Soutenance de thèse de Taha EL HAJJI (Satie)

Composition du jury

• Claude MARCHAND, Professeur des Universités, Université Paris-Saclay : examinateur
• Yacine AMARA, Professeur des Universités, Université du Havre : rapporteur - Examinateur
• Nicolas BERNARD, Maître de conférences-HDR, Nantes Université : rapporteur - Examinateur
• Noureddine TAKORABET, Professeur, Université de Lorraine : examinateur
• Jean-Philippe LECOINTE, Professeur, Université d'Artois : examinateur

Résumé

Cette thèse vise à évaluer l'importance de l'augmentation de la vitesse de rotation de la chaine de traction d'un véhicule électrique 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 bibilographique 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 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 résultatts 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.

Résumé [EN]

This PhD aims to evaluate the importance of increasing the rotational speed of the drive unit of a category C electric vehicle. To do so, the drive unit must be modeled, taking into account thhe different phenomena related to high speed, and optimized for specifications similar to that of Peugeot e208. Large-scale optimization is conducted, resulting in the evaluation of over 35,000,000 machines with finite element methods using powerful computers.
In chapter 1, the different risks related to the supply of raw materials used in the machine, which motivated the study of high speed, are presented. A bibliographic study of the phenomena and constrants related to high speed in the machine and the reducer is carried out.
In chapter 2, the modeling and optimizaion tool for low speed machines used in this work is presented. An in-depth study of the different high frequency effects in the winding and their models is performed.

The AC losses model in the winding with the best compromise between accuracy and computation time is selected. The losses and stresses in the reducer and their models are presented. A new multiphysics model and a new optimization methodology are presented, on the one hand, for the machine alone and, on the other hand, for the machine and the gearbox.
In chapter 3, a preliminary study is performed to determine the sensitive parameters to the design of high speed machines. Then, several optimizations are launched, on the one hand, for the machine alone and, on the other hand, for the machine and the reducer. From these results, it can be concluded that regarding the obtained power densities, it is worthwhile to use recent technologies for electric machines by limiting its speed to 20,000 tr/min in electric drive units.