Méthode semi-numérique de pré-dimensionnement des machines à aimants permanents et à bobinage global

(Reçu le 20 octobre 1994, accepté le 10 janvier 1995)

Abstract
The electrical machines can be characterized by a global scale relative to the inducted coil, and a local one relative to the teeth dimensions. In the case of synchronous structures with centralized coil, excited by split magnets, the characterized ratio of the two previous scales is largely higher than one. The complete parametrical study of the machine that uses a large torque is particularly weighty and complex. In this paper, we propose a simple and fast pre-designing methodology. It considers different limitations and constraints such as demagnetization, overheating, dimensions, ... This methodology is based on an elementary pattern and is limited to the linear regime. It combines a numerical calculation of the magnetic field -using a 2D finite elements methodology-, and a semi-analytical approximation of the constraints. We first present the performances' intrinsic formalism, and the models relative to the constraints. Then, we analyze the influence of some parameters on the limit and optimal machine's performances. Finally, we compare the obtained results to the tests we have done on a cylindrical machine with ferrite magnets.

Résumé
Les machines électriques peuvent être caractérisées par une échelle globale relative à l'enroulement induit et une échelle locale relative aux dimensions dentaires. Dans les structures synchrones à bobinage global excitées par des aimants fractionnés, le rapport caractéristique des deux échelles précitées est très supérieur à l'unité. L'étude paramétrique complète de la machine utilisant un couplage fort, s'avère particulièrement lourd et complexe. Dans cet article, nous proposons une méthode de pré-dimensionnement simple, rapide et qui prend en compte différentes limitations ou contraintes telles que la désaimantation, l'échauffement, l'encombrement etc. Cette méthode, basée sur un modèle cellulaire et se limitant au régime linéaire, combine un calcul numérique de champ par la méthode des éléments finis 2D et une approximation semi-analytique des contraintes. Tout d'abord, le formalisme des performances intrinsèques ainsi que les modèles relatifs aux contraintes sont présentés. L'influence de certains paramètres sur les performances limites et optimales de la machine est ensuite analysée. Enfin, les résultats numériques obtenus sont confrontés aux essais effectués sur un banc d'essai composé d'une machine cylindrique à aimants ferrites.