Thèse soutenue

Modélisation et optimisation de machines électriques à haute vitesse pour les véhicules électriques

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Auteur / Autrice : Taha El Hajji
Direction : Mohamed GabsiSami HliouiFrançois LoufM'hamed Belhadi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique
Date : Soutenance le 08/03/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
Equipe de recherche : SETE - Systèmes d'énergies pour les transports et l'environnement
référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Claude Marchand
Examinateurs / Examinatrices : Yacine Amara, Nicolas Bernard, Noureddine Takorabet, Jean-Philippe Lecointe
Rapporteurs / Rapporteuses : Yacine Amara, Nicolas Bernard

Résumé

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Cette thèse vise à évaluer l’importance de l’augmentation de la vitesse de rotation de la chaine de traction d’un véhicule électrique de la catégorie C. Pour ce faire, la chaine de traction doit être modélisée, en prenant en compte les différents phénomènes liés à la haute vitesse, et optimisée pour un cahier des charges similaire à celui de la Peugeot e208. Une optimisation à grande échelle est menée, ce qui a permis d’évaluer plus de 35,000,000 machines avec des modèles éléments finis en utilisant des ordinateurs puissants. Dans le chapitre 1, les différents risques liés à l’approvisionnement des matières premières utilisées dans la machine, qui ont motivé l’étude de la haute vitesse, sont présentés. Une étude bibliographique des phénomènes et des contraintes liés à la haute vitesse dans la machine et dans le réducteur est effectuée. Dans le chapitre 2, l’outil de modélisation et d’optimisation pour les machines opérant à basse vitesse utilisé dans ce travail est présenté. Une étude approfondie des différents effets haute fréquence dans le bobinage ainsi que leur modèles est présentée. Le modèle des pertes AC dans le bobinage avec le meilleur compromis entre la précision et le temps de calcul est sélectionné. Les pertes et les contraintes dans le réducteur ainsi que leur modèles sont présentés. Un nouveau modèle multiphysique et une nouvelle méthodologie d’optimisation, prenant en compte les effets haute fréquence, sont présentés pour la machine seule, d’une part, et pour la machine et le réducteur, d’autre part. Dans le chapitre 3, une étude préliminaire est effectuée afin de déterminer les paramètres influents pour la conception des machines haute vitesse. Ensuite, plusieurs optimisations sont lancées portant sur la machine seule, d’une part, et sur la machine et le réducteur, d’autre part. Ces résultats permettent de conclure qu’au vu des densités de puissances obtenues, il est intéressant d’utiliser les technologies récentes pour les machines électriques en se limitant à 20,000 tr/min dans les chaines de traction électriques.