Modélisation et conception optimale de moteurs sans balais à structure inversée - Application au moteur-roue

Depuis une quinzaine d'annees, le vehicule electrique est redevenu une problematique importante dans le domaine du genie electrique. L'objectif est maintenant de concevoir de vrais vehicules electriques exploitant notamment la grande souplesse de gestion de cette energie. Dans cette optique, nous nous sommes interesse au moteur-roue car il presente plusieurs avantages, en particulier de compacite de la fonction motrice. Cependant la conception d'un tel systeme impose de tres nombreuses contraintes. Entre autres, il faut modeliser le systeme dans sa globalite et realiser un compromis entre la masse du moteur et son rendement afin d'optimiser l'autonomie du systeme. La structure de moteur-roue retenue dans ce travail est un moteur synchrone a aimants permanents Nd-Fe-B, a structure inversee, a forces electromotrices trapezoidales et alimente par un onduleur de tension produisant des creneaux de courant, car cette structure presente a la fois un fort couple massique mais aussi un bon rendement. Pour dimensionner ce systeme, nous avons propose une procedure originale et efficace comportant deux phases : − une optimisation de structure sur la base de modeles analytiques ; − une validation du dimensionnement optimal a l'aide d'une analyse fine par des modeles numeriques. L'approche globale (batterie, convertisseur et moteur) necessite des modeles analytiques et numeriques de l'ensemble du systeme dans les trois domaines magnetiques, electromecaniques et thermiques. La procedure d'optimisation utilise le logiciel Pascosma, developpe par le Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble, pour programmer automatiquement un logiciel de dimensionnement du moteur-roue modelise. Les modeles ont ete valides sur des moteurs de puissances 30 kW et 200 W et la methodologie de conception a permis l'amelioration d'un moteur d'assistance au pedalage integre dans le moyeu d'une roue de velo, nous avons pu diminuer la masse du moteur de pres de 50 % tout en ameliorant son rendement de trois points.