Définition d'un actionneur à aimants permanents et électronique intégrée pour l'automobile PDF Download
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CE TRAVAIL CONCERNE LES ACTIONNEURS A AIMANTS PERMANENTS ET ELECTRONIQUE INTEGREE POUR DES APPLICATIONS DE LARGE DIFFUSION COMME L'AUTOMOBILE. L'ETUDE PRESENTEE PORTE PLUS PARTICULIEREMENT SUR LES MOTEURS A AIMANTS PERMANENTS, SANS PIECES POLAIRES, ALIMENTES PAR DES COURANTS RECTANGULAIRES AU MOYEN D'UN ONDULEUR DE TENSION CONTROLE EN COURANT. IL EST MONTRE QUE CES STRUCTURES DE MOTEURS PEUVENT REPONDRE AUX EXIGENCES DES APPLICATIONS PRECEDENTES, EN MINIMISANT LE NOMBRE DE COMPOSANTS DE PUISSANCE ET DE CAPTEURS POUR SIMPLIFIER L'INTEGRATION DE L'ELECTRONIQUE. PLUSIEURS TYPES D'ALIMENTATIONS PAR ONDULEUR A NOMBRE DE COMPOSANTS REDUITS ET DE STRUCTURES DE MACHINES SONT ETUDIEES ET COMPAREES POUR DEGAGER DES CRITERES DE CHOIX SUIVANT L'APPLICATION VISEE. UNE TECHNIQUE PARTICULIERE D'AUTOPILOTAGE SANS CAPTEURS DE POSITION ROTORIQUE EST EGALEMENT PRESENTEE. UNE DEMARCHE DE CONCEPTION D'ACTIONNEURS A AIMANTS PERMANENTS ET COMMUTATION ELECTRONIQUE EST PROPOSEE ET MATERIALISEE PAR LA MISE EN PLACE D'OUTILS DE CAO. CETTE PROCEDURE PERMET DE DEFINIR LES FONCTIONNALITES DE L'ACTIONNEUR, DE PROJETER SON DIMENSIONNEMENT ET DE PROCEDER A SON EXPERIMENTATION SIMULEE AVANT DE LANCER SA REALISATION. ELLE EST AINSI APPLIQUEE A LA CONCEPTION D'UN MOTOVENTILATEUR DE REFROIDISSEMENT PRINCIPAL DONT LA REALISATION ET LES ESSAIS PERMETTENT DE VALIDER ET DE CRITIQUER LES METHODES ET LES OUTILS UTILISES POUR LA CONCEPTION ET LA SIMULATION
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CE TRAVAIL CONCERNE LES ACTIONNEURS A AIMANTS PERMANENTS ET ELECTRONIQUE INTEGREE POUR DES APPLICATIONS DE LARGE DIFFUSION COMME L'AUTOMOBILE. L'ETUDE PRESENTEE PORTE PLUS PARTICULIEREMENT SUR LES MOTEURS A AIMANTS PERMANENTS, SANS PIECES POLAIRES, ALIMENTES PAR DES COURANTS RECTANGULAIRES AU MOYEN D'UN ONDULEUR DE TENSION CONTROLE EN COURANT. IL EST MONTRE QUE CES STRUCTURES DE MOTEURS PEUVENT REPONDRE AUX EXIGENCES DES APPLICATIONS PRECEDENTES, EN MINIMISANT LE NOMBRE DE COMPOSANTS DE PUISSANCE ET DE CAPTEURS POUR SIMPLIFIER L'INTEGRATION DE L'ELECTRONIQUE. PLUSIEURS TYPES D'ALIMENTATIONS PAR ONDULEUR A NOMBRE DE COMPOSANTS REDUITS ET DE STRUCTURES DE MACHINES SONT ETUDIEES ET COMPAREES POUR DEGAGER DES CRITERES DE CHOIX SUIVANT L'APPLICATION VISEE. UNE TECHNIQUE PARTICULIERE D'AUTOPILOTAGE SANS CAPTEURS DE POSITION ROTORIQUE EST EGALEMENT PRESENTEE. UNE DEMARCHE DE CONCEPTION D'ACTIONNEURS A AIMANTS PERMANENTS ET COMMUTATION ELECTRONIQUE EST PROPOSEE ET MATERIALISEE PAR LA MISE EN PLACE D'OUTILS DE CAO. CETTE PROCEDURE PERMET DE DEFINIR LES FONCTIONNALITES DE L'ACTIONNEUR, DE PROJETER SON DIMENSIONNEMENT ET DE PROCEDER A SON EXPERIMENTATION SIMULEE AVANT DE LANCER SA REALISATION. ELLE EST AINSI APPLIQUEE A LA CONCEPTION D'UN MOTOVENTILATEUR DE REFROIDISSEMENT PRINCIPAL DONT LA REALISATION ET LES ESSAIS PERMETTENT DE VALIDER ET DE CRITIQUER LES METHODES ET LES OUTILS UTILISES POUR LA CONCEPTION ET LA SIMULATION
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L'ANALYSE DU CAHIER DES CHARGES D'UN ACTIONNEUR POUR ASSISTANCE ELECTRIQUE DE DIRECTION A PROUVE LA NECESSITE D'OBTENIR UN COUPLE A FAIBLES ONDULATIONS TOUT EN RESPECTANT DES CONTRAINTES IMPORTANTES DE PRIX DE REVIENT. LA SOLUTION RETENUE EST BASEE SUR UNE MACHINE A AIMANTS SANS PIECES POLAIRES ALIMENTEE PAR DES COURANTS DE FORME RECTANGULAIRE AU MOYEN D'UN ONDULEUR DE TENSION CONTROLE EN COURANT. POUR CONCEVOIR UN TEL ACTIONNEUR, DES OUTILS DE CONCEPTION ONT ETE MIS EN UVRE. ILS CONCERNENT LE CALCUL DES GRANDEURS CARACTERISTIQUES EN FONCTION DE LA POSITION DU ROTOR, LA DETERMINATION DES DIFFERENTES CONFIGURATIONS DE BOBINAGE ET LA PRISE EN COMPTE DE LOIS DE COMMANDE DANS LA SIMULATION GLOBALE DE L'ACTIONNEUR. UN CONCEPT ORIGINAL A ETE DEGAGE POUR MINIMISER LES ONDULATIONS DE COUPLE DUES A LA MACHINE. IL CONSISTE A METTRE EN UVRE SIMULTANEMENT DES AIMANTS EN FORME DE TUILES AIMANTEES RADIALEMENT, UN NOMBRE D'ENCOCHES FRACTIONNAIRE ET UNE UTILISATION PARTIELLE DE L'ENCOCHAGE POUR LOGER LE BOBINAGE. DE PLUS, UNE TECHNIQUE DE CONTROLE DES COURANTS A ETE PROPOSE POUR MINIMISER LES ONDULATIONS DE COUPLE DUES A L'ALIMENTATION ELECTRONIQUE. LA REALISATION ET LES ESSAIS D'UNE MAQUETTE PROBATOIRE ONT PERMIS DE VALIDER CE PREMIER CONCEPT. D'AUTRE PART, LA REALISATION D'UN BANC DE SIMULATION DU SYSTEME D'ASSISTANCE ELECTRIQUE DE DIRECTION ET SON EXPLOITATION ONT PERMIS D'APPREHENDER LE COMPORTEMENT D'UN ACTIONNEUR EN SITUATION. ENFIN, UN PROTOTYPE A AIMANTS FERRITE REPONDANT AU CAHIER DES CHARGES A ETE DEFINI ET DIMENSIONNE EN PRENANT EN COMPTE LES CONTRAINTES DE FONCTIONNEMENT ET D'IMPLANTATION
