Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Bertrand NOGAREDE : Professeur des Universités - Docteur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse - Responsable du groupe Machines et Mécanismes Électroactifs du LEEI - (UMR-CNRS n 5828) de l’ENSEEIHT/INPT – Toulouse
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Parallèlement à la diversification en termes d’application, le champ des solutions techniques exploitables en conversion électromécanique de l’énergie s’est sensiblement enrichi. Il est clair que les progrès accomplis dans le domaine de l'électronique de puissance constituent un facteur déterminant quant au développement de structures électromécaniques répondant de manière de plus en plus souple et efficace aux cahiers des charges visés (variation de vitesse, gestion des réversibilités énergétiques ...). Si ces progrès concernent initialement des structures classiques, à effet magnétique, le développement de nouveaux matériaux dotés de performances et de fonctionnalités accrues (matériaux magnétiques composites, supraconducteurs, « électroactifs » tels que les céramiques piézoélectriques et les alliages magnétostrictifs ...) conduit aujourd’hui à un élargissement sensible des principes mêmes grâce auxquels la conversion d’énergie peut s’opérer.
Compte tenu de la large prédominance dont elle bénéficie, la famille des machines tournantes à interaction de champs magnétiques fait ici l’objet d’une étude spécifique : sur la base d’une approche analytique originale, les principes élémentaires classiquement exploités en sont globalement étudiés et caractérisés. Face aux aspects techniques qui sous-tendent la conception des structures considérées, quelques données et tendances relatives aux principales familles de matériaux utilisés sont alors proposées, avant que ne soient finalement abordés les aspects méthodologiques liés au dimensionnement optimal d’une structure satisfaisant à un jeu de spécifications et de critères donnés.
L’article « Machines électriques tournantes. Conversion électromécanique de l’énergie » fait l’objet de deux fascicules :
D 3410 Machines tournantes : conversion électromécanique de l’énergie
D 3411 Machines tournantes : principes et constitution
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres.
Le lecteur devra assez souvent se reporter à l’autre fascicule.
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Éléments constitutifs des parties actives et matériaux utilisés
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1. Machines tournantes à interaction de champs magnétiques
Les machines tournantes à effets magnétiques constituent de toute évidence la famille de convertisseurs électromécaniques ayant bénéficié des plus larges développements, tant du point de vue des applications concernées (du micromoteur de montre à l’alternateur de centrale nucléaire !), que des architectures électromécaniques exploitées et des choix technologiques associés. Face aux diverses solutions en présence pour transformer, à l’aide de sources magnétiques interagissant au sein d’une structure rotative, de l’énergie électrique en énergie mécanique (fonctionnement en moteur) ou, réciproquement, de l’énergie mécanique en énergie électrique (fonctionnement en générateur), il est clair que le concept de « champ magnétique tournant » joue un rôle primordial. Aussi, bien que cette notion ne permette pas à elle seule une présentation exhaustive et détaillée de toutes les structures exploitées à ce jour (cf. les articles spécialisés du présent traité), les principes fondamentaux sur lesquels reposent leur fonctionnement et leur conception sont ici introduits en examinant les procédés élémentaires d’interaction entre des moments et des champs magnétiques tournants dans une cavité cylindrique.
À cette fin, l’étude présentée s’appuie sur l’analyse d’une structure idéalisée de machine tournante qui offre la possibilité d’une approche par résolution analytique des équations du champ en deux dimensions. Afin de simplifier les développements théoriques, et sans restreindre leur généralité, le cas d’une architecture bipolaire sera plus particulièrement considéré. La théorie développée permet alors d’accéder à une caractérisation fonctionnelle des structures de base (conformément aux présentations à base de schémas équivalents classiquement proposées), tout en offrant l’intérêt de tenir compte explicitement des dimensions et caractéristiques des objets considérés ...
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Machines tournantes à interaction de champs magnétiques
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NOGAREDE (B.) - Conception des dispositifs électroactifs : de la recherche du concept au dimensionnement de la structure, - mémoire d’habilitation à diriger des recherches. Institut National Polytechnique de Toulouse, juillet 1997.
-
(2) - SKOMSKI (R.), COEY (J.M.D.) - Permanent Magnetism. - Institute of Physics, Bristol, 1999, 404 p.
-
(3) - VRANISH (J.M.), NAIK (D.P.), TETER (J.P.) - Magnetostrictive direct drive rotary motor development. - IEEE Transactions on Magnetics, vol. 27, N 6, nov. 1991.
-
(4) - VEINOTT (C.G.) - Harnessing the MS-DOS personal computer to design induction motors. - ICEM’94, Paris, 5-8 sept. 1994.
-
(5) - WURTZ (F.), BIGEON (J), ESPANET (C.), KAUFFMANN (J.M.) - L’intégration des approches analytiques et numériques pour une C.A.O. efficace en génie électrique. - NUMELEC’97, École Centrale de Lyon, 19-21 mars 1997.
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