Conception des structures rotoriques à aimants permanents enterrés à double polarité

Conception des structures rotoriques à aimants permanents enterrés à double polarité

la conception d’une machine à double polarité avec le bobinage 20/8 passe forcément par l’adaptation de la structure rotorique de la machine avec ce bobinage choisi. Dans le chapitre précédent, on a pu concevoir une structure rotorique à aimants déposés en surface satisfaisant le cahier des charges de la fonctionnalité double polarité. Or, l’analyse effectuée dans le chapitre précèdent montre des inconvénients concernant la topolo- gie des aimants à aimants déposés. La première, c’est la plage de vitesse limitée de cette machine et la faible capacité de défluxage suite à une réaction d’induit relativement faible. Même si la machine est capable de fonctionner à des vitesses élevées, la problématique des pertes dans les aimants reste un obstacle majeur, surtout que dans cette machine on injecte également de l’harmonique du rang 3. Par conséquent, il semble intéressant de concevoir une machine à double polarité avec les autres topologies rotoriques à aimants permanents: aimants enterrés tangentiellement, aimants enterrés en V et aimants enterrés radialement.L’introduction de couple réluctant dans la machine présente un impact positif sur la plage de fonc- tionnement de la machine. En effet, l’enterrement des aimants permet d’augmenter l’effet réluctant selon l’axe d notamment, ce qui permet d’assurer un défluxage plus efficace de la machine. En d’autres termes, le courant nécessaire pour défluxer les aimants à haute vitesse est moins important, ce qui ré- duit les contraintes thermiques sur la machine.

En plus, L’enterrement des aimants permet de protéger les aimants d’être exposés directement au flux statorique, ce qui permet d’assurer une protection supplémentaire de ces aimants par rapport à la machine à aimants déposés en surface. Ces derniers souffrent également du problème de tenue mécanique à haute vitesse.Même dans la famille des aimants enterrés, il existe une différence importante au niveau des per- formances selon le mode d’enterrement des aimants dans le rotor. La figure 3.1 présente les trois topologies des machines à aimants enterrés définies : aimants enterrés tangentiels, aimants enterrés radialement et aimants enterrés en V . Le tableau 3.1 présente une brève comparaison entre les trois La machine avec des aimants enterrés radialement présente parmi les topologies proposées, l’effet de concentration de flux le plus élevé. Cet effet de concentration de flux permet d’accroitre le flux capté par les bobines. Par conséquent, le courant injecté dans la machine est moins important pour un couple donné que les autres topologies. Cependant, la machine à aimants enterrés radialement possède une faible valeur de L et ceci en choisissant un bobinage adéquat. L’étude effectuée dans la partie 2.2.4.2 concernant le bobinage 20/8 montre sa capacité à fonctionner pour une large plage de vitesse, en assurant une réaction d’induit élevée pour les deux machines fictives.

Adaptation de la géométrie rotorique pour assurer la fonctionnalité de double polarité

Par analogie avec la structure rotorique d’une machine à double polarité à aimants déposés, la structure rotorique de la machine à aimants enterrés doit assurer une fonction d’aimantation semblable à celle de la machine à double polarité à aimants déposés à aimantation radiale présentée dans le chapitre II. La solution pour la machine à aimants déposés consiste à introduire des lacunes inter-polaires et sé- parer chaque pôle en deux aimants distincts. Cette démarche permet la modification de la distribution harmonique du flux rotorique croisant l’entrefer et capté par les bobines d’une phase. La conséquence de cette redistribution est une satisfaction de la fonctionnalité de double polarité en obtenant les deux harmoniques de la force électromotrice du rang 1 et 3 de même amplitude. Le même principe sera donc appliqué pour la machine à aimants enterrés. Bien que l’enterrement des aimants présente de nombreux avantages, le rotor classique à aimants enterrés radialement ne permet pas d’obtenir une machine à double polarité. La figure 3.3 montre la force électromotrice d’une machine avec le bobinage 20/8 comportant la structure rotorique classique, calculée par éléments finis. La capacité à produire du couple de la machine secondaire est bien in- férieure à celle de la machine principale. C’est la distribution de flux entre les deux harmoniques 1 et 3 qui ne permet pas d’assurer le maximum de compacité avec le bobinage 20/8. En effet, le bobinage 20/8 possède relativement un faible facteur de bobinage de l’harmonique 1 (0.588) contre (0.951) pour l’harmonique 3 , il faut donc, afin d’améliorer la capacité à modifier la distribution de flux entre les deux harmoniques 1 et 3 d’une façon équivalente à celle des facteurs de bobinage. Dans ce sens, la nouvelle structure permet d’avoir, en plus de la double polarité, un maximum de compacité.