Dimensionnement optimal de machines synchrones pour des applications de véhicules hybrides

Les travaux de recherche presentes dans ce document portent sur le dimensionnement de machines synchrones pour des applications de vehicules hybrides. L'utilisation de la machine electrique au sein du vehicule hybride est caracterisee par des appels de puissance de courtes durees. Cette these propose donc une strategie de dimensionnement permettant de minimiser considerablement le volume de l'actionneur par la prise en compte des limites thermiques reelles lors du cycle de conduite. La strategie de dimensionnement est composee de deux etapes. La premiere etape est l'optimisation du dimensionnement de l'actionneur a partir des points de fonctionnement du cycle. Nous autorisons des niveaux d'induction dans le fer eleves et des niveaux de densite de courant dans les conducteurs depassant les niveaux habituellement autorises pour un fonctionnement en regime permanent thermique. Ces deux points ont un impact reel sur le volume de la machine. Cela-dit, a ce stade, la thermique de la machine n'est prise en compte qu'indirectement en fixant une densite de courant dans les conducteurs. La seconde etape permet alors de verifier la thermique par une simulation sur cycle pour ensuite reajuster si besoin la densite de courant et reprendre la premiere etape d'optimisation de la machine. Des modeles adaptes au processus d'optimisation ont alors ete mis en place et offrent un bon compromis entre le temps de calcul et la precision requise. Par consequent, un modele magnetique prenant en compte la saturation croisee dans la machine utilisant la methode nodale a ete developpe ; un modele permettant une meilleure prise en compte des pertes fer notamment dans le zone de defluxage a egalement ete developpe ainsi qu'un modele thermique en transitoire utilisant egalement la methode nodale. Le modele thermique etant la cle de la strategie de dimensionnement, une grande attention y a ete portee. Ce modele permet de prendre en compte la direction des flux dans les trois dimensions et fournit de bonnes estimations des temperatures dans la machine notamment aux endroits les plus chauds comme les encoches et les tetes de bobines. Ces resultats ont ete corrobores par des essais experimentaux realises dans les bancs IFPEN sur une machine specialement instrumentee en thermocouples. Cela a permis de valider le comportement thermique en regime permanent thermique et en regime transitoire thermique. Ces modeles ont ensuite ete implantes dans une modelisation multi-physique pour l'outil d'optimisation et pour l'outil de simulation. Une etude de cas a ete presentee pour un vehicule hybride Kangoo ou la machine doit pouvoir assurer son fonctionnement pour un cycle Artemis urbain. Les resultats de la strategie de dimensionnement permettent alors de conclure que sur cycle, le volume exterieur des parties actives de la machine electrique peut-etre reduit de 40 % par rapport a un dimensionnement etabli par les regles de l'art en regime permanent. De plus, la reduction du volume de fer dans la machine induit egalement une reduction des pertes fer ce qui nous permet de conclure que, toujours sur cycle, son rendement moyen reste eleve.