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Les travaux de thèse présentent une étude comparative d'actionneurs électromécaniques à course limitée régulant la position d'un obturateur dans une boucle d'air d'un moteur thermique. Les normes européennes sur la limitation des rejets polluants imposent de nouveaux besoins sur les performances dynamiques et mécaniques des actionneurs. Un état de l'art sur la boucle d'air des moteurs thermiques montre que deux topologies d'actionnements sont devenus majoritaires : l'une se compose d'un moteur à courant continu (MCC) à balais et d'une transmission de puissance par engrenage, l'autre est une machine sans balais à entraînement direct sur l'obturateur. La description de ces topologies montre une approche multiphysique utilisant la mécanique, l'électricité, le magnétisme, la thermique et l'automatique. À l'aide d'un cahier des charges, quatre architectures magnétiques de machines à entraînement direct ont été modélisées et optimisées en régime linéaire. Chaque machine est constituée d'aimants permanents au rotor et d'un circuit magnétique à dents polaires bobinées. De ces quatre machines, une d'entre elles est choisie sur le critère de la performance de couple par unité de volume en vu d'être optimiser sur le critère de la consommation minimale de l'énergie électrique. Pour jauger des résultats obtenus, la topologie MCC avec un réducteur à engrenage à deux étages de réduction est paramétrée et optimisée avec les mêmes contraintes et le même objectif. Les méthodes présentées associent les contraintes physiques et dynamiques sur le dimensionnement de l'actionneur et évoluent vers une optimisation de l'ensemble actionneur, électronique de puissance et loi de commande.
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Dans la première partie du mémoire, l'auteur étudie les différentes stratégies de contrôle de la machine à aimants permanents, utilisables pour parvenir à un fonctionnement à couple imposé dans une large plage de vitesse. Il propose notamment des stratégies originales basées sur les techniques d'optimisation. Dans la deuxième partie, il étudie les problèmes induits par la simplification et/ou la suppression du capteur de position du rotor de la machine en considérant la charge particulière que constitue un véhicule automobile. Il présente et analyse différentes méthodes pour résoudre ce problème sur toute la plage de vitesse y compris le démarrage. L'étude est menée essentiellement par simulation mais certains aspects du problème font l'objet de validations expérimentales sur un dispositif existant. Il précise également le domaine de validité de ces différentes méthodes ainsi que leur adéquation aux moyens disponibles pour la mise en oeuvre. Dans la dernière partie, après avoir analysé le cahier des charges correspondant à la propulsion d'un véhicule automobile électrique, l'auteur propose une méthode systématique de dimensionnement des machines à aimants devant répondre à ce cahier des charges. Cette méthode, où interviennent notamment des caractérisations de la machine par schémas magnétiques équivalents et par calcul du champ, prend aussi en compte les éléments relatifs à la commande, issus des analyses des parties précédentes. La procédure est validée sur une machine existante et plusieurs autres solutions, qui se distinguent par le nombre de pôles où la structure électromagnétique sont proposées.
Author: Jérôme Cros
Author: Jérôme Cros
Author: Jean-Michel Vinassa
Author: Christophe Gutfrind
Author: Franck Chabot