État de l’art sur les machines électriques

État de l’art et choix de la machine

Afin de pouvoir sélectionner la meilleure machine répondant aux besoins de notre application, un état de l’art sur les machines électriques destinées aux applications VE ou VEH est effectué dans ce chapitre. Les avantages et les inconvénients de chaque machine sont identifiés afin de pouvoir sélectionner la topologie la plus adéquate et répondant aux différentes exigences de notre application. La motorisation électrique des véhicules est devenue depuis plusieurs décennies, un axe de recherche à part entière. Ainsi, différents travaux ont été effectués afin de sélectionner des machines électriques pouvant répondre aux besoins spécifiques de la traction automobile. En effet, les moteurs électriques destinés au VE et VEH doivent répondre à de multiples exigences [11]-[12] : À travers un état de l’art sur les machines électriques, on peut constater qu’il existe des machines particulières qui répondent aux exigences de la traction automobile. Ainsi, en analysant [11]-[16] et leurs références, trois principales familles de machines électriques sont candidates aux applications de traction automobile : i) les machines synchrones à aimants permanents, ii) les machines asynchrones et iii) les machines à réluctances variables. L’avantage principal des MSAPs est leur rendement élevé dû à l’absence de bobinage rotorique, et par conséquent, la réduction des pertes Joule de la machine. De plus, les APs présentent une forte densité d’énergie permettant à ce type de machines de fournir des couples et puissances élevés avec un volume et une masse des parties actives réduits. Ceci amène à de fortes densités massiques et volumiques de couple et de puissance.

Par ailleurs, l’inconvénient majeur de ce type de machines est lié aux APs. En effet, le flux d’excitation créé par les aimants reste relativement constant sur toute la plage de fonctionnement de la machine, ce qui implique une commande spéciale de l’onduleur afin de réduire ce flux lors du fonctionnement à haute vitesse. Ceci limite le fonctionnement à puissance constante sur une large plage de vitesse. Cette opération s’appelle « défluxage ». Elle sera abordée d’une manière détaillée par la suite. Aussi, les APs à base de terres-rares, tels que les NdFeB, SmCo, qui sont utilisés pour les machines à hautes performances, sont sensibles à l’augmentation de température (diminution de l’induction rémanente) et peuvent se démagnétiser partiellement ou totalement si la température de Curie est atteinte. Ils sont le siège de pertes causées par la circulation des courants de Foucault (pertes par courant de Foucault), ce qui augmente leur température. Ce point sera abordé en détail dans les prochains chapitres.

Cette machine est très largement étudiée et utilisée pour différentes applications et cela pour les avantages qu’elle présente. En effet, sa simplicité, son faible coût et sa large plage de vitesse font d’elle une candidate intéressante pour les applications de traction automobile. Néanmoins, elle présente des inconvénients rédhibitoires pour ce type d’application. En effet, son rendement et son facteur de puissance sont moins élevé que celui des MSAPs, induisant un surdimensionnement de la batterie et de l’onduleur. La densité de couple et de puissance sont également faibles. Toutefois, la machine asynchrone demeure la machine la plus utilisée aux côtés de la MSAP pour des applications de traction/propulsion automobile.