Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les actionneurs électromagnétiques sont la technologie la plus utilisée dans la conversion réversible électro-mécanique d'énergie. Il en existe de nombreuses types dont certains dits non conventionnels sont réservés à des applications très spécifiques et non standardisées. Cet article propose une classification des actionneurs en fonction de critères simples tels que la source d'excitation, le type de bobinage de puissance (d’alimentation), le mode d’alimentation ou encore le mouvement généré. La classification fait également appel à des critères composés, construits par combinaison des critères simples.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre-Emmanuel CAVAREC : Ingénieur Supélec - Agrégé de génie électrique, docteur de l’École normale supérieure (ENS) de Cachan - Laboratoire SATIE (UMR CNRS 8029)
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Hamid BEN AHMED : Ingénieur, docteur de l’université de Paris-VI - Maître de conférences, ENS de Cachan, antenne de Bretagne - Laboratoire SATIE (UMR CNRS 8029)
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Bernard MULTON : Agrégé de génie électrique, docteur de l’université de Paris-VI - Professeur des universités, ENS de Cachan, antenne de Bretagne - Laboratoire SATIE (UMR CNRS 8029)
INTRODUCTION
Bien que de nouvelles solutions émergent (piézo-électriques, magnétostrictives, voire électrostatiques dans les très faibles dimensions), les actionneurs électromagnétiques occupent toujours, et probablement encore pour longtemps, une place prépondérante dans la conversion – réversible – électromécanique d’énergie.
Au-delà des actionneurs dits conventionnels, bénéficiant d’une maturité technologique et d’une diffusion scientifique importantes (machines à courant continu à collecteur, synchrones à rotor bobiné, asynchrones à cage d’écureuil...), une très grande diversité d’actionneurs, dits non conventionnels, coexistent et se développent toujours. Ils répondent généralement à des exigences particulières et ne sont pas standardisés. Leur fonctionnement est également souvent méconnu et leur potentiel encore plus mystérieux. On les trouve notamment dans les applications de très grande diffusion (souvent de faible puissance : inférieure au kilowatt) telles que l’électroménager grand public, la domotique, l’automobile ou les jouets et dans celles exigeant de hautes performances. Leur évolution a été accélérée grâce aux formidables développements de l’électronique de puissance (notamment ses possibilités de « haute fréquence ») et de l’électronique microprogrammable.
Une classification de ces différents actionneurs paraît, au premier abord, risquée, sinon impossible, d’autant que leurs topologies sont très nombreuses et très variées. Néanmoins, après une analyse approfondie de différents actionneurs existants ou faisant l’objet de travaux de recherche, la mise en avant de critères fondamentaux topologiques, liés notamment au type de bobinage de puissance (d’alimentation), au mode d’alimentation, au mouvement généré, s’est révélée possible.
L’article s’inscrit dans la continuité des articles Machines tournantes : conversion électromécanique de l’énergie et Machines tournantes : principes et constitution traitant, d’une part, des principes de conversion électromécanique d’énergie et, d’autre part, de la constitution des machines tournantes, sous-entendues conventionnelles. Bien sûr, tous les mouvements, linéaires ou autres, seront considérés ici.
Suite à la classification des actionneurs présentée ici, un autre article Actionneurs électromagnétiques- Performances comparées compare leurs performances respectives.
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Critères composés
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1. Critères simples
1.1 Définition d’un actionneur électromagnétique
Un actionneur électromagnétique est un système capable de convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique via une étape intermédiaire magnétique. Cette particularité lui confère un caractère réversible fondamental, à l’inverse de certains actionneurs thermodynamiques ou hydrauliques.
cette définition exclut les freins à courant de Foucault qui convertissent de l’énergie mécanique en énergie magnétique puis thermique mais qui sont dissipatifs et non réversibles.
Dans un actionneur électrique, la conversion d’énergie est fondée, d’une façon générale, sur l’interaction d’au moins deux sources de champ magnétique : un bobinage de puissance, car obtenu à partir d’un circuit électrique, véhiculant l’énergie électrique destinée à la conversion, et une source magnétique d’excitation qui, si toutefois elle est alimentée, n’absorbe que ses propres pertes.
D’autre part, la conversion électromécanique nécessite d’avoir au moins deux parties en mouvement relatif entre lesquelles la zone d’interface est appelée entrefer. L’une des deux, fixe par rapport au référentiel choisi, est dite le stator, l’autre est dite le rotor ou le mobile suivant le type de déplacement généré.
dans le cas particulier des actionneurs magnétohydrodynamiques (MHD), l’une des deux parties est fluide. On se situe ici à la limite de la notion d’actionneur électromécanique. Cependant, l’analogie de comportement avec les actionneurs, à partie mobile solide, nous amène à les citer.
À chaque stade de la conversion, des pertes apparaissent : pertes électriques, pertes magnétiques et pertes mécaniques.
La conversion électromécanique du point de vue énergétique est schématisée sur la figure 1.
Les critères fondamentaux de classification (figure 2) peuvent se définir à partir de la figure 1. Ces critères sont liés aux sources magnétiques (de création...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CHABRERIE (J.P.) - Application de la méthode tensorielle au calcul des efforts dans les machines homopolaires à symétrie de révolution - . RGE, 79, no 5 (mai 1970).
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(2) - GUILBERT (A.) - Théorie, fonctionnement et calcul des machines électriques - . Dunod (1951).
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(3) - MATT (D.), GOYET (R.), LUCIDARME (J.), RIOUX (C.) - Longitudinal field multi-airgap linear reluctance actuator. - Electrical Machines and power systems, 13, no 5 (1987).
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(4) - MATT (D.) - Étude de deux structures originales de machine à réluctance variable poly-entrefer - . Thèse de doctorat, université de Paris-VI (1987).
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(5) - KAHLEN (K.), DE DONCKER (R.W.) - New concept of spherical actuator with three degrees of freedom - . Actuator 2000, Brème, Allemagne (19-21 juin 2000).
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(6) - BUSCH (T.), HENNEBERGER (G.) - Development...
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