LAPOTRE Blaise

Pour répondre aux contraintes liées aux applications des machines tournantes très hautes vitesses, les paliers magnétiques actifs ont été développés et sont actuellement utilisés dans le monde industriel. Cette technologie permettant la lévitation des parties tournantes évite tout frottement, ainsi elle a permis de répondre à la majeure partie des contraintes en termes de vitesse, usure, continuité de fonctionnement, propreté... Pour autant, son encombrement et son coût constituent des freins majeurs à leurs développement. Ce travail porte sur une solution alternative permettant de réunir dans un même système la fonctionnalité d'un moteur électrique et d'un palier magnétique actif. Cette solution est appelée moteur auto-lévité "bearingless motor". Cette thèse propose, après un rappel du fonctionnement des paliers magnétiques actifs, de réunir, développer et valider expérimentalement l'ensemble des modèles nécessaires au dimensionnement d'un moteur auto-lévité à aimants permanents avec ses convertisseurs statiques. Dans un premier chapitre, les principes de base du fonctionnement des paliers magnétiques actifs est abordé. Puis, un état de l'art des moteurs auto-lévités est présenté permettant ainsi de déterminer la topologie la plus adaptée pour remplacer les paliers magnétiques dans des applications hautes vitesses. Dans un second chapitre, des modèles magnétiques spectraux sont développés en tenant compte des différents harmoniques spatiaux de l'induction et de leurs sources. Les interactions des différents harmoniques spatiaux sont alors mises en évidence et quantifiées afin d'identifier leurs contributions à la force et à ses ondulations. De plus, il est montré comment le décentrement du rotor agit sur le contenu spectral de l'induction d'entrefer. L'ensemble de ces informations permet alors de choisir et dimensionner le circuit magnétique pour minimiser les ondulations de forces dans les moteurs auto-lévités à aimant permanent. Dans le troisième chapitre, un modèle externe spécifiquement dédié aux machines auto-lévitées est développé. L'évolution des paramètres en fonction de l'état du système sont déterminés à partir des modèles magnétiques précédemment développés. Ce modèle permet alors de choisir un convertisseur statique et une stratégie de commande adaptées. Cette étude permet alors de choisir le bobinage minimisant les contraintes sur le convertisseur statique. Pour finir dans un quatrième chapitre, un prototype spécialement conçu a été dimensionné et réalisé afin de valider les principes théoriques énoncés lors de cette thèse. Le principe de base de l'auto lévitation a pu être mis en œuvre et validé. Dans un second temps les harmoniques de force ont été identifiés expérimentalement, leurs suppressions a été possible grâce à une commande adaptée basée sur les modèles magnétiques précédemment établis. Cette thèse constitue une avancée intéressante sur la modélisation fine des moteurs auto-lévités. Elle permet de réunir l'ensemble des informations nécessaires à un dimensionnement optimal et à la commande de ces machines.