actionneurs développés par Moving Magnet Technologies

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DossierÉLECTROTECHNIQUE DU FUTURFigure 1. Actionneur rotatif ultra rapide.extrêmes. Il est constitué d’une palette se déplaçant angulairemententre deux stators excités par des bobines.La pulsation propre du système s’écrit alors :avec T 0 la période propre du système mécanique, K la raideurtotale du système élastique et J le moment d’inertietotal de l’ensemble mobile. Cette inertie est constituée del’inertie de la palette, de celle de la charge et de l’inertiedynamique des ressorts constituant le système élastique.Le temps théorique de parcours pour passer d’une positionà l’autre noté T transition est donné par l’expression suivante,lorsqu’aucun courant ne parcourt les bobines :2.2. Dimensionnement de l’actionneurLe temps de transition imposé par l’application estdéfini par la raideur et par l’inertie totale du système,notamment l’inertie de la palette. Or la palette définit aussile couple qu’il est possible de générer avec l’actionneur. Cedernier doit pouvoir compenser le couple de rappel du systèmeélastique en minimisant l’énergie électrique requise.Le dimensionnement de ce type d’actionneur est itératif :une consommation réduite implique des dimensions depalette généreuses ; or une palette trop généreuse impliqueà son tour des ressorts très raides pour satisfaire le temps detransition donné, ce qui se traduit par un couple d’actionneurrequis plus important pour vaincre celui des ressortsimpliquant finalement une consommation plus élevée…S’ajoute à ce processus la relation liant raideur et inertietotale au travers de l’inertie dynamique des ressorts.2.3. Circuit magnétiqueLa structure magnétique repose sur deux stators en« W ». Sur les branches périphériques sont intégrées deuxpaires de bobines qui forment deux phases {A+B} et{C+D}. Sous l’effet des ressorts, la palette de l’actionneurrepose dans sa position d’équilibre stable en positioncentrale comme représenté en figure 2. Avec courant, ilexiste deux positions d’équilibre stables en bout de coursedont une est représentée en figure 3. Dans ces positions,on peut exprimer le couple de collage généré par l’actionneurpar l’expression :avec Γ c le couple de collage [N m]B sat l’induction dans l’entrefer [T]μ 0 la perméabilité magnétique du vide [H/m]L la demi-longueur de l’armature [m]e la largeur du pôle [m]L c la largeur de la bobine [m]S la section du pôle [m 2 ]On peut alors dimensionner au mieux les différentsparamètres géométriques de l’actionneur en fonction ducouple de collage souhaité et grâce à la saturation admissiblepar le matériau doux utilisé. Pour atteindre laseconde position stable, on diminue le courant de la phase{A+B}, l’induction dans l’entrefer chute et le couple derappel du système élastique devient alors supérieur aucouple de collage. L’armature se déplace ainsi vers laseconde position d’équilibre avec courant. Pour capturerl’armature, il est nécessaire d’apporter une énergie suffisantevia la phase {C+D} pour contrebalancer les pertes.On peut alors passer alternativement d’une position àl’autre au moyen d’une séquence d’alimentation telle quecelle décrite en figure 4. Nous constatons sur cette figurela présence d’un courant de capture et d’un courant demaintien ; ce dernier, plus faible, permet d’optimiser la2REEN° 4Avril 2008
■Actionneur rapides polarisés, ou non, à reluctance variable pour groupe motopropulseur ■Figure 2. Circuit magnétique de l’actionneur.Figure 3. Position stable avec courant sur {A+B}.Figure 4. Séquence d’alimentation des 2 phases.Figure 5. Induction magnétique au collage (FLUX2D).consommation d’énergie électrique de l’actionneur.Pour de faibles entrefers, on peut approximer l’induction dansl’entrefer par l’expression (5) qui conduit alors au couplede l’actionneur en fonction de la course donnée par l’expression(6) :REEN° 4Avril 20083
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