Choix de la topologie de la MFA-SAP

Ici, notre but est de choisir le nombre d’entrefers, c'est-à-dire, de disques (rotors, stators) de la MFA-SAP et leur agencement respectif dans l’espace. Les différentes topologies de MFA-MFA-SAP ont déjà été décrites dans le chapitre 1. Nous allons présenter le cheminement qui nous a permis de converger vers la topologie de MFA-SAP que nous avons retenue.

Premièrement, les structures à entrefer simple de type 1 stator / 1 rotor sont éliminées au profit des structures à entrefers multiples car l’objectif est d’avoir une structure mécaniquement équilibrée où les efforts axiaux en fonctionnement se compensent. De plus, une structure à entrefer multiple nous permet d’utiliser une plus grande surface de conversion électromécanique que la structure à entrefer simple et, donc, d’espérer satisfaire les performances requises par le cahier des charges.

Toutefois, l’encombrement axial réduit imposé par le cahier des charges et l’obligation de travailler avec des disques en fer d’épaisseur significative proscrit les structures multidisques à plus que deux entrefers.

Le choix effectué parmi les structures symétriques à deux entrefers est déterminé par la nécessité de placer une chambre à eau au plus proche des sources chaudes de la machine que sont les bobines statoriques et de centraliser au maximum la connectique électrique et hydraulique.

Ainsi, nous nous orientons finalement vers une structure à deux stators et deux rotors externes munie d’une boîte à eau¹² centrale séparant les deux disques statoriques (cf. Figure 24). Ce choix permet de minimiser le volume de câbles électriques et de tuyauterie nécessaire pour le refroidissement.

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Nous parlerons dans la suite de boîte ou d’échangeur à eau par commodité. En réalité, le liquide de refroidissement est un mélange d’eau et d’éthylène glycol.

Figure 24. Schéma de la structure de la MFA

En comparaison avec la MFA à 1 stator et 2 rotors (TORUS) de type NS ou NN, cette topologie permet un refroidissement aisé des bobines par eau ainsi qu’un assemblage qui ne sera pas plus difficile que pour la TORUS sans bo

comme deux machines 1 stator / 1 rotor, chacune couplées mécaniquement sur le même arbre et dont les efforts axiaux s’annulent. Elles sont découplées magnétique

amagnétique lié à la chambre à eau.

La topologie de la MFA étant connue, à ce stade de l’étude, il est maintenant possible de réinterpréter les contraintes dimensionnelles globales du cahier des charges pour en déduire les co

dimensionnelles dites « parties actives

et enveloppe mécanique), les jeux mécaniques, le boîtier interconnectique, l’arbre, les têtes de bobine et la boîte à eau. La localisation de

début de cette phase de dimensionnement sont illustrées dans le

l’épaisseur du carter (B 3 CC) sera retranchée dans les directions radiale et axiale de l’encombrem global de la machine.

. Schéma de la structure de la MFA-SAP à 2 stators et 2 rotors incluant la bo centrale.

En comparaison avec la MFA à 1 stator et 2 rotors (TORUS) de type NS ou NN, cette topologie permet un refroidissement aisé des bobines par eau ainsi qu’un assemblage qui ne sera pas plus e que pour la TORUS sans boîte à eau. D’un point de vue structurel, cette machine peut être vue comme deux machines 1 stator / 1 rotor, chacune couplées mécaniquement sur le même arbre et dont les efforts axiaux s’annulent. Elles sont découplées magnétiquement du fait du volume central amagnétique lié à la chambre à eau.

La topologie de la MFA étant connue, à ce stade de l’étude, il est maintenant possible de réinterpréter les contraintes dimensionnelles globales du cahier des charges pour en déduire les co

parties actives ». Les éléments considérés sont le carter en aluminium (support et enveloppe mécanique), les jeux mécaniques, le boîtier interconnectique, l’arbre, les têtes de bobine te à eau. La localisation de ces éléments ainsi que leurs dimensions maximales estimées en début de cette phase de dimensionnement sont illustrées dans le Tableau 7. A titre d’exemple,

sera retranchée dans les directions radiale et axiale de l’encombrem

46 AP à 2 stators et 2 rotors incluant la boîte à eau

En comparaison avec la MFA à 1 stator et 2 rotors (TORUS) de type NS ou NN, cette topologie permet un refroidissement aisé des bobines par eau ainsi qu’un assemblage qui ne sera pas plus te à eau. D’un point de vue structurel, cette machine peut être vue comme deux machines 1 stator / 1 rotor, chacune couplées mécaniquement sur le même arbre et dont ment du fait du volume central

La topologie de la MFA étant connue, à ce stade de l’étude, il est maintenant possible de réinterpréter les contraintes dimensionnelles globales du cahier des charges pour en déduire les contraintes ». Les éléments considérés sont le carter en aluminium (support et enveloppe mécanique), les jeux mécaniques, le boîtier interconnectique, l’arbre, les têtes de bobine ces éléments ainsi que leurs dimensions maximales estimées en . A titre d’exemple, sera retranchée dans les directions radiale et axiale de l’encombrement

