Contribution à l'étude des machines brushless à haut rendement dans les applications de moteurs-générateurs embarqués

par Jérôme Legranger

Thèse de doctorat en Technologies de l'information et des systèmes

Sous la direction de Guy Friedrich et de Stéphane Vivier.

Soutenue en 2009

à Compiègne .


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de fournir une méthodologie de conception optimale de systèmes mécatroniques dans le cadre du projet M2EI afférent au véhicule hybride. L'approche proposée combine un ensemble de modèles multiphysiques couplés avec des optimiseurs paramétriques. La méthode est appliquée premièrement au dimensionnement optimal de moteurs-générateurs synchrones brushless à aimants enterrés et bobinage réparti. Le modèle magnétique utilisé prend en compte la saturation croisée en associant éléments finis 2D avec la théorie de Park tout en estimant les pertes fer en régime défluxé au moyen du modèle de Bertotti. Le modèle thermique est un réseau nodal en 3D. Le modèle mécanique réside dans un calcul de résistance des matériaux en statique. Enfin, le modèle électrique est basé sur une commande en couple de la machine avec recherche du courant optimal minimisant les pertes totales sur chaque point de fonctionnement. Un dimensionnement optimal sur un cahier des charges de type alterno-démarreur montre l'intérêt du modèle thermique face à un modèle à base de densités de courant ne prenant pas en compte les échauffements liés aux pertes fer. La seconde application concerne le remplacement d'un système bague balais de machines synchrones à rotor bobiné par un système de transmission d'énergie sans contact : un transformateur tournant. La méthode proposée favorise la comparaison de la topologie des convertisseurs mis en jeux en intégrant un modèle électrique fin sous SimPower dans la boucle d'optimisation. Elle met en exergue les convertisseurs de type double Forward et pont complet en pleine onde décalée face à un pont complet MLI pour des applications embarquées.

  • Titre traduit

    Contribution to the optimal design of high efficiency brushless electrical machines dedicated to operate as starters generators in hybrid vehicles


  • Résumé

    This thesis aims at describing an optimal design method for mecatronic systems in the frame of M2EI research program dedicated to hybrid vehicles. The proposed technique links multiphysic models with parametric optimisers. The method is first applied to the optimal design of brushless synchronous permanent magnet starters-generators with distributed windings. The magnetic model takes into account the cross saturation thanks to a 2D finite element program and Park theor. It also estimates iron losses in flux weakening mode owing to Bertotti formula. The thermal model is a 3D lumped parameters network. The mechanical model relies on a static strength of materials calculus. The electrical model is finally based on a torque control of the machine with the optimisation of stator currents to minimize overall losses for each operating point. An optimal design is performed on a starter-alternator specification book to outline the need of a 3D thermal model compared with a raw current densities estimation that does not takes iron losses into account. The second application aims at replacing the gliding contacts of wound rotor synchronous machines with a contactless power transmission systems : a rotary transformer. The method allows the comparison of converters’ topologies by integrating a fine Simpower electrical model in the optimisation loop. The approach underlines the interest of double forward and a shifted full wave inverter compared with a PWM inverter in embarked applications.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 163 réf.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009 LEG 1807
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