Etude numérique et expérimentale du refroidissement de moteurs de traction électriques

Numerical and experimental study of the cooling of electric traction motors

• Auteur / Autrice : Mohamed Rabie Guéchi
• Direction : Philippe Desevaux, Philippe Baucour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 17/12/2014
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Espanet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Morin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Fénot, Michel Gradeck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation CFD

Automobiles -- Moteurs -- Systèmes de refroidissement

Mots clés libres

Refroidissement moteur électrique

Spray cooling

Transferts diphasiques

CFD

Résine d'imprégnation

Electric motor cooling

Two phase transfer

Resin impregnating

Résumé

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un grand projet qui vise au développement d’une nouvelle génération des moteurs électriques destinés à la traction des véhicules électriques urbains. La compacité du moteur de forte puissance impose d’augmenter sensiblement la densité de courant par rapport aux valeurs généralement admises. Les points chauds sont alors les têtes de bobines et une ventilation à air n’est plus suffisante d’autant plus que les conditions d’utilisation imposent une structure fermée. Ce travail porte donc sur l’amélioration de la dissipation de chaleur dans les moteurs électriques ainsi que sur leur refroidissement en recherchant des solutions adaptées au refroidissement des points chauds. Deux axes d’étude ont été envisagés: * Le premier axe consiste à améliorer la dissipation du flux de chaleur au sein du moteur en remplaçant l’air autour des bobinages par des résines d’imprégnation thermodurcissables présentant une conductivité thermique élevée et un bon coefficient d’isolation électrique . * Le deuxième axe consiste à améliorer le transfert thermique par convection forcée en envisageant la pulvérisation de liquide sur les parties chaudes (spray cooling). L’utilisation d’un tel procédé permet en effet de bénéficier de la chaleur latente de vaporisation. La démarche scientifique retenue associe la simulation numérique par CFD et l’expérimentation sur banc d’essai. L’approche numérique est utilisée afin d’évaluer l’efficacité du refroidissement par spray et de dimensionner au mieux le système de refroidissement. L’approche expérimentale a pour objectif la validation du modèle numérique d’une part et la vérification des améliorations apportées par l’imprégnation des bobinages. Des essais ont également été menés en combinant la technique de refroidissement par spray et l’utilisation de résine d’imprégnation.

This work is part of a larger project which aims to develop a new generation of electric motors for traction urban electric vehicles. The compactness of large motors needed to significantly increase the current density compared to generally accepted values. The hot spots are then heads coils and air ventilation is not sufficient especially as conditions necessitate a closed structure. This work focuses on improving therefore the dissipation of heat in the electric motors and their cooling by searching for solutions to the cooling of hot spots. Two focal areas were considered : * The first axis is to improve the dissipation of heat flow in the engine by replacing the air aroud the coils by impregnating thermosetting resin having a high thermal conductivity and good electrical insulation coefficient. * The second priority is to improve heat transfer by forced convection considering spraying liquid on the hot parts (spray cooiing). Using such a method makes it possible to benefit from the latent heat of vaporization.The scientific approach adopted combines CFD numerical simulation and experimentation testbed. The digital approach is used to evaluate the effectiveness of the spray cooling and sizing the better cooling system. The experimental approach is intended to validate the numerical model on the one hand and verification of improvements made by the impregnation of windings. Tests were also conducted by combining the technique of spray cooling and the use of resin impregnation.