Ces dernières années, l'application des moteurs synchrones à aimants permanents (PM) dans les véhicules électriques a augmenté rapidement. Cela est principalement dû au fait que les PMSM peuvent atteindre des vitesses plus élevées que les moteurs à induction à courant alternatif conventionnels. Cependant, le fonctionnement à grande vitesse des PMSM pose plus de défis dans la conception électromagnétique, la gestion thermique et la structure mécanique. Afin d'améliorer l'efficacité et la densité de puissance des PMSM, un certain nombre de techniques ont été développées. Celles-ci incluent l'optimisation de la perte du noyau de fer, l'amélioration de l'intensité de l'induction magnétique et des composants harmoniques de différentes positions dans le noyau de fer, la réduction de la consommation de cuivre en adoptant la structure d'enroulement toroïdal et la minimisation du nombre de tours sur l'enroulement d'extrémité.
Le défi le plus important dans le développement de PMSM à grande vitesse est de réduire la perte de noyau de fer du rotor. A cet effet, diverses mesures telles que l'ajustement de la largeur d'ouverture de l'encoche du stator, l'optimisation de l'ajustement de l'encoche polaire, l'utilisation d'une encoche oblique et d'un coin d'encoche magnétique ont été proposées [1]. Cependant, ces méthodes ne peuvent qu'affaiblir les pertes par courants de Foucault dans le rotor mais ne peuvent pas les réduire complètement. De plus, ils nécessitent des systèmes de contrôle complexes et coûteux.
Un autre enjeu important est d'améliorer la stabilité des PMSM à grande vitesse. A cet effet, l'utilisation de roulements sans contact est une solution efficace. Parmi ceux-ci, les paliers à air et les paliers à lévitation magnétique sont les plus prometteurs. Par rapport aux roulements à billes, ces roulements sans contact peuvent supporter le rotor à une masse beaucoup plus faible et peuvent fonctionner à des vitesses plus élevées. Néanmoins, leur coût est encore prohibitif.
Pour réduire davantage la perte de fer du rotor des PMSM, il est nécessaire d'optimiser les paramètres d'installation des aimants permanents. Ceci peut être réalisé en appliquant une nouvelle méthode d'analyse et d'optimisation de la distribution des courants de Foucault des circuits magnétiques. Cette méthode utilise une combinaison du modèle d'éléments finis et d'un modèle physique simplifié. Le modèle résultant convient au calcul du champ de température d'un HSPMM de type V à double couche dans diverses conditions.
Contrairement aux recherches précédentes, qui se concentraient sur la modification des structures du rotor et du stator ou sur le mode de refroidissement pour abaisser la température de fonctionnement du HSPMM, cette méthode ne nécessite aucun changement structurel. Il vise également à réduire les pertes de cuivre et de fer en modifiant les paramètres d'installation des aimants permanents. De plus, les résultats de cette méthode ont été vérifiés en comparant les modèles électromagnétiques du HSPMM avec ceux de l'ETCM. Comme le montre la Fig. 7, la précision de convergence entre FEA et MEC est supérieure à 0,95, ce qui signifie que cette méthode peut faire gagner beaucoup de temps dans le processus de calcul électromagnétique des HSPMM. De plus, la précision convergée a également été vérifiée avec les résultats expérimentaux d'un modèle de test. Ces résultats indiquent que la méthode ETCM et la méthode d'optimisation du champ de température proposées dans cet article sont fiables et efficaces.
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