Assas Recherche | Modélisation thermique et refroidissement de moteurs électriques : Application à la propulsion d’un avion hybride

Modélisation thermique et refroidissement de moteurs électriques : Application à la propulsion d’un avion hybride (Document en Anglais, Anglais, Anglais, Anglais, Anglais)

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Modalités de diffusion de la thèse :

Thèse consultable sur internet, en texte intégral.

Informations sur les contributeurs

Auteur : Zeaiter Amal

Zeaiter, Amal

Nom

Zeaiter

Prénom

Amal

Nationalité

Français

Date de soutenance : 13-10-2020

Directeur(s) de thèse : Fénot Matthieu

Fénot, Matthieu

Nom

Fénot

Prénom

Matthieu

- Videcoq Etienne

Videcoq, Etienne

Nom

Videcoq

Prénom

Etienne

Etablissement de soutenance : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique

Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique

Nom

Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique

Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)

Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)

Nom

Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)

Ecole doctorale : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)

Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)

Nom

Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)

Informations générales

Discipline : Energétique, thermique, combustion
Classification : Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : Moteur synchrone à aimants permanents, Modélisation thermique méthode nodale, Pertes moteur
Mots-clés :

Avions -- Moteurs - Construction - Refroidissement
Avions électriques
Conductivité thermique
Problèmes inverses

Résumé : Le travail présenté dans ce mémoire concerne la modélisation thermique de moteurs électriques de forte densité de puissance. Le but est de trouver les techniques de refroidissement efficaces et adaptées aux moteurs conçus pour application à la propulsion de l’avion hybride du futur. Deux cibles de densité de puissance, 5 kW/kg pour le court terme (année 2025) et 10 kW/kg pour le long terme (année 2035), sont abordées avec leurs propres exigences. Les moteurs électriques étudiés sont de type synchrone à aimants permanents montés en surface du rotor. Ce type de moteur est caractérisé par un rendement élevé et contraint par les températures maximales admissibles relativement faibles de son bobinage et de ses aimants. Une fois atteintes, ces valeurs de température entraînent le dysfonctionnement du moteur ou la limitation de sa durée de vie. En outre, avec un design fermé imposé et des densités élevées de flux de chaleur dissipées dans la machine, une optimisation du refroidissement est incontournable.Pour se familiariser avec le problème, un état de l’art détaillé sur le refroidissement des machines électriques est réalisé. En conséquence, les différentes techniques utilisées et les avancements technologiques récents sont analysés vis-à-vis de notre cas d’application. Ensuite, afin de prédire le comportement thermique du moteur et d’assurer le suivi des températures critiques (surtout au bobinage et aux aimants), un modèle nodal transitoire est mis en place et résolu sous Matlab. Ce dernier est construit en considérant l’intégralité du système moteur avec son circuit de refroidissement. Les conditions externes liées à l’environnement sont prises en compte, en particulier la variation de la température d’air extérieur en fonction de l’altitude et le profil de mission de vol de l’avion. En effet, les pertes dans le moteur, qui constituent les sources de chaleur, varient en fonction de la puissance pendant le vol. Afin d’identifier précisément les paramètres intrinsèques du modèle, une étude par éléments finis a été menée et des corrélations permettant l’estimation de la conductivité thermique du bobinage en sont déduites par interpolation polynomiale. Plusieurs études ont ensuite été menées concernant l’influence des propriétés thermophysiques, de la température extérieure, de la nature du liquide de refroidissement, de son débit ainsi que la surface extérieure de l’échangeur sur les réponses en température du modèle. Plusieurs designs du moteur sont étudiés grâce à ce modèle afin de proposer des solutions de refroidissement adaptées. Pour chacune des cibles, une configuration optimale du moteur avec son système de refroidissement a été adoptée.Par ailleurs, les pertes électromagnétiques et mécaniques étant difficiles à estimer dans ces machines, un chapitre est consacré à leur identification par résolution d’un problème inverse. La technique est séquentielle et utilise la spécification de fonction de Beck comme méthode de régularisation. Trois cas, de complexité croissante, sont étudiés et montrent la fiabilité de la méthode qui permet également d’estimer les températures inaccessibles dans le moteur. C’est finalement ce modèle nodal à faible nombre de degré de liberté qui nous permet d’assurer, en temps réel, le suivi des points chauds.

Informations techniques

Type de contenu : Text, Text, Text, Text, Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2020ESMA0015
Type de ressource : Thèse