Examen des structures statoriques polyphasées bobinées à pas fractionnaire (q<1) pour machines synchrones à aimants permanents

La structure simple avec une tête de bobine courte peut être considérée comme l’élément distinctif le plus intéressant des bobinages à pas fractionnaire et particulièrement du bobinage concentré autour des dents. Cependant, de nombreux effets parasites peuvent accompagner certaines configurations de bobinage à pas fractionnaire. Par conséquent, une comparaison entre les différentes topologies de bobinage doit être faite par rapport à leur utilité et l’importance des phénomènes parasites générés. De ce fait, ce chapitre concernera le rôle clé du choix Encoches/Pôles dans les machines polyphasées. Pour cela, la classification et la comparaison des différentes configurations liées aux combinaisons Encoches/Pôles sont effectuées. Après avoir présenté l’intérêt des machines bobinées à pas fractionnaire et plus particulièrement celles avec enroulements concentrés autour des dents, et après l’étude de ce type de bobinage en tenant compte notamment de spécificité induite par une augmentation du nombre de phases, ce chapitre sera consacré au choix critique de la combinaison Encoches/Pôles permettant de répondre aux contraintes du cahier des charges. Pour choisir une topologie de bobinages qui sera implantée dans une machine, la première étape consiste à choisir une combinaison Encoches/Pôles. Du choix de cette combinaison découlera la valeur du pas minimal de déphasage électrique ( zdifférents harmoniques. Ces facteurs ne déterminent pas seulement la valeur moyenne du couple mais aussi la qualité de ce dernier ainsi que l’importance des effets parasites générés. Certaines combinaisons ne permettent pas d’installer une topologie utile qui fournit un facteur fondamental de bobinage élevé. Cependant, les combinaisons qui portent des topologies utiles peuvent aussi provoquer des phénomènes parasites. L’effet de ces phénomènes varie : certains peuvent devenir critiques comme les pertes dans les aimants lorsque la vitesse devient élevée ; d’autres, comme les vibrations mécaniques et le couple de détente, tout en permettant d’assurer la fonctionnalité de la machine, peuvent induire une baisse de qualité pouvant être considérée comme rédhibitoire pour une application automobile.

Répartition d’une structure polyphasée entre plusieurs machines fictives

Dans les machines électriques la matrice d’inductance représente le lien entre les différents flux statoriques générés par les phases et les courants de ces phases. La topologie symétrique et circulaire de la matrice inductance dans une structure polyphasée ( N phases) permet de diagonaliser la matrice d’inductance utilisant la transformation généralisée de Concordia [59]. Grâce à cette transformation les paramètres électriques et magnétiques de la machine peuvent être répartis entre (N +1) 2 espaces La répartition de puissance et de couple présentée dans les équations (2-2) et (2-3) nous permet de considérer que la machine polyphasée est composée de plusieurs machines fictives liées aux espaces propres. Le couple total est la somme des couples fictifs comme si les machines considérées étaient mécaniquement couplées [59].

Un exemple de la décomposition d’une machine 5-phases à pôles lisses en 3 machines fictives est illustré dans la Figure. 2-1, où on peut voir que le nombre de phases dans chaque machine fictive est égal à la dimension d’espace propre associé [20]. Le couple final de la machine est le résultat d’interaction entre les harmoniques de courant et de la force électromotrice. Or, lorsque la projection sur les espaces propres est faite, les harmoniques de la force électromotrice sont distribués entre les machines fictives. Chaque harmonique se retrouve dans une seule machine fictive. Par conséquent, chaque machine fictive est capable de produire un couple lorsqu’elle est alimentée par les harmoniques de courants correspondant à ceux présents de force électromotrice. Tous les harmoniques qui correspondent à c = 0 peuvent générer une puissance constante et par conséquent un couple constant, sauf dans le cas homopolaire ( 2k +1= h = m) qui génère une puissance sinusoïdale de moyenne non nulle. Les autres harmoniques génèrent une puissance de moyenne nulle en produisant des ondulations de couple.