Fiche individuelle

In order to improve the driving performance of electric vehicles (EV), a permanent magnet synchronous motor with double V-shaped magnet structure (DVMPMSM) and its driving system are studied in this paper. A 150 kW DVMPMSM for EV is designed firstly, and the design parameters of the motor are determined. In order to overcome the drawbacks of the finite element analysis (FEA), especially the issue on calculating time, a dynamic equivalent magnetic network (EMN) model of the DVMPMSM is constructed, by which the air gap flux density, back electromotive force, electromagnetic torque and winding inductance parameters of the motor can be solved. Compared with the FEA, the dynamic EMN model constructed in this paper greatly increases the calculation speed while the calculation accuracy is maintained well. This paper also introduces the stator winding switching method to replace the field-weakening control method. Then, a vector control method of DVMPMSM based on dynamic EMN model and stator winding switching is proposed. The demands brought forward by EV for high torque output under low speed and high upper limit of speed can be well satisfied. Finally, the accuracy of the dynamic EMN model and the effectiveness of the proposed control method is validated through prototype experiments.

This paper presents a new approach to control properly the currents of a dual three-phase PMSM operating in open-circuit fault condition with a wide speed range. Using fault tolerant control strategies proposed in the literature lead to high frequency current components in the rotor frame. Operating at high speed required in some industrial applications induces a strong constraint on the current controllers. In this paper, a second transformation matrix resulting constant currents in the new frame is proposed. However, there is still a coupling between axes. Thus, a simple Adaptive Linear Neuron is proposed to decouple and enhance the performance of the current tracking. Comparative simulation results are shown for a 12slots/8poles dual three-phase PMSM to confirm the validity of the proposed method.

In previous research, a novel three-phase dual-stator axial flux permanent magnet machine characterized by the advantages of compact structure and low moment of inertia is proposed for industrial robot application. In order to improve its functional reliability furtherly, the dual threephase axial flux permanent magnet machine (DTP-AFPM) is firstly proposed. Benefiting from the combination of 12 slots/10 poles, the coil configuration of one stator disk can be modified to a dual three phase full-pitch winding straightforwardly, as a result, one kind of the DTP-AFPMs is achieved which is named as the no shift model in this paper. For eliminating the coil reconfiguration on each stator disk and the connection of the coils belonging to the same phase between two stator disks, the shift model which is based on the shift of the two stator disks to obtain the phasor difference between two three-phase windings is introduced. The characteristics and electromagnetic performances of these two models are analyzed and compared. However, it should be noted that the light-weight disk-type rotor of DTP-AFPMs also degrade the strength of the rotor. The proposed DTPAFPMs are more sensitive to the axial stress on the rotor which introduces not only the vibration and noise but also the deformation or even the damage of the rotor. Thus, the axial stress on the rotor is investigated and treated as a critical evaluation indicator. The axial stress is analyzed under both healthy and fault conditions and its distribution on the rotor is given on a 2-D plane.

La machine synchrone à aimant permanent à flux transverse combine les avantages d'une densité de couple intrinsèquement élevée, de la capacité à ajuster la charge électromagnétique de manière indépendante, d'une conception de structure flexible et d'une structure de bobinage simple, ce qui lui confère un potentiel important pour être utilisée comme servomoteur dans les applications de robots industriels afin de parvenir à la miniaturisation de son entraînement électrique. En outre, la structure d'enroulement multi-phases peut être utilisée dans une machine synchrone à aimant permanent à flux transverse pour obtenir l'avantage de la capacité de tolérance aux pannes, ce qui améliore encore la fiabilité fonctionnelle de l'entraînement électrique dans les robots industriels. Cependant, les recherches existantes sur les machines synchrones à aimant permanent à flux transverse et les recherches sur la tolérance aux pannes des machines multi-phases présentent encore des lacunes et des limites qui restreignent leur application dans le contexte de la thèse. L'objectif principal de cette thèse de doctorat est de proposer une machine synchrone à aimant permanent à flux transverse de structure nouvelle pour améliorer les caractéristiques et les performances du robot industriel. Tout d'abord, une machine synchrone à aimants permanents à flux transverse à topologie à un rotor central à aimants sans fer et deux stators externes avec un circuit magnétique statorique hybride comprenant tôle laminées et poudre de fer (DS-HSDR-TFPMSM) est proposée pour réaliser la miniaturisation et la dynamique élevée des entraînements électriques dans les robots industriels. Sa conception structurelle et électromagnétique est réalisée. Une étude de conception tolérante aux pannes basée sur la structure double-triphasée est ensuite réalisée selon deux approches pour le DS-HSDR-TFPMSM Compte tenu de la structure tridimensionnelle complexe du DS-HSDR-TFPMSM, la méthode de calcul du champ magnétique de l'entrefer et les performances sont étudiées sur la base de la méthode de transformation de Schwarz-Christoffel. En outre, la conception de l'optimisation du DS-HSDR-TFPMSM est réalisée sur la base du réseau neuronal BP et de l'algorithme d'optimisation multi-objectifs afin d'améliorer ses performances en termes de couple. Sur la base des conceptions accessibles de tolérance aux pannes de DS-HSDR-TFPMSM, la méthode de commande tolérante aux pannes pour la machine synchrone double-triphasée à aimant permanent est étudiée. Tout d'abord, une reconfiguration du courant de référence dans le repère découplé normal basé sur le principe des pertes cuivre minimales et de la plage de fonctionnement maximale du couple est proposée. Ensuite, la contrainte axiale sur le disque du rotor du DS-HSDR-TFPMSM triphasé double dans différents états est analysée. La force axiale synthétique et la distribution de la contrainte axiale sur le disque du rotor des deux types de DS-HSDR-TFPMSM triphasés doubles sont comparées. Enfin, la méthode de contrôle tolérant aux pannes pour les machines électriques à aimant permanent triphasées fonctionnant à grande vitesse est étudiée, dans laquelle les composantes harmoniques du courant de référence sont suivies et contrôlées à grande vitesse en utilisant une méthode basée sur des repères tournants multiples et une autre méthode basée sur des contrôleurs résonant proportionnels. Enfin, les technologies de fabrication et les études expérimentales sont menées pour le prototype DS-HSDR-TFPMSM