Cet article établit une comparaison des différents types d'actionneurs électromagnétiques, notamment en termes de couple. Les lois de similitude qui permettent d'établir ces comparaisons sont également présentées. Et d'autres paramètres, moins prépondérants, tels que l'inductance, la vitesse maximale, les pertes, ou encore l'encombrement et le coût, viennent compléter ces comparaisons. Il est important de noter que ces comparaisons restent plus qualitatives que quantitatives, pour pouvoir demeurer assez globales.
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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)
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)
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
L es critères de classification définis dans « Actionneurs électromagnétiques. Classifications topologiques » Actionneurs électromagnétiques- Classification topologique permettent de distinguer, d’un point de vue structurel, les différents actionneurs. Ces critères portent sur cinq domaines :
la source d’excitation (moteur synchrone, moteur asynchrone...) ;
le bobinage de puissance (champ tournant, bobinage global) ;
les autres critères liés aux sources magnétiques (champ homopolaire, source déportée) ;
l’alimentation électrique (alimentation à fréquence fixe, commutateur mécanique...) ;
La très grande diversité des architectures ne simplifie pas le travail des concepteurs. Lors du choix d’une topologie, de nombreux facteurs interviennent. Certains sont directement imposés par le cahier des charges :
la nature du déplacement (linéaire, rotatif...) ;
le nombre de phases de l’actionneur ;
la fréquence d’alimentation (fréquence variable ou fréquence fixe) et le type de commande (alimentation en boucle ouverte ou en boucle fermée).
Il reste cependant de nombreux domaines à définir. C’est le cas de la source de l’excitation ou du bobinage de puissance. Pour ceux-là, les éléments de comparaison sont :
le couple électromagnétique ;
l’encombrement ou la masse ;
le coût de l’actionneur ;
la vitesse maximale de rotation ;
le rendement, etc.
Parmi ces éléments de comparaison, le couple électromagnétique (ou la force pour les actionneurs linéaires) et l’encombrement (ou la masse) tiennent une place prépondérante dans un dimensionnement. Nous allons donc établir une comparaison simplifiée entre les différentes familles d’actionneurs, sur la base de ces éléments. Pour pouvoir comparer les performances des différents actionneurs électromagnétiques en terme de couple, nous allons établir des lois de similitude . Ces lois permettent d’estimer l’évolution des performances d’un actionneur en fonction d’une grandeur caractéristique
. Nous avertissons cependant le lecteur de l’objectif plus qualitatif que quantitatif de ces analyses, nécessairement globales donc insuffisamment précises.
Dans cette comparaison, les actionneurs unipolaires seront laissés à l’écart. En effet, ces actionneurs, qui n’ont qu’une seule « spire » électrique (autant de contacts glissants que de spires), sont soumis à des forces électromotrices très faibles. Pour obtenir des performances satisfaisantes, ils doivent donc être alimentés par des courants de très grande intensité. C’est notamment la raison pour laquelle on en a souvent fait des générateurs très basse tension, très fort courant. Cela est extrêmement problématique car ces courants doivent traverser les contacts glissants entre les deux parties mobiles. C’est la principale raison qui explique leur très faible développement.
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(1) -
JUFER (M.) et coll -
Laws governing the size reduction of electromechanical transducers with applications to step motors.
-
Department of electrical engineering, university of Illinois, Urbana-Champaign (1974).
(2) -
STATON (D.), SOONG (W.), MILLER (T.J.) -
Unified theory production in switched reluctance and synchronous reluctance motors.
-
IEEE Transactions on industry applications, 31 (mars-avr. 1995).
(3) -
GERGAUD (O.), CAVAREC (P.E.), BEN AHMED (H.) -
Two and three dimensional magnetic modeling of a permanent magnets linear actuator.
-
ICEM 2002, Bruges, Belgique (25 août 2002).
(4) -
JUFER (M.) -
Performances limites des entraînements directs.
-
CEMD 99, La Conversion Électromagnétique Directe (4 fév. 1999).
(5) -
MULTON (B.), LUCIDARME (J.), PREVOND (L.) -
Analyse des possibilités de fonctionnement en régime de désexcitation des moteurs à aimants permanents.
-
Journal de Physique III, p. 623-640 (mai 1995).
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. Nous avertissons cependant le lecteur de l’objectif plus qualitatif que quantitatif de ces analyses, nécessairement globales donc insuffisamment précises.
