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5 • Convertisseurs à effets électromagnétiques
aux machines électromagnétiques se focalisent le plus souvent sur les technologies
donnant lieu aux plus larges développements [63][64][65]. Il convient cependant de
souligner que ces technologies font encore l’objet d’innovations significatives, grâce
notamment aux progrès constants réalisés dans le domaine des matériaux (aimants
permanents, composites magnétiques, supraconducteurs, etc.). Aussi, en amont des
structures finalisées, l’objectif du présent chapitre vise-t-il essentiellement à dégager
les principaux concepts sur lesquels reposent la conception et le fonctionnement des
convertisseurs à effets électromagnétiques.
Les modalités pratiques liées à la transmission des forces entre deux sources magnétiques séparées par un entrefer sont tout d’abord examinées. La problématique
centrale que constitue la production de champs glissants ou tournants, à partir d’armatures fixes ou mobiles, est ensuite analysée. Les principaux concepts de structures
opérationnelles sont alors répertoriés en s’appuyant sur les notions de sources « produite » ou « induite » définies au paragraphe 4.2.5. Une brève analyse des conditions
de pilotage du convertisseur et les techniques qui s’y rapportent en termes de commutations électromécanique ou électronique sont enfin abordées.
5.1 COUPLAGE DE SOURCES MAGNÉTIQUES
À TRAVERS UN ENTREFER
5.1.1 Principales topologies
Le couplage exploité dans les machines et actionneurs à effets électromagnétiques
repose sur les actions mécaniques réciproques subies « à distance » par des sources
situées de part et d’autre d’un entrefer. Formant les armatures du convertisseur, ces
sources pourront être indifféremment constituées de milieux aimantés ou de conducteurs parcourus par des courants.
Selon un premier niveau d’analyse, la nature des forces produites dans le champ
électromagnétique (cf. § 2.4.6) conduit à distinguer deux principaux types d’actions.
Comme l’illustre la figure 5.1, le couplage mis en jeu sera normal si l’on exploite un
degré de liberté d’axe perpendiculaire à l’interface séparant les deux armatures. On
parlera de couplage tangentiel lorsque le déplacement s’effectue par « cisaillement »
de l’entrefer. Dans le premier cas, les forces développées sont de nature attractive
lorsque le champ dans l’entrefer est principalement dirigé selon un axe perpendiculaire au plan d’interface (cf. tableau 2.4). Elles sont répulsives dans le cas d’une
configuration de champ tangente à ce même plan (cas de la figure 5.1 (a)). De même,
pour un couplage en mode tangentiel, la mise en jeu d’un champ d’axe oblique permettra, selon son sens d’inclinaison, de produire des efforts de signes opposés.
De par les limitations de course qu’il introduit par principe, le couplage normal
concerne essentiellement les dispositifs à débattements limités. Il est notamment
utilisé dans les électroaimants qui actionnent les relais et contacteurs électriques.
5 • Convertisseurs à effets électromagnétiques
aux machines électromagnétiques se focalisent le plus souvent sur les technologies
donnant lieu aux plus larges développements [63][64][65]. Il convient cependant de
souligner que ces technologies font encore l’objet d’innovations significatives, grâce
notamment aux progrès constants réalisés dans le domaine des matériaux (aimants
permanents, composites magnétiques, supraconducteurs, etc.). Aussi, en amont des
structures finalisées, l’objectif du présent chapitre vise-t-il essentiellement à dégager
les principaux concepts sur lesquels reposent la conception et le fonctionnement des
convertisseurs à effets électromagnétiques.
Les modalités pratiques liées à la transmission des forces entre deux sources magnétiques séparées par un entrefer sont tout d’abord examinées. La problématique
centrale que constitue la production de champs glissants ou tournants, à partir d’armatures fixes ou mobiles, est ensuite analysée. Les principaux concepts de structures
opérationnelles sont alors répertoriés en s’appuyant sur les notions de sources « produite » ou « induite » définies au paragraphe 4.2.5. Une brève analyse des conditions
de pilotage du convertisseur et les techniques qui s’y rapportent en termes de commutations électromécanique ou électronique sont enfin abordées.
5.1 COUPLAGE DE SOURCES MAGNÉTIQUES
À TRAVERS UN ENTREFER
5.1.1 Principales topologies
Le couplage exploité dans les machines et actionneurs à effets électromagnétiques
repose sur les actions mécaniques réciproques subies « à distance » par des sources
situées de part et d’autre d’un entrefer. Formant les armatures du convertisseur, ces
sources pourront être indifféremment constituées de milieux aimantés ou de conducteurs parcourus par des courants.
Selon un premier niveau d’analyse, la nature des forces produites dans le champ
électromagnétique (cf. § 2.4.6) conduit à distinguer deux principaux types d’actions.
Comme l’illustre la figure 5.1, le couplage mis en jeu sera normal si l’on exploite un
degré de liberté d’axe perpendiculaire à l’interface séparant les deux armatures. On
parlera de couplage tangentiel lorsque le déplacement s’effectue par « cisaillement »
de l’entrefer. Dans le premier cas, les forces développées sont de nature attractive
lorsque le champ dans l’entrefer est principalement dirigé selon un axe perpendiculaire au plan d’interface (cf. tableau 2.4). Elles sont répulsives dans le cas d’une
configuration de champ tangente à ce même plan (cas de la figure 5.1 (a)). De même,
pour un couplage en mode tangentiel, la mise en jeu d’un champ d’axe oblique permettra, selon son sens d’inclinaison, de produire des efforts de signes opposés.
De par les limitations de course qu’il introduit par principe, le couplage normal
concerne essentiellement les dispositifs à débattements limités. Il est notamment
utilisé dans les électroaimants qui actionnent les relais et contacteurs électriques.