Contribution au dimensionnement électromagnétique d'une machine synchrone autopilotée à aimants insérés

Abstract

Le coût relativement élevé des aimants modernes incite à en minimiser la taille tout en conservant des performances acceptables pour la machine. D'autre part, la machine doit être adaptée à son alimentation. Dans cette optique, nous avons développé des modèles d'étude permettant de déterminer l'influence des paramètres géométriques d'un moteur synchrone autopiloté à aimants insérés dans l'armature rotorique (le cas limite d'un rotor lisse ainsi que le couple de détente sont également étudiés). Les méthodes proposées constituent une contribution à la définition des paramètres optimaux. Dans le premier chapitre, nous exposons les caractéristiques générales des matériaux pour aimants, rencontrés dans la construction de machines électriques. Un classement de différentes structures de machines synchrones à aimants est donné. Au deuxième chapitre, nous présentons la structure de la machine synchrone à aimants insérés étudiée. Nous exposons également le choix de l'alimentation pour un mode de fonctionnement autopiloté. Dans le troisième, nous avons développé trois modèles d'étude et appliqué deux méthodes afin de déterminer la solution du potentiel vecteur crée par les aimants et par les courants. Dans un premier modèle, en admettant que l'armature statorique est lisse, nous avons développé des solutions analytiques pour déterminer le potentiel vecteur dû aux aimants et aux courants dans le cas d'un rotor lisse. Ces solutions analytiques du potentiel vecteur dans un entrefer lisse seront utilisées dans les méthodes liées aux modèles avec aimants insérés que ce soit pour un stator lisse ou pour un stator encoché. Au niveau du deuxième modèle (cas d'un stator et d'un rotor denté), nous avons développé une méthode analytique comme nous avons envisagé une autre solution pour déterminer le potentiel vecteur. Nous avons ainsi modifié par une méthode des équations intégrales de frontière, la solution analytique correspondant aux aimants et aux courants dans un entrefer lisse (premier modèle). Dans un dernier modèle, nous avons pris en considération la présence des encoches statoriques dans le cas où les aimants sont insérés. Nous avons également appliqué la méthode semi-numérique ci-dessus. Le quatrième chapitre est une application des solutions précédentes. Nous commençons par appliquer une méthode analytique qui permet le dimensionnement géométrique préalable de la machine synchrone autopilotée à aimants insérés et stator lisse. Pour ce même modèle, nous exploitons également la méthode, où la solution analytique correspondant aux aimants et aux courants dans un entrefer lisse (premier modèle), est modifiée par une méthode des équations intégrales de frontières. Toutefois, afin d'évaluer et d'agir sur le couple de détente par action sur les paramètres géométriques de la machine, il est impératif de considérer un stator encoché (troisième modèle). Nous avons donc considéré ce dernier cas. Dans le dernier chapitre, nous effectuons une comparaison entre quelques résultats issus des calculs effectués à l'aide des méthodes que nous avons mises au point et ceux déterminés à partir de codes classiques de calcul du champ (DIFIMEDI, FLUX 2D).