Dimensionnement de machines à aimants permanents avec rotors Halbach pour des applications aéronautiques PDF Download

Author: Alexandre Pelletier (Auteur de Dimensionnement de machines à aimants permanents avec rotors Halbach pour des applications aéronautiques)
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Book Description
Les travaux présentés dans le cadre du projet HEPOS en partenariat avec l’Université de Sherbrooke et la compagnie Pratt & Whitney Canada traitent du dimensionnement analytique de machines électriques et de leur simulation. Tout d’abord, une présentation générale des machines à aimants permanents est effectuée. Les types de stators, de bobinages, d’arrangement d’aimants et de matériaux magnétiques sont des exemples traités pour les machines à flux radial et axial. Un bref survol de quelques architectures d’alimentation et de commande pour ces machines sera également fait. Par la suite, le mémoire montre les travaux qui ont été effectués pour obtenir une loi de commande optimale pour les machines dimensionnées. Divers points d’opération sont demandés et le processus d’optimisation développé s’assure de fournir les courants de commande optimaux minimisant les pertes totales de la machine. Pour se faire, une formule paramétrique a été développée en s’inspirant des modèles de pertes magnétiques basés sur les équations de Steinmetz. Cette formule permet d’obtenir les pertes magnétiques totales de la machine pour divers points d’opération. La méthodologie employée pour l’obtention de la formule et l’identification de ses paramètres est également décrite. Des simulations avec le prototype de moteur du Maxwell X-57 de la NASA ont été grandement utiles pour l’élaboration et la validation de ces deux modèles de calcul. Pour continuer, une procédure de calcul analytique de dimensionnement d’une machine à aimants permanents à flux radial a été produite. Cette procédure permet de dimensionner et d'optimiser une machine selon une géométrie générale pour un cahier de charges donné. Les calculs dimensionnels, électriques et mécaniques sont expliqués ainsi que les différentes formules de pertes utilisées pour rendre le modèle le plus précis possible. Les pertes aérodynamiques et de frottement dans les roulements sont ajoutées en plus des pertes joules et magnétiques. Le calcul de l’induction pour un rotor à réseau de Halbach est également présenté puisque l’utilisation de ce type d’agencement d’aimants augmente la densité de couple de la machine. Une fois le dimensionnement analytique complété, une vérification et une correction est effectuée en utilisant un logiciel de calcul de champs par élément finis (Cedrat FLUX 2D) de manière à confirmer les différentes grandeurs électriques calculées de manière analytique. Finalement, le même processus de dimensionnement analytique est appliqué aux machines à flux axial. Pour ce type de machine, un calcul analytique additionnel est présenté de manière à venir approximer la géométrie de la machine à celle d’une machine linéaire. De cette façon, il est possible de calculer le champ magnétique en 2D plutôt qu’en 3D (les machines axiales ayant un chemin de flux asymétrique qui nécessite normalement une étude en 3 dimensions).Le modèle est ensuite confirmé à l’aide du dimensionnement des machines EM188 et EM348 de la compagnie Emrax. Le moteur Emrax 188, est la machine utilisée par l’équipe du Professeur Rancourt à l’Université de Sherbrooke pour construire un banc d’essais. Des mesures expérimentales ont été effectuées sur ce banc de test. Elles ont permis de confirmer les modèles de dimensionnement analytique et de calcul selon le modèle dq et le modèle de pertes magnétiques.