Machines électriques polyphasées à bobinage concentré autour des dents pour hybridation automobile

Plusieurs raisons, liées à l’environnement et aux contraintes stratégiques pour les réserves de pétrole, ont imposé la nécessité d’une nouvelle génération de moyens de transport, dans laquelle des variétés de solutions hybrides et électriques ont été proposées afin de baisser la consommation de carburant et réduire la quantité des gaz rejetés. Ces solutions prennent différentes formes, allant du plus simple, en gardant les structures classiques de l’automobile, au plus complexe qui modifie largement ces structures afin de les adapter pour accueillir les nouveaux composants nécessaires. Par conséquent, les défis auxquels sont confrontés les fabricants d’automobiles varient selon la solution choisie. D’un point vue global, il n’est pas évident de décider quelle est la meilleure solution car une solution simple peut être mieux commercialisée qu’une solution complexe. Ainsi, tout en étant moins efficace du point de vue individuel qu’une solution complexe, son efficacité sur l’environnement pourra être meilleure du fait de l’effet de masse, rendu possible par un faible coût au niveau du processus industriel. Le but de ce paragraphe est de présenter les différentes solutions hybrides et électriques proposées actuellement par l’industrie automobile. Ensuite, on se focalisera sur la technologie Mild-Hybrid en tant que solution d’hybridation douce en présentant l’exemple du projet MHYGALE (Mild HYbrid GénérALisablE). Cette Figure 1-1 montre bien comment dans les 30 prochaines années, on s’attend à la découverte de seulement 134 milliards de barils tandis que la consommation extrapolée s’élève à 1.000 milliards de barils pendant la même période. De ce fait, la plupart des experts considèrent que le pétrole doit être considéré à présent comme une ressource finie pour prédire les évolutions à venir. De plus, cette révolution technologique qui a commencé durant le siècle précédent, cause beaucoup de problèmes climatiques, dont les résultats commencent à être visibles depuis quelques années.

Le rapport entre la puissance du moteur électrique intégré et le moteur thermique fixe le niveau d’hybridation dans le véhicule. Lorsque ce rapport augmente (le moteur électrique est plus puissant), le système prend plus de marge de manœuvre pour augmenter l’efficacité totale. Donc, selon ce rapport le gain au niveau de la consommation de carburant et la réduction des émissions locales de CO2 varie en pourcentage (Figure 1-3). En outre, l’augmentation de ce rapport permet de réduire la taille du moteur thermique sans perdre la performance satisfaisante du véhicule et même dans certains cas cette performance peut être améliorée. La Figure 1-3 représente les différents niveaux d’hybridation en montrant les fonctionnalités additionnelles offertes pour chaque pas vers la hausse dans l’escalier d’hybridation. De plus, en montant cet escalier, un volume plus grand de batteries est nécessaire et des modifications majeures dans le véhicule deviennent indispensables. Par conséquent, le coût final du système augmente en induisant des difficultés pour la commercialisation. d’hybridation est choisie pour être intégrée dans un véhicule. Premièrement, des difficultés technologiques liées aux systèmes embarqués peuvent apparaître, car cela demande plus de puissance dans un espace et un poids qui sont limités. Ensuite, intégrer une machine électrique avec une puissance plus élevée dans un véhicule implique certains obstacles industriels. Les différentes formes de ces deux types de défis et leurs solutions proposées sont illustrées dans la suite de ce paragraphe.

Les contraintes imposées sur le volume de la machine électrique intégrée varient selon le niveau d’hybridation du système. En outre, et contrairement à ce que l’on pense, il y a plus de contraintes volumiques imposées sur les machines électriques qui appartiennent au système d’hybridation moyenne que sur les machines dans un système Full-Hybrid ou électrique. La raison en est simple. Le but d’un système d’hybridation moyenne est d’éviter toutes modifications majeures dans le véhicule, autrement dit, la machine électrique doit être intégrée dans l’espace déjà disponible en remplaçant certains composants dont leur fonctionnalité est compensée par la machine (démarreur, alternateur). Cette limitation spatiale peut concerner le diamètre ou la longueur de la machine selon l’architecture du système. Dans une machine électrique à flux radial, un diamètre externe représente une limite pour la surface disponible d’encoches. En effet, ce diamètre avec celui du rotor décide de la hauteur du stator où se trouvent ces encoches et par conséquent il décide de la densité surfacique de courant injecté comme il est montré dans la Figure 1-4 et le Tableau 1-1.