Topologie des éléments de la machine

Comme dans le cas du dimensionnement d’une MFR au rotor de la machine. Plus précisément, dans un pr

l’espace que nous allons donner aux aimants par rapport au matériau ferromagnétique doux au niveau du rotor. Dans un deuxième temps, il sera question de la forme intrinsèque des aimants. Enfin, nous regarderons la topologie donnée au stator.

4.1.1 Topologie du rotor Les topologies de rotor de

MFR-Le choix se porte entre plusieurs types catégories.

• Premièrement, il y a les rotors pour lesquels les aimants sont directement accessibles depuis la surface du disque. A ce titre, ce type de topologie va du rotor classique avec aimants en surface (cf.

avec pièces ferromagnétiques inter aimants totalement insérés (cf. rotor Halbach (c’est

une fois sur deux de manière orthoradiale) qui serait trop application (Batzel, et al., 2014)

(a)

Figure 50. Topologies de rotor

• Deuxièmement, il y a les topologies avec aimants enterrés ou en concentration de flux. Les aimants ne sont pas accessibles directement. On peut différencier celles

nombre de rangées d’aimants, leur inclinaison et aussi par le vide aimants. La Figure

imensionnement de la machine à flux axial

synchrone à aimants permanents

Dans ce chapitre, nous étudierons le dimensionnement de la MFA-SAP. Dans la première partie, nous ons de la topologie des éléments de la machine (stator, rotor). Ensuite, nous nous attarderons plus en détails sur la modélisation numérique qui a été conduite. Nous présenterons les études de sensibilité réalisées. Nous en viendrons aux premiers résultats qui ont été obtenus par le biais d’un dimensionnement paramétrique. Enfin, nous développerons l’effort d’approfondissement du dimensionnement qui a été effectué.

des éléments de la machine

Comme dans le cas du dimensionnement d’une MFR-SAP, il vient la question de la topologie donnée au rotor de la machine. Plus précisément, dans un premier temps, il est question de

l’espace que nous allons donner aux aimants par rapport au matériau ferromagnétique doux au niveau Dans un deuxième temps, il sera question de la forme intrinsèque des aimants. Enfin, nous regarderons la topologie donnée au stator.

SAP sont transposables à la MFA.

Le choix se porte entre plusieurs types de topologies que nous pouvons classer en deux grandes

Premièrement, il y a les rotors pour lesquels les aimants sont directement accessibles depuis la surface du disque. A ce titre, ce type de topologie va du rotor classique avec urface (cf. Figure 50-a) en passant par la topologie à aimants en surface avec pièces ferromagnétiques inter-aimants (cf. Figure 50-b) jusqu’à la topologie avec aimants totalement insérés (cf. Figure 50-c). Nous ne considérons pas la topologie de rotor Halbach (c’est-à-dire ayant tous les aimants les uns à côté des autres et orientés une fois sur deux de manière orthoradiale) qui serait trop

(Batzel, et al., 2014).

(b)

. Topologies de rotor à aimants en surface: (a) sans pièces interpolaires, (b) avec p interpolaires, (c) aimants insérés

Deuxièmement, il y a les topologies avec aimants enterrés ou en concentration de flux. Les aimants ne sont pas accessibles directement. On peut différencier celles

nombre de rangées d’aimants, leur inclinaison et aussi par le vide

Figure 51 donne un aperçu de ces différentes topologies. Nous pouvons 93

machine à flux axial

SAP. Dans la première partie, nous ons de la topologie des éléments de la machine (stator, rotor). Ensuite, nous nous attarderons plus en détails sur la modélisation numérique qui a été conduite. Nous présenterons les études de tats qui ont été obtenus par le biais d’un dimensionnement paramétrique. Enfin, nous développerons l’effort d’approfondissement du

il vient la question de la topologie donnée emier temps, il est question de l’arrangement dans l’espace que nous allons donner aux aimants par rapport au matériau ferromagnétique doux au niveau Dans un deuxième temps, il sera question de la forme intrinsèque des aimants. Enfin, nous

de topologies que nous pouvons classer en deux grandes

Premièrement, il y a les rotors pour lesquels les aimants sont directement accessibles depuis la surface du disque. A ce titre, ce type de topologie va du rotor classique avec a) en passant par la topologie à aimants en surface b) jusqu’à la topologie avec c). Nous ne considérons pas la topologie de dire ayant tous les aimants les uns à côté des autres et orientés coûteuse pour notre

