Thèse Modélisation Dynamique et Estimation Temps Réel des Ondulations de Couple pour les Machines Synchrones à Réluctance Variable H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : INSA Lyon
École doctorale : EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon
Laboratoire de recherche : Laboratoire Ampère
Direction de la thèse : Romain DELPOUX ORCID 0000000162060381
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59

Cette thèse porte sur la modélisation dynamique et l'estimation temps réel des ondulations de couple pour les machines synchrones à réluctance variable (SynRel). Les machines SynRel sont des alternatives prometteuses aux machines à aimants permanents car elles ne nécessitent pas de terres rares, mais elles souffrent d'ondulations de couple causant bruit et vibrations.
L'objectif est de développer des modèles dynamiques qui capturent précisément ces ondulations en tenant compte des non-linéarités magnétiques et saturations croisées. La méthodologie consiste à établir un pont entre les modèles par éléments finis (FEA) très précis mais trop complexes et des modèles simplifiés exploitables en temps réel pour la commande.
Des estimateurs temps réel seront conçus pour prédire les ondulations sans capteur de couple coûteux. L'approche sera validée expérimentalement sur un banc d'essai du laboratoire Ampère. Les modèles développés permettront d'implémenter des stratégies de commande avancée pour minimiser les ondulations de couple.
Cette recherche combine automatique, génie électrique et validation expérimentale.

Les machines synchrones à réluctance variable (SynRel) sont de plus en plus considérées comme des alternatives compétitives aux machines à aimants permanents et aux machines à induction en raison de leur conception robuste et du fait qu'elles ne dépendent pas de matériaux de terres rares [1]. Leur structure de rotor anisotrope produit du couple exclusivement par des effets de réluctance. Cependant, l'interaction entre l'anisotropie du rotor et la force magnétomotrice du stator conduit à des ondulations de couple, entraînant du bruit acoustique et des vibrations [2]. La minimisation des ondulations de couple (TRM - Torque Ripple Minimization) [3,4,5,6] peut être abordée par des méthodes basées sur la conception (optimisation du rotor [8]) ou par la commande (injection d'harmoniques de courant [7,9]). Les approches par commande reposent soit sur des mesures directes de couple (capteurs coûteux et de bande passante limitée [10]), soit sur des modèles prédictifs, généralement issus de simulations par éléments finis (FEA) [3]. La modélisation des machines SynRel présente des défis particuliers en raison des fortes non-linéarités magnétiques et des saturations croisées entre les axes d et q [11,12]. Les modèles traditionnels en dq ne capturent pas toujours avec précision les harmoniques de couple liées à la position du rotor. Des approches récentes ont proposé des modèles dq incluant cette dépendance [13,14], permettant une meilleure représentation des ondulations de couple, mais leur identification expérimentale reste complexe et coûteuse [15,16]. Cette thèse vise à développer des modèles dynamiques exploitables en temps réel pour la commande, établissant un pont entre la précision des modèles FEA et l'efficacité calculatoire requise pour l'embarqué.

L'objectif principal de cette thèse est de développer une méthodologie complète pour la modélisation dynamique des flux et du couple dans les machines synchrones à réluctance variable, en établissant un pont entre les modèles par éléments finis (FEA) et les modèles de simulation dynamique utilisables en commande temps réel. Plus spécifiquement, les objectifs sont :

1. Développer des modèles dynamiques de flux et de couple capables de capturer avec précision les ondulations de couple, en tenant compte des non-linéarités magnétiques, des saturations (directes et croisées), et du crantage (cogging torque).

2. Établir une méthodologie permettant de passer des modèles FEA détaillés à des modèles de complexité réduite exploitables en temps réel pour la commande et l'observation.

3. Concevoir des estimateurs temps réel des ondulations de couple basés sur les modèles développés, sans nécessiter de capteur de couple coûteux.

4. Valider expérimentalement les modèles et estimateurs développés sur un banc d'essai dédié du laboratoire, équipé de capteurs (courants, position, couple) et de systèmes d'acquisition avancés.

5. Évaluer l'intérêt des modèles développés pour des stratégies de commande avancée visant à minimiser les ondulations de couple.