Dimensionnement rapide des machines synchrones à aimants permanents (MSAP)

Le dimensionnement des machines electriques reste une etape essentielle lors de la realisation d'un dispositif electromecanique. La puissance de calcul, la precision de l'analyse numerique des ordinateurs actuels, ainsi qu'une qualite visuelle de l'interface de travail sous des logiciels specifiques ne peut jamais remplacer la demarche analytique en vue de la determination des parametres geometriques et electromagnetiques d'une machine electrique. Cette demarche analytique est basee sur deux approches possibles: le calcul du potentiel vecteur ou le reseau de reluctances. La methode du potentiel vecteur represente la base de l'electromagnetisme. Sa theorie a ete demontree par James Clerk MAXWELL, il y a plus de 150 ans. Toutes les approches numeriques et les logiciels d'analyse par elements finis sont bases sur ce type de calcul. Malgre sa precision, le calcul du potentiel vecteur reste une methode analytique de dimensionnement exclusivement utilisee par des specialistes, avec des expressions mathematiques tres longues, avec un calcul des coefficients d'integration tres complexes ou le risque d'erreur de calcul est tres eleve et pour lequel la possibilite de simplification et d'adaptation a des structures similaires est tres difficile (parfois impossible). Le reseau de reluctances (ou de permeances) est la methode classique dans l'electrotechnique pour le calcul et la caracterisation des circuits magnetiques. Cette approche est basee sur beaucoup de methodes simplificatrices et certains parametres sont ajustes empiriquement. Mais, pour un calcul plus fin, on peut rajouter des calculs iteratifs (le calcul de la saturation, par exemple). Etant une methode qui ne necessite pas de calculs analytiques sophistiques, cette approche est utile pour l'estimation des performances globales des dispositifs d'entrainement electromecaniques et c'est pourquoi elle est preferee par les concepteurs industriels. Le present travail est propose pour l'environnement industriel comme un outil de dimensionnement rapide des machines electriques, en particulier pour les dispositifs electromecaniques excites par des aimants permanents. Les approches de dimensionnement sont diverses. La methode proposee est basee sur le calcul par reseau de reluctances, a laquelle on ajoute des coefficients obtenus numeriquement (par elements finis) ou par mesures. On se propose donc de presenter une demarche analytique complete et facile a implementer pour le dimensionnement des structures des machines synchrones a aimants permanents (MSAP). Dans une partie introductive sont presentees quelques generalites sur les MSAP et leurs elements constitutifs (point de fonctionnement de l'aimant, differents types de bobinage en fonction d'une application donnee, structures rotoriques usuelles excitees par des aimants permanents). Une demarche complete pour le dimensionnement rapide des MSAP est ensuite exposee (avec plusieurs topologies rotoriques, leurs parametres geometriques et electromagnetiques, les caracteristiques de fonctionnement). Des procedures de determination des autres parametres de dimensionnement permettent les caracterisations thermique, mecanique et de l'investissement de la partie active de la machine. Une comparaison et un exemple d'etude a implementer lors du dimensionnement rapide des MSAP permettent de conclure.