Pré-Requis

Diverses versions de l’algorithme d’optimisation IBBA existant déjà en Fortran 90, nous avons aussi choisi ce langage pour assurer une meilleure inter-opérabilité. Il sera compilé par l’intermédiaire des compilateurs ifort (Intel) ou G95 (open source) [G95].

De plus, quelques années auparavant le laboratoire avait collaboré avec le GRUCAD (Groupe de Conception et d’Analyse des Dispositifs Électromagnétiques) de l’Université Fédérale de Santa Catarina au Brésil. Cette collaboration portait en partie sur le développement d’EF- CAD [Bas03], un logiciel de calcul de champs électromagnétiques par éléments finis en 2D. Nous possédions donc une petite bibliothèque de routines pré-existantes et surtout d’outils de vi- sualisation (écrit en Fortran 77) modifiés et améliorés lors des thèses de J.-F. Charpentier [Cha96] et G. Manot [Man02]. Utiliser des formats de fichiers comparables à ceux du logiciel fut alors très utile afin de bénéficier de ces acquis.

3.2.2 Paramétrage

Avant de commencer toute phase de programmation, il est nécessaire de bien définir le comportement de notre application ainsi que ses entrées/sorties. La première étape consiste donc à trouver un jeu de paramètres permettant de décrire le plus grand nombre de machines tout en restant suffisamment restreint.

Ceux-ci seront de trois natures distinctes, on les qualifiera par la suite de :

Structurels : auxquels correspondent les grandeurs caractéristiques de la structure (type de mo- teur, nombre de paires de pôles,...).

Géométriques : qui, comme leur nom l’indique, sont rattachés à toutes les grandeurs géomé- triques (épaisseur d’entrefer, profondeur des encoches,...).

Physiques : définissant les grandeurs telles que les propriétés des matériaux, les valeurs des densités de courant, etc...

3.2. Le Logiciel EfMachElec : Partie Préprocesseur 65

3.2.2.1 Paramètres Structurels

Ils vont fournir la forme générale de la machine à générer. Ils peuvent être de type entier, boo- léen, ou de catégorie (c’est-à-dire des numéros). Ci-après est donnée la liste des onze paramètres que nous avons choisi de retenir.

Ils sont définis pour : • la machine entière :

– TYPMACH∈ {1, 2, ..., 4} : type de machine à générer. On peut obtenir une machine :

1. : asynchrone,

2. : synchrone à aimant permanent, 3. : synchrone à rotor bobiné, 4. : à réluctance variable.

– PAIRPOL∈ IN∗: nombre de paires de pôles,

– CONFROT ∈ {0, 1} : configuration rotorique, c’est un booléen qui vaut 0 pour une structure à rotor externe et 1 pour une à rotor interne.

• le stator :

– NBPHASS : nombre de phases∈ {1, 2, 3},

– NBENCPPS∈ IN∗: nombre d’encoches par pôle et par phase,

– TYPENCS ∈ {1} : type de forme de l’encoche (pour l’instant un seul type est im- planté),

– TYPBOBS∈ {1, 2} : type de bobinage qui nous permet de choisir entre : 1. : réparti à pas diamétral,

2. : concentré. • le rotor :

– NBPHASR∈ {1, 2, 3} : Nombre de phases,

– NBENCPPR∈ IN∗: Nombre d’encoches par pôle et par phase,

– TYPENCR ∈ {1} : type de forme de l’encoche (pour l’instant un seul type est im- planté),

– TYPBOBR∈ {1, 2} :

◦ dans le cas d’une machine à aimant, type d’aimantation : 1. : à aimantation radiale (à pôles lisses),

2. : à aimantation tangentielle (à concentration de flux). ◦ dans les autres cas, type de bobinage :

1. : réparti à pas diamétral, 2. : concentré.

Ce choix de paramètres, tout en restant relativement peu nombreux, nous permet de prendre en compte, par combinaison, un grand nombre de machines classiques. Des exemples de dessins de machines obtenues sont donnés dans le paragraphe suivant (cf. Fig 3.1) ainsi que dans la partie 3.2.3.

De plus l’avantage d’utiliser des variables de catégorie telles que TYPMACH ou TYPENCX (X = S ou R), est d’éviter de figer le paramétrage. En effet, si nous voulons prendre en compte un nouveau type de forme d’encoche statorique par exemple, il nous suffira de rajouter la ca- tégorie correspondante. TYPENCS appartiendra alors à l’ensemble∈ {1, 2} et tous les autres paramètres resteront inchangés.

3.2.2.2 Paramètres Géométriques

L’ensemble des paramètres géométriques nécessaire à définir la structure apparaît dans la table 3.1.

