Etudes par la méthode des éléments finis d'une machine linéaire à aimants permanents en présence de défauts dus à la désaimantation

Abstract

Dans ce travail nous nous somme intéressés à l’étude du comportement d’une machine linéaire à aimants permanents fonctionnant en présence de défauts dus à la désaimantation. Diverses machines linéaires à aimants permanents se ont été développées dont les structures se différencient dans la majorité des cas, soit par la constitution chimiques des aimants, sens de l’aimantation ou plus particulièrement leurs dispositions, c’est-à-dire la manière dont ils sont montés sur le rotor. Les phénomènes électromagnétiques se déroulant à l’intérieur d’une machine linéaire à aimant permanent et qui gouvernent son comportement, font aujourd’hui l’objet de solutions numériques par la méthode des éléments finis des équations aux dérivées partielles(EDP) du champ magnétique vu la complexité du traitement analytique de ce genre d’équations. Ceci nous permettra d’avoir une approche des grandeurs locales au niveau de la machine. Dans ce travail, nous nous intéresserons à l’étude d’une machine linéaire à aimants permanents par la méthode des éléments finis en présence de défauts dus à la désaimantation. La machine à étudier est une machine linéaire à aimants permanents dans le stator porte un bobinage triphasé et le rotor est constitué d’aimants permanents. Ce mémoire et structuré en six chapitres : Le premier chapitre décrit quelques généralités sur les différents types de machines linéaires et leur principe de fonctionnement et les différents domaines de leurs utilisations. Dans le deuxième chapitre nous décrirons les différents types d’aimants permanents ainsi que leurs propriétés, caractéristiques et applications. Dans le troisième chapitre nous décrirons les différents types de défauts qui peuvent exister dans les machines électriques (et particulièrement dans les aimants permanents). Le quatrième chapitre sera consacré aux modèles électromagnétiques obtenu à partir des équations de Maxwell en coordonnées cartésienne et axisymétrique, à savoir le modèle magnétostatique et le modèle magnétodynamique.Le cinquième chapitre présente la méthode des éléments finis(MEF) ainsi que les méthodes utilisées pour le calcul des forces électromagnétiques. Nous ferons également une présentation du logiciel éléments finis FEMM servant d’outil de travail. Le sixième chapitre constitue la partie application qui se traduit par l’étude d’une machine linéaire à aimants permanents en introduisant son modèle sous forme d’un programme exécuté sous le logiciel FEMM pour procéder aux calculs des différentes grandeurs telles que les inductions magnétiques (normale et tangentielle) dans l’entrefer, et les forces électromagnétiques. Nous verrons aussi l’influence de la présence de défauts dans les aimants permanents, ainsi que l’influence de la variation de la densité de courant au niveau de la machine sur les grandeurs citées, en confrontant les résultats obtenus avec ceux de la machine à l’état sain. Enfin nous terminerons notre travail par une conclusion générale. Nous avons constaté que les amplitudes de la force électromagnétique et les inductions sont plus importantes lorsque la densité de courant d’alimentation est importante, et nous avons pu avoir au terme de ce travail une idée quant aux phénomènes se déroulant dans les machines électriques particulièrement celles munies d’aimants permanents et comprendre que les aspects liés à l’étude des machines électriques à aimants permanents fonctionnant en présence de défauts sont multiple. Ces aspects doivent impliquer d’autres types de défaut, à l’instar des défauts électriques (court-circuit..), défauts thermiques (échauffement), défauts mécaniques (vibration)…