47 Tableau 7. Eléments non actifs, leur localisation et leurs dimensions maximales estimées

Eléments non actifs et localisation Nom de variable et sa valeur

Carter

Direction axiale :

Epaisseur entre culasse stator et eau

Epaisseur au niveau des couvercles (flasques frontales) Direction radiale :

Epaisseur au niveau du diamètre extérieur

D0B 3 CC

Jeux

Direction radiale :

Aux diamètres extérieurs :

Jeu au niveau du rotor entre disque rotor et carter

Jeu au niveau des dents stator entre interconnexions et carter

Aux diamètres intérieurs :

Jeu au niveau des dents stator entre têtes de bobine et arbre

Direction axiale :

Jeu aux extrémités axiales

D1 B 3 CC

Interconnexions Direction radiale : Au diamètre extérieur :

Boitier entre les têtes de bobine et le carter

DE B 10 CC

Têtes de bobine Direction radiale :

Au niveau des dents stator Au diamètre intérieur Au diamètre extérieur

DFB 8 CC

Arbre

Diamètre d’arbre minimum H B 40 CC

Boîte à eau Direction axiale : Entre les deux machines

Hauteur d’eau seule :

ℎK B 4 CC

Hauteur totale de la boîte à eau (avec les deux épaisseurs de carter):

Figure 25. Schéma de la structure illustrant les dimensions des é

Il est ensuite possible de déduire les nouvelles contraintes dimensionnelles pour les parties actives. Ces nouvelles contraintes dimensionnelles sont présentées dans le

Tableau 8. Contraintes dimensionnelles « Diamètre extérieur maximal pour

disque/culasse stator disque rotor

Diamètre extérieur maximal pour têtes de bobine au stator

Diamètre extérieur maximal pour les dents stator Diamètre intérieur minimal pour les têtes de bobine Diamètre intérieur minimal pour les dents stator Longueur axiale maximale pour une machine Longueur axiale utile maximale

(longueur axiale pour une machine mult. par 2)

Il est à noter que les dimensions des éléments non actifs décrites dans le

celles qui ont été considérées pour le dimensionnement de la MFR annulaire cible. Par conséquent, nous pouvons une nouvelle fois comparer les deux cahiers des charges en termes de contraintes résultantes pour les « parties actives

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Pour les Tableau 8 et Tableau 9, le diamètre

. Schéma de la structure illustrant les dimensions des éléments annexes listées dans le Tableau 7.

Il est ensuite possible de déduire les nouvelles contraintes dimensionnelles pour les parties actives. Ces nouvelles contraintes dimensionnelles sont présentées dans le Tableau 8.

. Contraintes dimensionnelles « parties actives ». Diamètre extérieur maximal pour :

HK F,M+, =

Diamètre extérieur maximal pour têtes de bobine au HK F,FL, = 0

Diamètre extérieur maximal pour les dents stator HK F,NM, = 0

Diamètre intérieur minimal pour les têtes de bobine HEOF,FL, EO= 0

Diamètre intérieur minimal pour les dents stator HEOF,NM, EO= 0

pour une machine P , = 0,11

maximale de machine totale

(longueur axiale pour une machine mult. par 2) P ,FQF, = 0

Il est à noter que les dimensions des éléments non actifs décrites dans le Tableau 7

celles qui ont été considérées pour le dimensionnement de la MFR annulaire cible. Par conséquent, nous pouvons une nouvelle fois comparer les deux cahiers des charges en termes de contraintes

parties actives » (cf. Tableau 9).

, le diamètre HK F,M+, est pris comme valeur de référence.

48 léments annexes listées dans le

Il est ensuite possible de déduire les nouvelles contraintes dimensionnelles pour les parties actives.

1 p. u.13 0,92 p. u. 0,86 p. u. 0,18 p. u. 0,25 p. u. 11 p. u. 0,22 p. u.

Tableau 7 sont les mêmes que celles qui ont été considérées pour le dimensionnement de la MFR annulaire cible. Par conséquent, nous pouvons une nouvelle fois comparer les deux cahiers des charges en termes de contraintes

49 Tableau 9. Comparatif des contraintes dimensionnelles « parties actives » significatives pour la MFR

dite « cible » et la MFA de l’étude.

MFR « cible » MFA-SAP

Diamètre fer 1,02 p.u.

(diamètre stack de tôles de fer)

0,86 p.u (diam. ext. dents stator) Longueur axiale 0,25 p.u. (longueur stack de

tôles de fer)

0,22 p.u. (longueur axiale utile cumulée)

Rapport L/D « parties actives » 0,25 0,25 Volume des « parties actives »¹⁴ 3,2 L 1,9 L