Conception et réalisation d’un moteur piézoélectrique pour application automobile haute température

Design and realization of a piezoelectric motor for a high temperature automotive application

• Auteur / Autrice : Khaled Harmouch
• Direction : Yves Bernard, Laurent Daniel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 31/01/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : François Costa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Bernard, Laurent Daniel, Camilo Hernandez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Petit, Marc Lethiecq

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Théories non linéaires

Chaleur -- Récupération

Mots clés libres

Récupération de chaleur

Moteur à multimodes

Bas coût

Ésistance à la haute température

Modèle de contact

Stick/slip

Non-linéarité

Dimensionnement

Heat recovery

Multi-modes motor

Low cost

Resistance to high temperature

Contact model

Stick/slip

Nonlinearity

Dimensioning

Résumé

L’objectif de cette thèse est deconcevoir et de réaliser un moteurpiézoélectrique destiné à une application derécupération de chaleur du gaz d’échappement.Cette application nécessite un couplerelativement élevé, une compacité importante,une endurance thermique et un coût acceptable.Afin d’atteindre ce but, la conception du moteurpasse par le choix de son mode defonctionnement. Ce choix est fait en se basantsur des critères comme bas coût, fort couple etcompacité importante.Après la détermination de l’architecture dumoteur piézoélectrique, la modélisation estabordée. Le but du modèle est de calculer lescaractéristiques couple/vitesse connaissantses dimensions et ses matériaux, l’état desurface du contact, la précontrainte et la tensiond’alimentation.La modélisation développée était validée pardes mesures expérimentales.Dans la dernière partie, le moteur dimensionnéest réalisé et testé. Son comportementdynamique et ces caractéristiquescouple/vitesse étaient mesurés. A l’exceptiondu couple à l’arrêt et celui de blocage, toutes lesperformances requises par l’application étaientremplies.Finalement, les résultats de modèle sontcomparés aux mesures faites sur le prototype.Le comportement dynamique était bienreproduit par la modélisation. Néanmoins, uneimprécision du calcul des déplacements dustator était constatée. Cela implique uneimprécision du calcul des caractéristiquesmoteur. Il s’avère que cette imprécision est liéeà l’absence du coefficient d’amortissement decontact.

The goal of this thesis is to designand build a piezoelectric motor for an exhaustgas heat recovery application. This applicationrequires relatively high torque, highcompactness, thermal endurance and acceptablecost.In order to achieve this goal, the design of theengine passes by the choice of its mode ofoperation. This choice is made based on criteriasuch as low cost, high torque and compactness.After the determination of the architecture ofthe piezoelectric motor, the modelling isaddressed. The purpose of the model is tocompute the torque/speed characteristicsknowing the motor dimensions and materials,the surface state of the contact, the precompressionforce and the supply voltage.The modeling developed was validated byexperimental measurements.In the last part, the motor is build and tested. Itsdynamic behavior and torque/speedcharacteristics were measured. With theexception of the peak and blocking torque, allthe performances required by the applicationwere fulfilled.Finally, the model results are compared to themeasurements done on the prototype. Thedynamic behavior is well predicted by themodel. However, the model is not able tocompute accurately the stator displacements.This implies inaccuracy in the motorcharacteristics computation. It turns out thatthey are related to the absence of the coefficientof contact damping.