Conception et optimisation d'actionneurs électromécaniques pour l'obtention d'une inertie variable
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Abstract EN:
Within the framework of the efforts made to reduce the CO2 emission of motor vehicles, this paper presents the conception of a flywheel with a variable inertia. Usually, the flywheel is an inertia standing on the crankshaft of the engine of a vehicle. Its function in the cinematic chain is to filter the speed of the engine because the torque which is generated is very irregular due to the phases of compression and combustion. The principle of the variation of inertia would consist in decreasing a part of the inertia of the flywheel during the phases acceleration of the vehicle. The engine having less inertia to put in rotation, a significant energy saving could be realized. The solution of variable inertia flywheel studied involves two wheels, one called « steady » permanently bound to the crankshaft, which then represents the constant part of the inertia, and the other one called « mobile » that can be connected to and disconnected from the crankshaft which then represents the variable part of the inertia. Two solutions to realize the mechanical binding are presented, capable of keeping the flywheel connected in rotation in spite of the importance of the instant torque : the first one consists in clutching the mobile wheel in the steady one by means of a friction lining, the second uses a dog clutch, which is a mechanical locking realized with a set of teeth. For the clutching of the wheels, a reluctant separation actuator made of coils and a binding actuator made of magnets are analytically modelled with reluctance circuits, then experimentally validated and optimized. For the movement of the dog clutch, a linear electromagnetic actuator is sized and experimentally validated.
Abstract FR:
Dans le cadre des efforts effectués pour la réduction des émissions de CO2 des véhicules automobiles, ce travail présente la conception d'un volant moteur à inertie variable. Initialement, le volant moteur est une inertie située sur le vilebrequin du moteur d'un véhicule. Son rôle dans la chaîne cinématique consiste à filtrer la vitesse du moteur car le couple qu'il génère est très irrégulier dû aux phases de compressions et de combustions. Le principe de variation d'inertie consisterait alors à désolidariser une partie de l'inertie du volant lors des phases d'accélération du véhicule. Le moteur ayant une inertie en moins à mettre en rotation, une économie d'énergie significative pourrait être réalisée. La solution de volant à inertie variable étudiée de deux volants, l'un dit « fixe » complètement solidaire du vilebrequin qui représente alors la partie constante de l'inertie, l'autre « dit mobile » connectable et déconnectable du vilebrequin qui représente alors la partie variable de l'inertie. Deux solutions d'accrochage mécaniques sont présentées, capable de solidariser les volants en rotation malgré l'importance du couple instantané : la première consiste à embrayer le volant mobile sur le volant fixe à l'aide d'une garniture de friction, la seconde utilise un crabot, soit un verrouillage mécanique réalisé avec des dentures. Pour l'embrayage des volants, un actionneur de séparation réluctant à bobinage et un actionneur de plaquage réluctant à aimants sont modélisés analytiquement par des circuits aux reluctances, validés expérimentalement et optimisés. Pour le déplacement du crabot, un actionneur électromagnétique linéaire est dimensionné et validé expérimentalement.