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Nature des pertes dans les aimants
Les structures des aimants permanents
Le magnétisme des aimants
Après avoir trouvé les formules adéquates nous allons tester leur validité par simulation. Une fois les formules confirmées, ellesdevront mettre en évidence les conditions de la découpe utile, c’est-à-dire celle qui diminue effectivement les pertes.
Nous allons mener notre analyse séparément pour trois types de la géométrie de l’aimant découpé : long, carré et rectangulaire nonspécifié. C’est ce dernier type qui devrait servir de base analytique pour une évaluation de l’effet de découpe. Mais avant de le choisir comme référence, il faut qu’il donne une bonne approximation de deux premiers cas particuliers.
Nous allons voir que cette « anomalie de pertes » intervient pour certains types de la découpe, et notamment à nombre bas des découpes tangentielles.
Après avoir franchi un point de pertes maximales, la poursuite de la segmentation provoque la diminution de pertes ; on a à faire ave c un pic d’anomalie étudiée.
Les résultats de simulations (Annexe A, Tab. A1 à A4) montrent que le pic se déplace avec la fréquence, en accord avec notre analyse duphénomène (Chap. II.3).
1) f=900 Hz, pour la découpe en direction Z, du type 1xN, les pertes augmentent légèrement d’abord et diminuent après, avec le maximum situé à 1×4. Pour la découpe en direction θ, Nx1, les pertes aussi augmentent d’abord et diminuent après, avec le maximum à 2×1.
2) f=1800Hz, pour la découpe en direction Z, du type 1xN, les pertes augmentent d’abord et diminuent après, avec le maximum à 1×7. Pour la découpe en direction θ, Nx1, Nx2…Nx4, les pertes aussi augmentent d’abord et diminuent après, avec le maximum apparait quand l’aimant est coupé en 2 partie en direction θ.
3) f=3600Hz, pour la découpe en direction Z, du type 1xN et 2xN, les pertes augmentent d’abord et diminuent après, avec le maximum à 1×10 et 2×8. Pour la découpe en direction θ, Nx1, Nx2…Nx6, les pertes aussi augmentent d’abord e t diminuent après, avec le maximum apparait quand l’aimant est coupé en 3 partie en direction θ.
4) f=5400Hz, pour la découpe en direction Z, du type 1xN et 2xN, les pertes augmentent d’abord et diminuent après, avec le maximum à 1x 11 et 2×12. Pour la découpe en directionθ, Nx1, Nx2…Nx6, les pertes aussi augmentent d’abord e t diminuent après, avec le maximum apparait quand l’aimant est coupé en 4 parties en direction θ.
On peut noter que l’anomalie n’apparait que lorsqu e la moitié de largeur de l’aimant (Figure.1.20) plus grand que la profondeur de l’effet de peau : d/2>δ et l/2>δ. D’autre part, la zone d’anomalie augmente selon l’augmentation de fr équence parce que la profondeur de l’effet de peau δ diminue. Ainsi, on confirme que l’anomalie est liée à l’effet de peau .
a) L’effet de peau faible (Fig.2, t/2 & l/2 <δ ; ou d<<l & d/2<δ.
Les mesures correspondantes sont regroupées dans la zone grise claire. On constate que la découpe de l’aimant diminue bien les pertes par courants Foucault.
b) L’effet de peau forte ( d/2δ>2 et l/2δ>2 . La segmentation mène à l’augmentation de pertes.
c) Les cases des tableaux A1 à A4 en dehors des zones classifiées ci-dessus correspondent au cas de l’effet de peau de l’intens ité intermédiaire d(/2 de l’ordre de δ). Ici c’est l’effet de découpe qui domine la détermination de pertes.
On note que l’anomalie trouve sa limite (le pic) lorsque d/2δ=1.5…1.6 avec la découpe tangentielle et l/2δ=1.95…2.06 pour la découpe axiale. Ces valeurs confi rment assez bien la formule analytique qui donne le rapport 4 comme la frontière entre la montée et la descentede pertes avec la segmentation.
a) L’effet de peau faible ( d/2 & l/2 <δ ; ou t<<l & d/2<δ). Les mesures correspondantes sont regroupées dans la zone grise claire. On constate que la découpe de l’aimant diminue bien les pertes par courants Foucault.
b) L’effet de peau forte ( t/2δ>2 et l/2δ>2 . La segmentation mène à l’augmentation de pertes. La zone d’anomalie est représentée par une zone grise foncée.
c) Les cases des tableaux B1 à B3 en dehors des zones classifiées ci-dessus correspondent au cas de l’effet de peau de l’intensité intermédiaire (d/2 de l’ordre de δ). Ici c’est l’effet de découpe qui domine la détermination de ertesp.
