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
Guilherme Bueno Mariani Université Grenoble Alpes 2016
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,