Etudes thermiques pour l'amélioration du refroidissement des machines électriques pour voitures hybrides

Thermal studies for the cooling improvement of electric machines for hybrid cars

• Auteur / Autrice : Yoann Querel
• Direction : Afef Kedous-Lebouc, Laurent Gerbaud, Lauric Garbuio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 07/05/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• 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 : Pascal Tixador
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Souad Harmand, Georges Barakat, Sophie Personnaz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Noureddine Takorabet, Carole Hénaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Automobiles -- Moteurs -- Systèmes de refroidissement

Moteurs à aimants permanents

Véhicules électriques hybrides

Mots clés libres

Véhicules hybrides et électriques

Densité de puissance

Machine à aimants permanents

Hybrid and electrical vehicles

Power density

Electric motor with magnets

Résumé

Pour garantir une intégration facile dans une chaine de traction de véhicule hybride ou électrique, les machines électriques doivent être les plus compactes possibles. Cependant, les surfaces d’échanges thermiques se retrouvent de fait réduites, entravant les échanges de chaleur. Un dimensionnement précédent de machine à flux axial, synchrone à aimants permanents, a mis en lumière cette problématique: les dimensions imposées ne peuvent pas être respectées sous peine de dépasser la contrainte thermique.Nos travaux de thèse visent alors à investiguer des solutions de refroidissement pour la machine susmentionnée. Ainsi nos recherches bibliographiques ont mis en avant l'intérêt du changement de phase comme solution de refroidissement. Nous avons conçu différentes expériences qui ont effectivement mis en avant l'intérêt de cette solution. Dès lors, nous l'avons mise en œuvre au sein d'une maquette représentative de la machine à flux axial synchrone à aimants permanents considérée pour apprécier les apports de cette solution de refroidissement. Pour mieux comprendre les chemins thermiques rendu possible par cette solution de refroidissement, nous avons modélisé les échanges thermiques qui ont lieu au sein de cette maquette. Après une analyse de la validité de notre modèle, nous l'avons utilisé pour redimensionner la machine à flux axial en considérant ces nouvelles hypothèses thermiques. Les résultats obtenus témoignent d'un gain thermique permettant de répondre aux dimensions imposées tout en réduisant significativement la quantité d'aimants permanents utilisée.

To ensure easy integration into a hybrid or electric vehicle powertrain, electric machines must be as compact as possible. However, the heat exchange surfaces are in fact reduced, inhibiting heat exchange.A previous design of a permanent magnet synchronous axial flow machine has highlighted this problem: the imposed dimensions cannot be respected without exceeding the thermal constraint.Our thesis work aims then at investigating cooling solutions for the above-mentioned machine. Thus, our bibliographical research has highlighted the interest of phase change as a cooling solution. We have designed various experiments which have effectively highlighted the interest of this solution. From then on, we implemented it within a representative model of the permanent magnet synchronous axial flow machine considered to appreciate the contributions of this cooling solution. To better understand the thermal paths made possible by this cooling solution, we have modeled the heat exchanges that take place within this model. After an analysis of the validity of our model, we used it to resize the axial flow machine by considering these new thermal hypotheses. The results obtained show a thermal gain allowing to meet the imposed dimensions while significantly reducing the quantity of permanent magnets used.