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2. Modélisation par réseau de réluctances

2.6. Modélisation de l’entrefer et du mouvement

2.6.3. Solution 2 : Entrefer et réseau variables :

Dans cette solution, chacune des zones du rotor n’est plus connectée aux Ns dents du

stator. On cherche dans cette méthode à éliminer toutes les réluctances infinies pour alléger le

modèle et donc le système d’équations à résoudre. Les réluctances d’entrefer sont

dépendantes, comme pour la solution précédente, de la position θ du rotor par rapport au

stator. La Figure 2.6.3 présente le principe d’étude en ne schématisant que les interactions de

la zone 1.

 Le rotor est placé dans une position initiale choisie purement arbitrairement

(Figure 2.6.3a). Dans l’exemple de la Figure 2.6.3, la position initiale est celle

pour laquelle la zone 1 rotor est centrée sur la dent 2 stator et à égale distance

des dents 1 et 3 stator. Dans cette position, la majorité du flux passera à travers

la dent 2 du stator mais une partie de ce flux transitera également par les dents

1 et 3. On considère qu’aucun flux n’atteindra d’autres dents stator. Dans cette

configuration, les échanges avec le rotor peuvent donc se représenter

rotor Zr1 Zr2 Zr3 stator 1 2 3 4 Zri R 12

Guilherme Bueno Mariani Université Grenoble Alpes 2016

précisément avec trois réluctances seulement, les flux avec les autres dents

sont négligeables et donc les réluctances sont infinies,

 La configuration de la Figure 2.6.3a reste valable jusqu’à ce que le rotor ait

tourné d’un demi pas dentaire angulaire statorique β

ds

.

 Si le rotor tourne, les réluctances liées à la zone considérée vont être

modifiées, certaines vont apparaître tandis que d’autres vont devenir

négligeables. Il faut par conséquent modifier le schéma initial. Dans l’exemple

de la figure, lorsque le rotor a tourné d’un angle β

ds

/ 2, la zone 1 est à égale

distance des dents 1 et 4 stator (Figure 2.6.3b). A partir de cet angle,

l’interaction avec la dent 4 va devenir prédominante et celle avec la dent 1 va

tendre à disparaître.

 Après une rotation d’un angle β

ds

(Figure 2.6.3c), la zone 1 se retrouve dans la

même configuration que dans sa position initiale si ce n’est qu’elle n’est plus

centrée sur la dent 2 mais sur la dent 3.

Figure 2.6.3:Interactions « réelles » entre zone 1 rotor et dents au stator

La périodicité du phénomène décrit est donc d’un pas dentaire statorique. Si on cherche

une description précise des interactions, il faudra ajouter systématiquement une réluctance

supplémentaire à la configuration initiale pour créer une représentation minimale valable sur

tout un pas dentaire statorique. Cette réluctance est ajoutée avec la dent voisine qui se

rapproche lors du décalage positif de l’angle.

La modélisation adoptée pour les phénomènes décrits sur la Figure 2.6.3 est représentée

sur la Figure 2.6.4. La réluctance R14 est incluse dans le modèle dès la position initiale,

Zr1 Zr2 Zr3 Zri a stator 1 2 3 4 R1 2 Zr1 Zr2 Zr3 Zri stator 1 2 3 4 b  = bds/2 Zr1 Zr2 Zri stator 1 2 3 4 c R1 3  = bds

bds : pas dentaire angulaire au stator

a  compris entre position initiale et bds/2

Zone rotor 1 interagissant avec dents 1, 2, 3 Zone rotor 2 interagissant avec dent 3 ...

b  = bds/2

Zone rotor 1 interagissant avec dents 1, 2, 3 et 4 Zone rotor 2 interagissant avec dents 3 et 4

c  compris entre bds/2 et bds

Zone rotor 1 interagissant avec dents 2, 3, 4 Zone rotor 2 interagissant avec dent 4…

Guilherme Bueno Mariani Université Grenoble Alpes 2016

même si dans cette configuration elle est négligeable et ceci pour assurer la validité d’un

modèle unique sur tout un pas dentaire.

Figure 2.6.4: Interactions « modélisées» entre zone 1 rotor et dents au stator

Le raisonnement qui vient d’être mené et illustré pour la zone 1 rotor doit évidemment

être appliqué à chacune des zones rotor définies. Les étapes du raisonnement sont rappelées

sur la Figure 2.6.5.

Figure 2.6.5: Etapes de mise en œuvre du schéma réluctant dans la solution « entrefer et réseau variables »

Le nombre de réluctances par zone rotor à prendre en considération dépend directement

du rapport k de l’ouverture angulaire de la zone rotor considérée par rapport à un pas dentaire

stator. Ce nombre de réluctances par zone doit nécessairement résulter d’un compromis entre

finesse et « lourdeur » du modèle réluctant.

Dans le cas de notre moteur, ce rapport k n’est pas constant sur toute la périphérie du

rotor. Les zones rotor vont naturellement être définies à partir de la position des barrières de

flux. Comme la répartition de ces barrières n’est pas régulière, les zones rotor ne seront pas

constantes et par conséquent le nombre de réluctances par zone en position initiale non plus.

Zr1 Zr2 Zr3 Zri a stator 1 2 3 4 R1 2 5 b Zr1 Zr2 Zr3 Zri R1 3 stator 1 2 3 4 5  = bds Découpage du rotor

en zones distinctes Choix d’une position initiale du rotor

Analyse des interactions zone rotor/dents stator

Choix d’un nombre de réluctances pour définir précisément les interactions

Ajout systématique d’une réluctance Pour assurer la validité du modèle

sur un pas dentaire

Etapes à réaliser pour chacune des zones rotor définies

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La Figure 2.6.6 présente les zones rotor retenues (pour un quart de machine) ainsi que

les interactions de chacune des zones avec le stator.

Zone ROTOR Dents STATOR

1 23, 24, 1, 2, 3 (22) 2 3, 4, (2) 3 4, 5, (3) 4 5, (4) 5 5, 6, (4) 6 6, 7, (5) 7 7, (6) 8 7, 8 (6)

(x) interaction due à la rotation

Figure 2.6.6: Interaction dent rotor/dent stator prise en compte dans la modélisation de l’entrefer pour ¼ de moteur

Il faudra par conséquent construire autant de réseaux réluctants qu’il y a de dents au

stator, soit 48 pour notre moteur. Ce nombre tombe évidemment à 12 si on tient compte des

symétries et de l’anti périodicité.

Cette particularité (k non constant suivant la dent rotor considérée) peut aisément être

prise en compte mais elle sera limitante si on envisage une optimisation du moteur. La

modélisation par réseau de réluctance ne sera valable que si la topologie du modèle est

capable de représenter toutes les configurations possibles en position et taille des zones

rotoriques. Autrement dit, il faut ajouter obligatoirement des réluctances supplémentaires

d’échange avec les dents voisines pour absorber les variations du modèle. Le réseau de

réluctance s’en trouve forcément alourdi mais généralisable dans une certaine plage de

variation des paramètres.

Finalement pour cette solution de prise en compte de la rotation, et dans le cas concret

de notre moteur, nous aurons :

 48 modèles comportant chacun X réluctances où X représente le nombre total pour

représenter les Zr zones rotor,

12 modèles comportant X/4 réluctances en tenant compte des symétries et de

l’anti-périodicité.

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