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Etude de familles de rotors à aimants enterrés adéquates pour un bobinage concentré autour des dents
Pour une structure statorique donnée, la structure rotorique influence directement la performance d’une machine électrique en imposant un certain champ magnétique dans l’entrefer. Le contenu harmonique de ce champ après filtrage par le bobinage statorique détermine la quantité et la qualité du couple produit. En outre, comme la configuration des aimants rotoriques impose, si on néglige les effets de dentures statoriques, la réluctance magnétique dans la machine, la plage de fonctionnement fournie est forcément liée à la topologie du rotor. Par ailleurs, ce même bobinage statorique crée, lorsqu’il est parcouru par des courants, un champ magnétique dont le riche contenu spectral, particulièrement dans le cas des bobinages concentrés autour de dents, a un effet nocif sur les aimants s’ils ne sont pas protégés. Tous ces aspects seront traités dans ce chapitre afin de favoriser certaines topologies rotoriques pour le domaine automobile. De plus, ce chapitre contient le calcul et les mesures relatifs au prototype fabriqué afin de valider une des topologies considérée intéressante tant au niveau du bobinage statorique qu’au niveau de la structure à aimants du rotor. Afin de sélectionner des familles de rotors adéquates pour les applications en automobile, différentes combinaisons Encoches/Pôles devront être considérées. Cela sera le but du paragraphe suivant qui suit le chapitre 2 en favorisant certaines combinaisons pour l’application en véhicules hybrides ou électriques.
Choix de combinaisons Encoches/Pôles intéressantes pour applications automobile
Ce paragraphe se base sur l’étude faite dans le chapitre précédent afin de favoriser certaines configurations destinées à être utilisées en automobile. Ainsi, une comparaison globale entre les différentes combinaisons Encoches/Pôles fournies avec des bobinages concentrés est effectuée en considérant les critères qui concernent cette application. L’automobile est une des applications les plus critiques pour les machines électriques, car certaines fonctionnalités extrêmes sont demandées à la machine en respectant une géométrie limitée en termes de dimensions mais aussi différentes contraintes imposées au niveau thermique, mécanique, et électrique. Un rapport Couple /Volume élevé est un des avantages désirés pour la traction dans les voitures Full-Hybrid [14] et même pour assurer la fonctionnalité « Boost » dans le cas du système Mild-Hybrid [17]. En reprenant l’étude faite dans le chapitre 2, seulement les trois familles de combinaisons colorées et classées utiles dans le paragraphe 2.1.3 sont prises en compte dans cette comparaison. Le Tableau 3-1 permet d’effectuer la comparaison entre ces combinaisons polyphasées en tenant compte des trois critères présentés dans le chapitre 2 :
Même s‘ils n’interviennent pas dans la fonctionnalité première de conversion d’énergie, les critères I et II sont de première importance en automobile, car les machines avec un niveau élevé de pertes dans les aimants, fonctionnent avec un risque considérable de démagnétisation même en vitesse moyenne. De la même façon, une configuration où se trouve le mode 1 de vibration doit être rejetée, parce qu’elle représente une structure qui n’est pas mécaniquement équilibrée, ce qui provoque de graves problèmes au niveau mécanique en plus du bruit d’origine magnétique élevé. Par contre, le troisième critère peut être considéré comme plus secondaire. Suite à ces remarques, toutes les combinaisons dans le Tableau 3-1 qui ont la marque C par rapport à un de ces deux premiers critères qualifiés de principaux, sont exclues de la comparaison par une couleur rouge. Inversement, les combinaisons intéressantes qui ont la marque A pour les deux critères principaux sont ombrées en vert afin de les déclarer comme des candidates potentielles pour les applications en automobile.
En observant le Tableau 3-1 on trouve que la prise en considération des structures à plus de 3 phases permet de créer beaucoup plus de combinaisons convenables pour l’automobile. Le groupe de configurations 5-phases contient la majorité des combinaisons favorites (vertes), ce qui promeut les avantages présentés dans le paragraphe 1.2.1 concernant le choix d’une structure 5-phases. De plus, la combinaison 20/14 5-phases à double couche semble être la seule configuration qui réalise A pour les trois critères examinés. Cependant, ce résultat est correct en supposant un nombre de pôle maximal égal à 18 pour toutes les combinaisons étudiées. Cette hypothèse est généralement adoptée dans les applications de voitures hybrides ou FULL-ELECTRIC, afin de réduire les contraintes de contrôle liées à la fréquence maximale de courant injecté en grand vitesse, sans avoir besoin d’ajouter une boîte de vitesses. Les configurations 7-phases peuvent également donner plus des combinaisons favorites (vertes) en augmentant le nombre de pôles.
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