L’anomalie se manifeste bien quand l’effet de peau est fort (cas (b)). Pareil que pour les aimants en surface, avec la montée de la fréquence le pic de pertes se déplace vers les nombre plus élevé de segments (Figure 2. 51 à 2.17)
On note que l’anomalie trouve sa limite (le pic) lorsque d/2δ=1.51…1.6 avec la découpe tangentielle etl/2δ=1.45…1.86 pour la découpe axiale. Ces valeurs confi rment assez bien la formule analytique qui donne le rapport 4 comme la frontière entre la montée et la descente de pertes avec la segmentation.
Tout comme c’était le cas avec les aimants en surface, les aimants enterrés donnent lieu aussi à l’anomalie de pertes par CF quand on l es découpe. Nous remarquons (Figure 2.15 –2.19) que le pic de pertes se déplace avec la montée en fréquence.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I PERTES DANS LES AIMANTS PERMANENTS DES MACHINES SYNCHRONES: ANALYSE
I.1 NATURE DES PERTES DANS LES AIMANTS
I.1.1 Les structures des aimants permanents
I.1.2 Le magnétisme des aimants
I.1.3 Origines des pertes dans les aimants
I.2 FORMULES ANALYTIQUES DES PERTES PAR COURANTS DE FOUCAULT DANS LES AIMANTS
I.2.1 Vérification du modèle linéaire de l’aimant
I.2.2 Analyse de pertes par courants de Foucault
I.2.2.1 Cas sinusoïdal
I.2.2.2 Cas harmonique
I.3 CHAMP HARMONIQUE VU PAR LES AIMANTS DU ROTOR
I.3.1 Le champ harmonique du stator : 5 ,7
1.3.2 Cas d’une harmonique dominante
1.3.3 Cas de deux harmoniques « parents » importantes
CONCLUSION
PARTIE II OPTIMISATION DE LA SEGMENTATION DES AIMANTS PERMANENTS EN VUE DE LA MINIMISATION DE PERTE
II.1 CHOIX DES MODELES DE LA MACHINE EN ELEMENTS FINIS
II.1.1 Rotor arrêté
II.1.2 Machine à aimants en surface
II.1.3 Machine à aimants enterrés
II.2 MODELE DES PERTES PAR COURANT DE FOUCAULT SANS L’EFFET DE PEAU
II.2.1 Aimant en forme rectangulaire très long
II.2.2 Aimant en forme carrée (t=l)
II.2.3 Aimant en forme rectangulaire : Cas générale
II.2.4 Vérification de la formule générale par comparaison avec simulation en éléments finis Remarque
II.3 MODELE DES PERTES PAR COURANTS DE FOUCAULT AVEC L’EFFET DE PEAU
II.3.1 Répartition du flux
II.3.2 Modèle des bandes équivalentes
II.4 OPTIMISATION DE LA SEGMENTATION DES AIMANTS EN SURFACE, SIMULATION
II.4.1 Types de segmentation
II.4.2 Etude en fréquence
II.4.3 Etude selon la pertinence de l’effet de peau
II.5 OPTIMISATION DE LA SEGMENTATION DES AIMANTS ENTERRES
II.5.1 Types de segmentation
II.5.2. Analyse de la segmentation des aimants en fréquence et en pertinence de l’effet de peau
II.6 OPTIMISATION DE LA SEGMENTATION DES AIMANTS PERMANENTS DANS LE CAS DE DEUX HARMONIQUES PARENTS
II.6.1 Aimants en surface
II.6.2 Aimants enterrés
CONCLUSION
PARTIE III PERTES PAR LA DENTURE
III.1 MODIFICATION DU CHAMP DANS L’ENTREFER PAR LA DENTURE
STATORIQUE
III.2 PERTES PAR LA DENTURE DANS LES AIMANTS EN SURFACE
III. 2. 1 Analyse en 2D
III.2.2 Maquette en 2D
III.2.3 Calcul en 2D dans une couche de mailles
III.2.4 Calcul en 2D dans plusieurs couches de mailles
III.3 PERTES PAR LA DENTURE DANS LES TOLES ROTORIQUES
III.3.1 Modèle analytique de pertes denture à l’aide d’une maquette
III.3.2 Simulation par éléments finis (EF)
III.3.3 Modèle analytique des courants de Foucault
III.3.4 Modèle analytique des pertes par courant de Foucault
III.3. 5 Comparaison EF et modèle analytique
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
REFERENCES
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