Plateforme d'éco-conception de motorisation brushless - Application au moteur de ventilateur grand public

Eco-conception platform of brushless motor - Application to public fan

• Auteur / Autrice : Renaud Pichot
• Direction : Abdellatif Miraoui, Damien Paire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 14/12/2018
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de technologie de Belfort-Montbéliard (1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Khémis Gabsi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Maréchal, Christophe Espanet, Louis Schmerber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Gillon, Jean-Philippe Lecointe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoconception

Moteurs électriques

Mots clés libres

Brushless

Moteur

Optimisation

Eco-Conception

Brushless

Motor

Optimisation

Eco-Conception

Résumé

Aujourd’hui, la conception de moteurs électriques est stratégique dans l’activité industrielle.La poussée des véhicules électriques avec la recherche de fortes efficacités pour des raisons d’autonomie stimule cette activité. Ce travail de thèse entre dans un même contexte avec une contrainte de coût très importante liée au développement de produit dans le domaine du grand public.Cette thèse est une contribution à la conception de machines électriques dans un contexte industriel. Elle intègre les coûts et les contraintes d’un industriel avec la prise en compte du processus d’industrialisation du moteur ainsi que les variations des coûts de matières premières. Une plateforme d’éco-conception de moteur sera présentée intégrant différentes topologies.La première partie de ce mémoire présente un bref état de l’art sur les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) qui permet de faire le choix des topologies pertinentes.Les contraintes industrielles sont considérées avec la présentation d’un modèle industriel sur les coûts liés à la fabrication des moteurs et un modèle économique sur les fluctuations des coûts des matières premières.Dans une seconde partie, ces topologies seront optimisées à l’aide des algorithmes génétiques pour une application dans le domaine de la ventilation. Cette étude a mis en avant l’écart entre la topologie MSAP en surface avec la ferrite et la MSAP insérés avec du néodyme du point de vue économique et performance. À la suite de cette comparaison, une nouvelle topologie correspondant à un mélange des deux types d’aimants dans le rotor est introduite pour s’orienter sur une configuration à concentration de flux.Des mesures expérimentales valident les résultats présentés dans cette thèse sur les topologies MSAP en surface et MSAP insérés, la topologie à concentration de flux sera prototypée ultérieurement.

Nowadays, design of electric motors is strategic in industrial activity. The thrust of electric vehicles stimulates this activity. Indeed, high efficiencies are needed to seek autonomy.The same constraints apply in the consumer product industry along with a very significant cost concern.This thesis is a contribution to the design of electrical machines in an industrial context.An eco-design platform will be presented. It integrates the costs and the constraints of an industrialist: the process of mass production and raw materials cost variations.The first part of this paper presents a brief state of the art on BLDC motors. Relevant topologies are selected for the platform. Two new models are proposed in this work. The first one is an industrial model taking into account costs related to mass production. The second one is an economic model which considers raw material cost fluctuations.In a second part, surface permanent magnet (SPM) and the inserted permanent magnet (IPM) topologies will be optimized using genetic algorithms. An application in the ventilation field is chosen to compare these topologies. This study highlighted the gap between both topologies concerning cost and performance. As a result of this comparison, a flux concentration topology is presented. A mixture of two types of magnets in the rotor allow to reach a technico economic compromise.Experimental measurements validate the results presented in this thesis on SPM and IPM topologies. The flux concentration topology will be prototyped in future works.