Etude et mise au point de motoventilateurs à hautes performances pour l'aéronautique

Abstract

Ce travail, qui rentre dans le cadre d'un projet industriel à cours terme, concerne l'étude d'actionneurs à aimants permanents dédiés à la ventilation aéronautique. Si les moteurs à aimants permanents semblent très attractifs en terme de puissance massique lorsqu'on envisage des vitesses de rotation relativement élevées, l'analyse approfondie des solutions opérationnelles met en avant des problèmes critiques d'échauffement dans une gamme de haute fréquence. En effet, l'augmentation substantielle des vitesses de rotation de la machine et des fréquences de commutation du convertisseur associé, constitue une source non négligeable de pertes engendrées au niveau du rotor dans les parties conductrices (aimant et frette) par le biais de courants induits. Ces pertes qui détériorent fortement le rendement global de l'actionneur, et voire dans le pire des cas provoquent une rupture mécanique du rotor, doivent dans ce contexte devenir un élément prépondérant du dimensionnement afin de s'assurer de la viabilité du produit fini. Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans cette problématique à deux niveaux distincts. Dans un premier temps, après avoir effectué une revue de détails des solutions existantes en matières de motorisation à aimants permanents adaptables à des applications de motoventilation embarquées, un premier volet concerne la modélisation des courants induits dans la frette et les aimants permanents constitutifs du rotor. Cette modélisation s'appuie sur le calcul analytique du champ magnétique siégeant dans l'entrefer et les parties conductrices. Un avantage important de la méthode proposée réside dans la possibilité d'estimer rapidement ces courants induits à partir d'une représentation physique, dans laquelle autant les dimensions de la machine que les propriétés physiques des matériaux sont prises en compte. Exploité au sein d'un plan d'expériences, le modèle analytique met en évidence les paramètres structurels et physiques de la structure étudiée susceptible d'influer favorablement sur les pertes par courants induits. Dans un second temps, conscient que la marge de manoeuvre au sein d'une structure conventionnelle d'actionneur à aimants permanents en terme de diminution des pertes par courants induits reste restreinte, une solution alternative à l'application ciblée de la motoventilation concerne la définition d'une nouvelle structure d'actionneur. Cette structure repose sur une architecture de type machine à réluctance variable à laquelle on ajoute des aimants permanents logés dans l'armature statorique. Ainsi tout en bénéficiant d'une énergie spécifique des aimants qui permet d'obtenir des couples massiques intéressants, on s'affranchit des pertes par courants induits générés au rotor en l'absence de matériaux conducteurs. Après un prédimensionnement, ce concept fait l'objet d'un prototypage et d'une phase de tests afin de valider l'architecture préconisée face à une application haute vitesse.