Comparaison du couple massique de diverses architectures de machines tournantes à aimants

13 Pages·2012·1.33 MB·French

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B. MULTON, H. BEN AHMED, M. RUELLAN, G. ROBIN
Antenne de Bretagne de SATIE – ENS de Cachan
Electrotechniquedu Futur, Grenoble, septembre 2005 SATIE UMR CNRS-ENS Cachan 8029
Structures à aimants :
- meilleur potentiel pour obtenir un couple massique élevé
(moteurs-roue, aérogénérateurs…)
- divers agencements magnétiques
couplages polaires ou dentaires,
bobinages polaires ou globaux
Jeumont Industries,
J48, 750 kW
Johnston,
Technologies M4 Inc.,
Etude limitée : EVS2000
- aux architectures cylindriques à champ radial
et à rotor intérieur
- au couple à basse vitesse
(pertes magnétiques non considérées)
- à une analyse des effets d’échelle, partiellement validée
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Architectures magnétiques comparées
Bobinages et couplages polaires
changement d’échelle à nombre de pôles 2p = Cte
Pression magnétique tangentielle : σ = K.A .B
T L e
K .k .ρ
T L
Echauffement dû aux pertes Joule : ∆T = .A .δ
L
α
2
Couple électromagnétique : C = σ .2π.R .L
T
2
Masse active : M = K .R .L
a M
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Architectures magnétiques comparées
Bobinages et couplages polaires
changement d’échelle à p croissant
Structure annulaire
π.R
Nombre de paires de pôles : p =
τ τ
duplication
Module bipolaire
des modules
élémentaire élémentaires '
Masse active : M = K .R.L
a
M
R
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Architectures magnétiques comparées
Bobinages globaux et couplages dentaires
changement d’échelle à p croissant
(structures généralement multi-monophasées
à flux transverses, à griffes…)
A échauffement donné :
pression tangentielle accrue
aux dépens du facteur de puissance
'
Masse active : M = K .R.L
a
M
Ensemble de motifs
élémentaires
G. KASTINGER, (principe)
ICEM 2002
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Architectures magnétiques comparées
Bobinages polaires et couplages dentaires
changement d’échelle à p croissant
(phases imbriquées,
structures Vernier à aimants)
A échauffement donné :
pression tangentielle accrue
D. MATT,
[13, 14] aux dépens du facteur de puissance
'
Masse active : M = K .R.L
a
M
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Application des lois de similitude
sur le couple massique « actif »
À échauffement constant
(pertes Joule seules, dissipation surfacique radiale)
« Effets 3D » non considérés
(notamment têtes de bobines)
Analyse des effets d’échelle en faisant évoluer :
les dimensions axiales : facteur L*
les dimensions radiales : facteur R*
l*
toutes les dimensions avec le même facteur
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Lois de similitude sur le couple massique
Bobinages et couplages polaires
Structure cylindrique, densités de courant : A ∝ nI.(R*)-1
L
δ ∝ nI.(R*)-2
A échauffement et paramètres de refroidissement donnés :
−3
K .k .ρ 2 * te
T L A .δ ∝ nI .R = C
D’après ∆ T = . A L . δ : L
α
3/2 1/2
* *
Donc : nI ∝ R et A ∝ R
L
5/2
* *
A induction d’entrefer constante : C ∝ R .L
Au-delà d’une valeur « critique » du rayon,
2
* *
A atteint une limite de désaimantation, alors : C ∝ R .L
L
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Lois de similitude sur le couple massique
Bobinages et couplages polaires et p = Cte
2
* *
La masse active évolue en : M ∝ R .L
a
On obtient :
⎧ 1/5
C ⎪C pour A < A
L LMax
∝ ⎨
M 0
a R* ⎪⎩C pour AL > ALMax
C
1/7
∝ C
M
a *
l
C
0 te
∝ C = C
M
a *
L
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Observation sur série NX de Parvex
www.parvex.com
10 pôles NdFeB
masse totale
et
masse active
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