(c)

sans pièces interpolaires, (b) avec pièces

Deuxièmement, il y a les topologies avec aimants enterrés ou en concentration de flux. Les aimants ne sont pas accessibles directement. On peut différencier celles-ci par le nombre de rangées d’aimants, leur inclinaison et aussi par le vide laissé aux coins des donne un aperçu de ces différentes topologies. Nous pouvons

citer la topologie à aimants enterrés en I où les aimants sont orthoradiale à l’entrefer (cf.

aimants enterrés en V comme illustrés sur la

topologie à aimants enterrés parallèles à l’entrefer ou encore dit « à plat 51-c). L’inclinaison des aimants permet de

d’enterrer les aimants permet de réduire le risque de désaimantation, de protéger les aimants de la corro

De plus, cela rend le défluxage favorable et réduit les pertes dans les aimants permanents. Des topologies de rotor de MFA

dans les travaux de

machine de ce type est nettement plus complexe que pour les machines à aimants en surface.

(a)

Figure 51. Topologies de rotor à aimants enterrés

Finalement, nous retenons la solution la moins coûteuse et la plus avantageuse pour la fabrication future du prototype : la topologie à aimants en surface sans

Figure 52).

Figure 52. Topologie

Cette topologie est cependant connue pour sa difficulté à opérer dans les zones de défluxage. En effet, la grande hauteur d’entrefer induit la nécessité de forts courants démagnétisants au stator qui peuvent échauffer la machine. De plus, les aimants étant dans l’entrefer, il

désaimantés. Néanmoins, nous choisissons cette structure pour sa propension à donner un fort couple sur la plage de couple constant. Ce choix se justifie

application qui requiert un rapport de défluxage

citer la topologie à aimants enterrés en I où les aimants sont dans une configuration orthoradiale à l’entrefer (cf. Figure 51-a). Ensuite, nous présentons la topologie à aimants enterrés en V comme illustrés sur la Figure 51-b. Soulignons également la topologie à aimants enterrés parallèles à l’entrefer ou encore dit « à plat

c). L’inclinaison des aimants permet de réaliser de la concentration de flux. Le fait d’enterrer les aimants permet de réduire le risque de désaimantation, de protéger les aimants de la corrosion, des impacts mécaniques et de la poussière

De plus, cela rend le défluxage favorable et réduit les pertes dans les aimants permanents. Des topologies de rotor de MFA-SAP à aimants enterrés sont étudiées dans les travaux de (Benlamine, 2015). Néanmoins, la réalisation matérielle de machine de ce type est nettement plus complexe que pour les machines à aimants en

(b)

Topologies de rotor à aimants enterrés : (a) En I – (b) En V – (c) A aimants enterrés « plat »

Finalement, nous retenons la solution la moins coûteuse et la plus avantageuse pour la fabrication : la topologie à aimants en surface sans pièces ferromagnétiques interaimants (cf.

. Topologie de rotor à aimants en surface retenue

connue pour sa difficulté à opérer dans les zones de défluxage. En effet, la grande hauteur d’entrefer induit la nécessité de forts courants démagnétisants au stator qui peuvent échauffer la machine. De plus, les aimants étant dans l’entrefer, il y a de forts risques qu’ils soient désaimantés. Néanmoins, nous choisissons cette structure pour sa propension à donner un fort couple sur la plage de couple constant. Ce choix se justifie amplement par le cahier des ch

un rapport de défluxage de 3,3 (cf. Figure 53 et chapitre 1).

