Implémentation de résistances de contact en 2-D dans un circuit équivalent. Thermique d’une encoche statorique d’un moteur électrique

Les moteurs électriques à grande vitesse présentent une densité de puissance massique très élevée, avec des contraintes thermiques sévères. De plus, les conditions d’alimentation du moteur électrique par le convertisseur de puissance ainsi que sa commande influent considérablement sur les pertes Joule dans le bobinage, les pertes fer et les pertes dans les aimants permanents. L’analyse du comportement thermique d’un moteur, permettant l’évaluation des températures maximales atteintes par les matériaux, s’avère cruciale pour garantir ses performances et sa fiabilité. Le comportement thermique du moteur électrique peut être évalué à l’aide de méthodes numériques de type CFD (Computational Fluid Dynamics). Ces modèles, bien que puissants, présentent une complexité dans leur implémentation, nécessitent des ressources de calcul importantes, et sont généralement restreints aux phases de développement préliminaires. Cette étude présente le développement d’un circuit équivalent thermique en 2D et son application à une encoche statorique de moteur électrique. Le modèle permet de créer une géométrie en décomposant cette dernière en plusieurs régions. Les matériaux qui les composent sont considérés comme anisotropes et indépendants de la température, tandis que les sources de chaleur sont constantes et uniformes. Les transferts radiatifs sont négligés. Les conditions limites imposées aux frontières de l’ensemble peuvent être de différents types, telles qu’une température imposée, une convection avec un coefficient d’échange h et une température ambiante, ou une densité de flux. L’apport de ce modèle réside dans l’intégration des résistances de contact thermiques bidimensionnelles (r, hetaheta) qui peuvent être utilisées pour simuler un élément de faible épaisseur, permettant ainsi de réduire le maillage et donc le temps de calculs. Ces résistances peuvent également être utilisées pour introduire des lames d’air sur des surfaces de contact entre différentes régions, afin de se rapprocher de conditions expérimentales remettant en question l’hypothèse du contact parfait. L’un des cas présentés dans l’article concernera la simulation d’une fine couche isolante autour de la bobine par le biais de l’analogie des résistances de contact. Les résultats obtenus seront comparés à ceux issus d’une modélisation CFD en 3D simulant réellement cette couche isolante.