possédant un fort couple à basse vitesse pour entraîner une grande hélice (diamètre 50 cm) directement (sans réducteurs). Le moteur étudié est un moteur synchrone possèdant un rotor planaire à aimants permanents entre deux stators planaires à bobinages triphasés double-couche. Après avoir complété le modèle électrique de base par un modèle de pertes aérodynamiques et de pertes par courants de Foucault, le dimensionnement du moteur s'est effectué avec les logiciles Pro@Design et CDI_Optimizer qui permettent un dimensionnement pour des problèmes multi-physiques fortement contraints. Deux prototypes ont été construits (diamètres 50 mm et 70 mm), devant fournir 28 W mécanique et dimensionnés pour un entrefer de 50 µm. Pour des raisons mécaniques, leur caractérisation s'est effectuée à entrefer 500 µm. Elle a permis de valider le modèle établi en vérifiant les résultats théoriques obtenus à cet entrefer pour ces deux prototypes. Dans la perspective d'obtenir de meilleurs performances que les petits moteurs électriques actuels pour des masses globales similaires, un redimensionnement est nécessaire à des entrefers plus grands (500 µm) et avec une multiplication du nombre de conducteurs par phase et par pôle (réduction de l'effet des courants de Foucault).


  • Pas de résumé disponible.

  • Titre traduit

    Design, optimization and dimensioning of permanent magnet planar motors for miniature Unmanned Aerial Vehicles in Hovering


  • Résumé

    This thesis is about the design of a new generation of electrical motors, specially dedicated at driving miniature UAVs (less than 70 cm diameter). The entire electrical chain (batteries, converters, motors and propellers) was experimentally characterized and on the one hand, this has permitted to know the needed power for each element, and on the other hand, this has shown the necessity to design a light motor with high torque at low speed in order to directly drive a large propeller (50 cm diameter). The motor is a brushless one, with a planar permanent magnet rotor between two triphasis double-layer planar stator coils. After having modelled the motor with added aerodynamical and Eddy current losses models, the dimensioning was established with optimization tools (ProDesign and CDI_Optimizer, frameworks to dimension high constrained multi-physic problems). Two prototypes (50 mm and 70 mm diameter) were builded to induce 28 W mechanical power, at 50 µm gap between rotor and stator. Their characterization was carried out at 500 µm gap for technical reasons, and it validated the analytical model by comparaison with theoretical results obtained at 500 µm gap. In order to be more performing than usual electrical motors, a re-dimensioning is necessary at bigger gaps (500 µm) as well as the multiplication of number of wires per phase per poles (decreasing of eddy current effects).

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (200 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-184

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0112
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/GRE1/0112/D
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.