TAB. 3.1 – Listes des paramètres géométriques

Nom Unité Description

Communs

ENTRF mm Épaisseur d’entrefer

RALESS mm Rayon d’alésage

LMACH mm Longueur de la machine

Côté stator

EPCULS mm Épaisseur de la culasse

HENCS mm Hauteur d’encoche

HINCENCS mm Hauteur de la partie inclinée des encoches (cale) HGORGS mm Hauteur de la gorge d’encoche stator (bec)

LHENCS % Largeur angulaire du haut de l’encoche par rapport au pas dentaire LBENCS % Largeur angulaire du bas de l’encoche par rapport au pas dentaire LHGORGS % Largeur angulaire du haut de la gorge par rapport au pas dentaire LBGORGS % Largeur angulaire du bas de la gorge par rapport au pas dentaire

Côté rotor

EPCULR m Épaisseur de la culasse

HENCR mm Hauteur d’encoche ou Épaisseur d’aimant

HINCENCR mm Hauteur de la partie inclinée des encoches (cale) ou Enterrement aimant HGORGR mm Hauteur de la gorge d’encoche (bec) ou Épaisseur de frette

LHENCR % Largeur angulaire du haut de l’encoche par rapport au pas dentaire ou Largeur d’aimant par rapport au pas polaire

LBENCR % Largeur angulaire du bas de l’encoche par rapport au pas dentaire LHGORGR % Largeur angulaire du haut de la gorge par rapport au pas dentaire LBGORGR % Largeur angulaire du bas de la gorge par rapport au pas dentaire

3.2. Le Logiciel EfMachElec : Partie Préprocesseur 67 HGORGR HINCENCR HENCR EPCULR Pas d’encochage RALESS 3.1.1: Stator externe HGORGX HINCENCX HENCX EPCULX Pas d’encochage

3.1.2: Stator ou rotor bobiné interne HGORGR

HINCENCR

HENCR

EPCULR

LHENCR

3.1.3: Rotor interne à aimant

FIG. 3.1 – Exemples de géométries possibles en utilisant le jeu de paramètres proposés.

HGORGX HINCENCX HENCX LHENCX LBENCX LHGORGX LBGORGX

3.2.1: Type 1 3.2.2: Type 2 3.2.3: Type 3 3.2.4: Type 4 3.2.5: Type 5

FIG. 3.2 – Exemples de géométries d’encoches possibles en utilisant le jeu de paramètres pro- posés.

La nomenclature utilisée est essentiellement dérivée de la définition d’une encoche, ceci afin de rester au plus près de l’aspect « conception ». En effet dans la documentation constructeur [KiS07], les caractéristiques des différentes tôles constituant la partie ferromagnétique de la machine sont données par rapport aux encoches.

Tous les paramètres du tableau 3.1 sont représentés sur les figures Fig 3.1 et Fig. 3.2. On se rend ainsi compte sur la deuxième figure qu’il sera aisé par la suite d’ajouter différents types de géométries d’encoche. En effet, pour l’instant seul le type 1 (Fig. 3.2.1) est implanté, mais il suffira d’ajouter une catégorie à la variable TYPENCS ou TYPENCR pour utiliser un des autres types comme dit précédemment.

3.2.2.3 Paramètres Physiques

La dernière catégorie de paramètres nécessaire à la définition d’une de nos machines sont les paramètres dits « physiques ». En premier lieu interviennent les types des matériaux des diffé- rents composants de la machine considérée, à savoir (entre parenthèse sont donnés les matériaux retenus pour l’instant) :

– le type d’aimant (plasto-aimant ou NdFeB), – le type de matériau magnétique (tôles ou poudre), – le type de conducteur électrique (aluminium ou cuivre), – le matériau des cales d’encoches (aluminium),

– celui de la frette (aluminium).

Le paramètre TYPMAT permettant de les stocker est un vecteur d’entier de dimension 5. A chaque matériau correspond un numéro donnant sa position dans un fichier nommé efmat.dat. Ce fichier constitue en fait une base de données de matériau. Il est de même nature que celui dont se servait le logiciel de calcul de champ électromagnétique EFCAD [GRU03]. Comme pour l’instant nous n’effectuons que des calculs en magnétostatique, seules les perméa- bilités relatives µ_ret les vecteurs polarisations J nous intéressent.

Sont ensuite définis les paramètres définissant l’alimentation des bobines, c’est-à-dire ceux reliés aux courants. Nous n’en utiliserons que deux pour l’instant :

– DENSCOUR : la densité de courant dans le cuivre (en A/mm2), – COEFRBOB : le coefficient de remplissage des encoches.

L’ensemble des paramètres que nous venons de définir constitue les entrées de notre pro- gramme. Lesdites entrées sont lues par l’intermédiaire de deux fichiers textes (param.geom et param.phys) recensant leurs valeurs. Ces fichiers sont donnés en Annexe A.

Maintenant que notre choix de paramétrage est bien défini, nous pouvons passer à la présen- tation du logiciel proprement dit.