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Analyse, optimisation et réalisation d'un contrôleur de machine synchrone à aimants permanents, pour des applications de vélo électrique

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Laine, Amaury (2018). Analyse, optimisation et réalisation d'un contrôleur de machine synchrone à aimants permanents, pour des applications de vélo électrique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet de maîtrise est un partenariat entre l’École de Technologie Supérieure de Montréal et l’entreprise Procycle. Cette dernière, souhaite améliorer le contrôleur de leurs Machines Synchrones à Aimants Permanents, qui se trouve dans leurs vélos électriques. En effet, la société aimerait ainsi augmenter les performances des vélos, c’est-à-dire augmenter l’autonomie, améliorer l’aspect thermique, garantir une fonctionnalité à long terme et posséder une propriété intellectuelle du nouveau contrôleur.

Ces travaux présentent, dans un premier temps, un rapport de performance des contrôleurs MSAP, utilisés par l’entreprise. Chacun de ces contrôleurs est évalué sur les critères suivants : les formes d’onde, leur spectre fréquentiel, l’aspect thermique et le calcul du rendement. Dans l’ensemble, les contrôleurs ont des rendements en dessous de la normale, qui est due à la commande ou aux pertes. Deux d’entre eux, dont la dernière version utilisée par l’entreprise, montrent des signes de dégradation à court terme. Ce rapport de performance amène le besoin de refaire un contrôleur, pour augmenter l’efficacité ainsi que la durabilité du produit. Les résultats obtenus ont montré que les améliorations devaient se concentrer sur l’aspect thermique.

Par la suite, ce mémoire met l’accent sur la conception d’un convertisseur Flyback, capable de convertir une haute tension provenant de la batterie, vers une basse tension alimentant les systèmes de contrôle. Ce convertisseur offre la particularité d’utiliser un transformateur planaire, dont le dimensionnement est plus complexe en terme d’espacement mécanique et de contraintes électriques. En effet, les enroulements (qui se trouvent être sur le PCB), sont limités par l’espace disponible dans le noyau magnétique. Une méthode de conception de transformateur planaire est proposée, puis validée par une simulation.

Après avoir dimensionné toutes les autres sections du nouveau contrôleur, des PCB sont realizes puis présentés avec l’option 3D du logiciel Altium, afin de visualiser le résultat final.

Titre traduit

Analysis, optimization and performance of a synchronous machine controller with permanent magnets, for electric bike applications

Résumé traduit

This master’s project is a partnership between the École de Technologie Supérieure de Montréal and the company Procycle. The latter, wants to improve the controller of their Synchronous Machines with Permanent Magnets, which is in their electric bicycles. Indeed, the company would like to increase the performance of bicycles, ie increase the autonomy, improve the thermal aspect, guarantee a long-term functionality and possess intellectual property of the new controller.

This work presents, first, a performance report of the MSAP controllers used by the company. Each of these controllers is evaluated on the following criteria : waveforms, frequency spectrum, thermal aspect and calculation of efficiency. Overall, controllers have below-normal yields due to control or losses. Two of them, the latest version used by the company, shows signs of degradation in the short term. This performance report shows the need to redo a controller, to increase efficiency as well as durability. The results obtained showed that the improvements had to focus on the thermal aspect.

Subsequently, this paper focuses on the design of a Flyback converter, capable of converting high voltage from the battery, to a low voltage powering control systems. This converter has the particularity of using a planar transformer, whose dimensioning is more complex in terms of mechanical spacing and electrical stresses. Indeed, the number of turns, which happens to be on the PCB, is limited by the available space in the magnetic core. A planar transformer design method is proposed, then validated by a simulation.

After having dimensioned all the other sections of the new controller, PCBs are realized and presented with the 3D option of the Altium software, in order to visualize the final result.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique." Bibliographie : pages 155-156.
Mots-clés libres: Régulateurs électriques Conception et construction. Machines synchrones. Aimants permanents. Bicyclettes électriques. Convertisseurs électriques Conception et construction. Transformateurs électriques. Schémas électriques. flyback, planaire, machine synchrone à aimants permanents, analyse fréquentielle, analyse thermique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Blanchette, Fortin
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 16 mai 2018 16:24
Dernière modification: 16 mai 2018 16:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2044

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