94 dans une configuration a). Ensuite, nous présentons la topologie à b. Soulignons également la topologie à aimants enterrés parallèles à l’entrefer ou encore dit « à plat » (cf. Figure de la concentration de flux. Le fait d’enterrer les aimants permet de réduire le risque de désaimantation, de protéger les sion, des impacts mécaniques et de la poussière (Legranger, 2009). De plus, cela rend le défluxage favorable et réduit les pertes dans les aimants SAP à aimants enterrés sont étudiées . Néanmoins, la réalisation matérielle de machine de ce type est nettement plus complexe que pour les machines à aimants en

(c)

(c) A aimants enterrés « à

Finalement, nous retenons la solution la moins coûteuse et la plus avantageuse pour la fabrication pièces ferromagnétiques interaimants (cf.

connue pour sa difficulté à opérer dans les zones de défluxage. En effet, la grande hauteur d’entrefer induit la nécessité de forts courants démagnétisants au stator qui peuvent y a de forts risques qu’ils soient désaimantés. Néanmoins, nous choisissons cette structure pour sa propension à donner un fort couple par le cahier des charges de notre

Figure 53. Courbe illustrant le cahier des charges en termes d’enveloppe c

Nous choisissons des aimants trapézoïdaux à ouverture angulaire constante pour notre dimensionnement (cf. Figure 54). En effet, le flux généré par ces aimants sera davantage trapézoïdal que celui généré par les aimants rectangulaires aboutissant de la sorte à un plus fort couple massique.

(a)

Figure 54. Schémas et paramètr

(avec dépassement mais sans épaulement)

Les paramètres utilisés sur la Figure Enfin, nous nous autorisons des dép

afin d’améliorer le dimensionnement de la machine comme cela sera expliqué dans la suite de ce chapitre.

4.1.2 Topologie du stator

Comme nous l’avons mentionné au chapitre 2, nous choisissons une MSA (24,16) à pas fractionnaire U =^j_e

à une topologie à pas entier.

Nous choisissons de travailler avec une largeur d’encoche constante avec le rayon pour pouvoir optimiser la place occupée par les conducteurs en cuivre. La forme de la dent résultante est donc trapézoïdale (cf. Figure 55).

. Courbe illustrant le cahier des charges en termes d’enveloppe couple/puissance de la vitesse en régime transitoire

Nous choisissons des aimants trapézoïdaux à ouverture angulaire constante pour notre ). En effet, le flux généré par ces aimants sera davantage trapézoïdal que celui généré par les aimants rectangulaires aboutissant de la sorte à un plus fort couple massique.

(b)

. Schémas et paramètres représentant la machine et plus précisément la structure

(avec dépassement mais sans épaulement) que nous avons retenu pour notre étude. (a) vue depuis l’entrefer, (b) vue radiale.

Figure 54 seront listés et explicités par la suite dans le

Enfin, nous nous autorisons des dépassements et des épaulements au niveau de la culasse rotorique afin d’améliorer le dimensionnement de la machine comme cela sera expliqué dans la suite de ce

Comme nous l’avons mentionné au chapitre 2, nous choisissons une MSAP avec une combinaison . Dans ce cas, les dents sont relativement larges et grosses par rapport

Nous choisissons de travailler avec une largeur d’encoche constante avec le rayon pour pouvoir par les conducteurs en cuivre. La forme de la dent résultante est donc

95 ouple/puissance en fonction

Nous choisissons des aimants trapézoïdaux à ouverture angulaire constante pour notre ). En effet, le flux généré par ces aimants sera davantage trapézoïdal que celui généré par les aimants rectangulaires aboutissant de la sorte à un plus fort couple massique.

représentant la machine et plus précisément la structure rotorique que nous avons retenu pour notre étude. (a) vue depuis

par la suite dans le Tableau 15. assements et des épaulements au niveau de la culasse rotorique afin d’améliorer le dimensionnement de la machine comme cela sera expliqué dans la suite de ce

P avec une combinaison es dents sont relativement larges et grosses par rapport

Nous choisissons de travailler avec une largeur d’encoche constante avec le rayon pour pouvoir par les conducteurs en cuivre. La forme de la dent résultante est donc

(a)

Figure 55. Schéma illustrant la topologie du s

vue depuis l’entrefer, (b) vue radiale, (c) vue du bobinage sur dents. De même, les paramètres utilisés sur les schémas de la

Tableau 15.

Comme pour le rotor, nous nous permettrons d’utiliser des dépassements et des épaulements pour améliorer le dimensionnement de la machine comme cela sera expliqué plus en détails dans la suite du manuscrit.