• Langue : Français
• Discipline : Génie électrique
• Identifiant : 2023ULILN064
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 14/12/2023

Résumé en langue originale

Les véhicules électriques (VE) constituent aujourd'hui l'un des domaines de recherche les plus actifs. Cela comprend différents points allant de la conception des différents composants du véhicule, dont les batteries, jusqu'à la recherche de la gestion énergétique la plus efficace pour optimiser l'autonomie. Ces travaux visent également à accroître la fiabilité des véhicules tout en réduisant les prix. Dans ce vaste contexte, la motorisation électrique est un point clé pour répondre aux exigences d'un VE efficace. L'utilisation d'une machine à attaque directe en monomoteur constituerait une solution intéressante en termes de rendement et de fiabilité en évitant le multiplicateur de vitesse.Dans cette optique et sans augmentation excessive du volume de la machine, nous avons dimensionné et étudié un prototype de machine à réluctance Vernier à aimants à partir d'un cahier des charges bien spécifique. Les performances du prototype dimensionné ont ensuite été validées au travers d'une modélisation numérique par éléments finis en 2D. Ce dernier répond aux spécifications de l'application mais présente un faible facteur de puissance. Différentes autres configurations ont alors été investiguées tout en maintenant constant le volume de matériaux actifs et en gardant un nombre de paires de pôles proche.Deux prototypes ont été sélectionnés pour leur bon facteur de puissance bien qu'ils souffrent d'un taux d'ondulation du couple élevé. Le travail a porté alors sur une optimisation pour réduire ce dernier en ajustant des paramètres géométriques, notamment les ouvertures d'encoches, et en explorant l'utilisation de la configuration Halbach pour les aimants.Afin d'atténuer les ondulations de couple tout en améliorant la puissance massique des matériaux actives de la machine, nous avons adopté une approche proposant une structure à double stator sur la base de celle qui fournit la valeur moyenne de coule la plus élevée. En conservant le stator initial et en ajustant la quantité d'aimants, un second stator interne a été ajouté. Une étude de sensibilité a ensuite été effectuée sur l'angle de décalage entre le stator interne et externe permettant de réduire le couple de détente et les ondulations du couple. Enfin, une optimisation des ouvertures d'encoches des deux stators, ainsi que le taux d'ouverture des aimants de type Halbach a été réalisée. Cela a permis d'aboutir à une structure avec moins d'ondulations tout en maintenant une puissance massique élevée.La dernière partie des travaux a porté sur le développement d'une modélisation analytique de la machine optimisée puis l'application d'une commande vectorielle. Les performances de la structure retenue, avec la commande, ont été alors évaluées dans des conditions de conduite réelles.

Résumé traduit

Electric vehicles (EVs) are currently one of the most active research areas. This encompasses various aspects, ranging from designing various vehicle components, including batteries, to seeking the most efficient energy management to optimize range. These efforts also aim to enhance vehicle reliability while reducing costs. In this extensive context, electric motorization plays a pivotal role in meeting the requirements of an efficient EV. The use of a direct-drive machine in a single-motor configuration presents an interesting solution in terms of efficiency and reliability by eliminating the need for a speed multiplier.With this perspective, and without a significant increase in the machine's volume, we designed and studied a prototype of a Vernier reluctance machine with magnets based on a specific set of requirements. The performance of the dimensioned prototype was subsequently validated through 2D finite element numerical modeling. While it met the application specifications, it exhibited a low power factor. Various other configurations were then explored while keeping the volume of active materials constant and maintaining a similar number of pole pairs.Two prototypes were chosen for their good power factor, even though they suffered from high torque ripple. The focus then shifted to optimization to reduce the ripple by adjusting geometric parameters, including notch openings, and exploring the use of the Halbach configuration for the magnets.To mitigate torque ripple while improving the power-to-weight ratio of the active machine materials, we adopted an approach involving a dual-stator structure based on the one providing the highest average current. By retaining the initial stator and adjusting the magnet quantity, a second internal stator was added. A sensitivity analysis was then performed on the phase shift angle between the internal and external stators to reduce cogging torque and torque ripple. Finally, optimization of the notch openings for both stators, as well as the Halbach-type magnet open ratio, was conducted. This resulted in a structure with reduced ripple while maintaining high power-to-weight ratio.The final part of the work involved developing an analytical model of the optimized machine, followed by the application of field-oriented control (FOC). The performance of the chosen structure, with FOC, was then evaluated under real driving conditions.