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  • N dordre : 3251

    ECOLE CENTRALE DE LILLE UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE

    ECOLE NATIONALE DINGENIEURS DE TUNIS

    THESE

    Prsente en vue dobtenir le grade de

    DOCTEUR

    en

    Spcialit : Gnie Electrique

    par

    Lilia EL AMRAOUI

    DOCTORAT DELIVRE CONJOINTEMENT PAR LECOLE CENTRALE DE LILLE LUNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE

    ET L ECOLE NATIONALE DINGENIEURS DE TUNIS

    Titre de la thse :

    Conception Electromcanique dune gamme dactionneurs Linaires Tubulaires Rluctance Variable

    Soutenue le 18/12/2002 devant le jury dexamen :

    C. BROCHE Rapporteur M. ELLEUCH Rapporteur M. GASMI Rapporteur B. NOGAREDE Rapporteur G. SEGUIER M. BENREJEB

    Examinateur Examinateur

    P. BROCHET Examinateur F. GILLON Examinateur

    Thse prpare dans le laboratoire L2EP, lEcole Centrale de Lille sous la direction du Professeur Pascal BROCHET et dans lUnit de Recherche LARA Automatique, lEcole Nationale dIngnieurs de Tunis sous la direction du

    Professeur Mohamed BENREJEB

  • TABLE DES MATIERES

  • Table des matires _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    TABLE DES MATIERES

    INTRODUCTION GENERALE

    CHAPITRE I : CONCEPTION ET COMMANDE DES MOTEURS PAS A PAS

    I.1. INTRODUCTION ..................................................................................................................... 6I.2. DIFFERENTS TYPES ET SYSTEMES DE COMMANDE DES MOTEURS PAS A PAS .......................... 7

    I.2.1. Technologie des moteurs pas pas............................................................................ 7I.2.1.1. Moteurs pas pas rotatifs ..................................................................................... 7

    I.2.1.1.1. Moteur pas pas rotatifs rluctance variable........................................... 7I.2.1.1.2. Moteur pas pas rotatifs polariss.............................................................. 8

    I.2.1.2. Moteurs pas pas linaires................................................................................. 10I.2.1.2.1. Moteur pas pas linaire rluctance variable ........................................ 11I.2.1.2.2. Moteur pas pas linaires polariss.......................................................... 12

    I.2.1.3. Caractres spcifiques aux moteurs linaires ..................................................... 13I.2.1.3.1. Disposition de la partie mobile et du stator .............................................. 14I.2.1.3.2. Guidage ..................................................................................................... 16I.2.1.3.3. Entrefer ..................................................................................................... 16I.2.1.3.4. Effets dextrmits .................................................................................... 16

    I.2.2. Commande des moteurs pas pas ........................................................................... 16I.2.2.1. Fonctionnement pas entiers ............................................................................. 16

    I.2.2.1.1. Commande en mode 1 .............................................................................. 16I.2.2.1.2. Commande en mode 2 .............................................................................. 18

    I.2.2.2. Fonctionnement pas rduits ............................................................................. 19I.2.2.2.1. Commande en mode 3 .............................................................................. 19I.2.2.2.2. Commande en mode 4 .............................................................................. 20I.2.2.2.3. Commande en mode 5 .............................................................................. 21

    I.2.3. Conclusion ............................................................................................................... 21I.3. POSITION DU PROBLEME...................................................................................................... 23I.4. CONCEPTION DUN PROTOTYPE DE MOTEUR PAS A PAS LINEAIRE TUBULAIRE A RELUCTANCE VARIABLE............................................................................................................................ 24

    I.4.1. Principales approches de dimensionnement ............................................................ 24 I.4.1.1. Mthodes bases sur les rseaux de rluctances................................................. 24 I.4.1.2. Mthode des lments finis ................................................................................ 25 I.4.1.3. Conclusion.......................................................................................................... 26

    I.4.2. Dimensionnement dun prototype de moteur pas pas linaire par la mthode des rseaux de rluctances.............................................................................................. 26

    I.4.2.1. Approche de dimensionnement .......................................................................... 26 I.4.2.1.1. Modlisation par rseaux de rluctances .................................................. 26 I.4.2.1.2. Calcul de force .......................................................................................... 28

    I.4.2.2. Dtermination des caractristiques de construction ........................................... 35 I.4.2.2.1. Disposition gnrale.................................................................................. 35 I.4.2.2.2. Choix de la denture ................................................................................... 36 I.4.2.2.3. Choix du nombre de modules stator ......................................................... 38 I.4.2.2.4. Choix de la sparation entre les modules stator........................................ 42 I.4.2.2.5. Forme gnrale de la machine .................................................................. 43

    _____________________________________________________________________________________________________ 1

  • Table des matires _____________________________________________________________________________________________________

    I.4.2.3. Dimensionnement dun premier prototype......................................................... 47 I.4.2.3.1. Dimensionnement axial ............................................................................ 47 I.4.2.3.2. Dimensionnement radial ........................................................................... 47 I.4.2.3.3. Rcapitulatif des dimensions du prototype ............................................... 48

    I.5. CONCLUSION....................................................................................................................... 50

    CHAPITRE II : METHODOLOGIE PROPOSEE POUR LA CONCEPTION OPTIMISEE

    II.1. INTRODUCTION .................................................................................................................. 51 II.2. DIMENSIONNEMENT PAR RESEAUX DE RELUCTANCES-NECESSITE DAFFINEMENT DU MODELE............................................................................................................................. 52

    II.2.1. Modle Linaire...................................................................................................... 53 II.2.2. Prise en compte de la saturation ............................................................................. 55 II.2.3. Prise en compte des fuites dencoche..................................................................... 56 II.2.4. Couplage et Dimensionnement thermique ............................................................. 58 II.2.5. Prdetermination des performances de la machine ................................................ 59

    II.2.5.1. Distribution des flux.......................................................................................... 59 II.2.5.2. Rluctance dentrefer ........................................................................................ 61 II.2.5.3. Calcul de la force statique ................................................................................. 61

    II.3. CARACTERISATION DE LA MACHINE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS ...................... 63 II.3.1. Introduction ............................................................................................................ 63 II.3.2. Estimation des performances de la machine .......................................................... 63

    II.3.2.1. Formulation du problme magntostatique....................................................... 64 II.3.2.2. Distribution des flux magntiques .................................................................... 65 II.3.2.3. Rluctance dentrefer ........................................................................................ 67 II.3.2.4. Calcul de force de pousse................................................................................ 67

    II.3.2.4.1. Dtermination de la force par le tenseur de Maxwell.............................. 67 II.3.2.4.2. Calcul de la force en utilisant la conergie.............................................. 75 II.3.2.4.3. Comparaison des deux mthodes bases sur les rsultats lments finis 76

    II.3.3. Comparaison du modle rseau de rluctances au modle elements finis ............. 78 II.3.3.1. Introduction ....................................................................................................... 78 II.3.3.2. Comparaison des flux........................................................................................ 79 II.3.3.3. Comparaison des rluctances dentrefer

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