Contribution à l’étude des machines synchrones à aimants permanents en structure de Halbach
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Date
2020
Authors
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Publisher
Université Du 20 Août 1955 – Skikda
Abstract
Récemment, plusieurs machines et dispositifs électriques de haute énergie utilisent des aimants
permanents avec différentes directions de pénétration du flux. Pour la conception et le
dimensionnement de ces systèmes électromécaniques, il faut connaître la répartition du champ
magnétique dans chaque partie du système magnétique et en particulier au niveau de l'entrefer où
s'effectue la conversion d'énergie. Deux modèles sont présentés à la fois pour la structure
traditionnelle des aimants radiaux et la structure de Halbach. Le calcul du modèle analytique de la
distribution du champ magnétique du rotor interne à noyau de fer du moteur synchrone à aimant
permanent monté sur la surface du rotor est basé sur l'évaluation et les équations aux dérivées
partielles de Maxwell complétées par la loi du matériau à vide, et le calcul du modèle numérique
est basé sur la MEF en considérant l'effet des encoches du stator. L'induction du champ
magnétique dans l'entrefer et l'aimant, et l'expression analytique du F.c.e.m de retour sont
présentés. Selon les calculs analytiques et numériques, et l'analyse harmonique, le MSAP aimanté
par la structure de Halbach fournit un couple plus élevé et une meilleure performance que
l’aimantation radiale classique.
Pour effectuer le travail, une conception optimisée de MSAP basée sur l'analyse du flux du moteur
à aimant permanent monté sur la surface est proposée pour avoir un poids minimum, un
rendement maximal et un couple élevé. Tout d'abord, le modèle de moteur simplifié est présenté
de manière à fournir une solution analytique pour des paramètres optimaux du moteur en fonction
de la masse. Deuxièmement, la méthode de Monte-Carlo est utilisée pour calculer les dimensions
optimales du moteur pour des valeurs de paramètres matériels donnés et les résultats obtenus ont
été comparés aux relations optimales dérivées de l'analyse. Selon les résultats obtenus, le but
essentiel du travail a été atteint, le poids a été réduit de 24 %, le rendement a été amélioré de 8 %
et le couple nominal a été élevé de 40 %. L'approche de conception proposée présente, également,
l'avantage de réduire considérablement le cycle de conception.
À la suite des recherches précédentes, une nouvelle étude de conception pour un moteur à aimant
permanent triphasé est proposée. La machine à flux radial et rotor interne comporte des aimants à
12 pôles et un stator monté en surface comporte 36 bobines entourant le noyau. Initialement, une
étude magnétostatique a été réalisée, puis une analyse par la MEF transitoires 2D a été exécutée
pour vérifier la conception du nouveau concept. Ensuite, une analyse harmonique est effectuée pour
voir l'impact des harmoniques sur la performance de la conception et la réalisation d'un bon
prototype. La nouvelle machine conçue est attrayante, car elle donne une structure de champ
symétrique en fonctionnement et les caractéristiques de couples électromagnétiques et la forme
d'onde de courant sont bonnes pour différentes ouvertures d'aimants