Étude et dimensionnement de machine à flux axial pour le véhicule hybride électrique

Design and optimization of Axial flux machine for hybrid vehicle

• Auteur / Autrice : Thomas Boussey
• Direction : Afef Kedous-Lebouc, Laurent Gerbaud, Lauric Garbuio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie electrique
• Date : Soutenance le 12/03/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Souad Harmand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Afef Kedous-Lebouc, Laurent Gerbaud, Jean-Claude Mipo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Barakat, Frédéric Gillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines asynchrones

Électromagnétisme

Moteurs à aimants permanents

Véhicules électriques hybrides

Mots clés libres

Machine à flux axial

Optimisation

Electromagnétisme

Thermique

Vehicule hybride

Axial flux machine

Optimization

Electromagnetism

Thermal modeling

Hybrid vehicle

Résumé

Dans le cadre du développement du véhicule électrique hybride, les machines électriques pour la traction sont l’objet d’un effort toujours plus important de recherche et de développement. En particulier, les contraintes d’encombrement allouées à ces machines sont toujours plus sévères et la recherche se porte vers des structures de machines compactes. C’est dans ce contexte que nos travaux se sont portés sur l’étude et le dimensionnement de machine à flux axial pour une application hybridation douce (Mild Hybrid) d’alterno-démarreur monté sur vilebrequin de puissance 50 kW et de couple 205 Nm en régime transitoire. Un état de l’art des machines à flux axial est présenté. Une analyse des configurations de bobinage avec la méthode de l’étoile des encoches est détaillée. Un début d’analyse de la machine à commutation de flux est proposé. La méthodologie de dimensionnement est étayée. Elle repose sur des études de sensibilité, un dimensionnement paramétrique, mais aussi une optimisation de la machine. Les modèles utilisés sont de type éléments finis et surface de réponse par plan d’expériences. Enfin, une étude thermique de la machine est effectuée et des pistes sont données pour l’amélioration de l’échange thermique par refroidissement diphasique.

In the context of development of the hybrid electric vehicle, electric machines for traction are under extensive investigation. In particular, volume constraints are more and more severe and research is carried out towards compact structures. This work is focused on the study and the design of axial flux machine for a mild-hybrid application of an integrated starter generator mounted on the crankshaft. Its ratings in transient mode are 50 kW and 205 Nm. A literature review of axial flux machines is presented. A analysis of winding configurations with star of slots method is detailed. A beginning of analysis of switching-flux machine is proposed. The methodology of design is detailed. It is based on sensitivity analysis, parametric design and optimization of the machine. Utilized models are finite element model and response surface by design of experiments. Finally, a thermal study of the machine is carried out and some ideas are given to improve the thermal exchange by diphase cooling.