Modélisation des machines synchrones à aimants permanents avec rotor externe non magnétique

Abstract

Sous des hypothèses simplificatrices concordantes avec l’objectif visé, on a développé un modèle d'étude bidimensionnel, basés sur la résolution analytique des équations de Maxwell en utilisant la formulation en potentiel scalaire pour calculer les champs magnétiques dus aux aimants et aux courants pour différentes structures de machine, que ce soit à rotors interne où externe afin de sélectionner les structures les plus performantes. Un calcul numérique des machines synchrones à aimants en utilisant un logiciel de calcul basé sur les éléments finis spécialement dédié aux machines électriques. On a effectué une comparaison des résultats obtenus à partir du modèle analytique développé avec ceux issus de la méthode des éléments finis. On a montré ainsi, une technique dite « transformation conforme ». Celle-ci permet de calculer les grandeurs électromagnétiques de la machine dans le cas d’un stator encoché. Notre manuscrit s'articule autour de quatre chapitres. Le premier chapitre porte sur une étude générale des machines synchrones à aimants permanents conçues avec différentes structures d’inducteurs. Les différents types de matériaux pour aimant disponibles et utilisés dans la fabrication des inducteurs des machines à aimants sont présentés. On rappelle aussi les avantages de la machine excitée par des aimants par rapport au cas d’une excitation classique. Au deuxième chapitre, sous des hypothèses simplificatrices concordantes avec l’objectif visé, on développe un modèle d'étude bidimensionnel, basés sur la résolution analytique des équations de Maxwell et utilisant la formulation en potentiel scalaire pour calculer les champs magnétiques dus aux aimants et aux courants pour différentes structures de machine en considérant le stator lisse, que ce soit à rotors interne où externe afin de sélectionner les structures les plus performantes. Les calculs sont effectués sous des critères mécaniques et thermiques fixés. Le troisième chapitre est consacré au calcul des machines synchrones à aimants en utilisant un logiciel de calcul basé sur les éléments finis spécialement dédié aux machines électriques. Nous effectuons une comparaison des résultats obtenus à partir du modèle analytique développé au chapitre précédent avec ceux issus de la méthode des éléments finis. Afin de tenir compte de la structure réelle de la machine, le logiciel est exploité pour analyser l’état de saturation des structures envisagées. Le dernier chapitre (le quatrième) est consacré à la considération de la géométrie réelle. La modélisation est effectuée en utilisant une technique dite « transformation conforme ». Celle-ci permet de calculer les grandeurs électromagnétiques de la machine dans le cas d’un stator encoché. La dernière partie de ce chapitre consiste minimiser les ondulations du couple par différentes solutions.