Design of double excitation innovative structure for automotive alternator applications : comparison with conventional structures
Dimensionnement d'une machine à double excitation de structure innovante pour une application alternateur automobile : comparaison à des structures classiques
Résumé
The increase of electrical power demand in vehicles and requirements for machines for hybrid vehicles encouraged to explore alternative structures of machines to the claw pole alternator. Here, an innovative structure with double parallel excitation has been studied for the alternator needs. The introduction of the magnets provides a huge increasing of power, it has been highlighted by comparing this structure to a conventional salient pole machine, the power has been squarely lined. The specification fixed (3.2 kW) for this study was achieved without difficulties. The double excitation chosen allows the flux weakening, and therefore the output control with a simple diode bridge rectifier. The experimental and theoretical study has shown the effectiveness of the flux control by rotor current and without any risk of demagnetization of magnets. The experimental comparison in the same dimensions with a claw pole structure with interpolar magnets shows the supremacy of this latest one. In output due to its global excitation coil allowing more ampere turns, and in efficiency for low power due to its total and local field weakening. However, for high power, the double excitation machine, with its two dimensional structure, has more efficiency due to its low iron loss. Further study may show a good positioning of this structure for engine applications in hybrid vehicles. A little comparison of performance with the claw pole machine showed that this one is not automatically better
L'augmentation de la demande d'énergie à bord des véhicules et les besoins en machines de traction pour les véhicules hybrides incite à étudier d'autres structures de machines que l'alternateur à griffes. Ici, une structure à double excitation parallèle innovante à été étudiée pour le besoin alternateur. L'introduction des aimants apporte un surplus considérable de puissance, ceci a été mis en évidence en comparant cette structure à une machine à pôles saillants bobinés classique, la puissance a été carrément doublée. Le cahier des charges (3,2 kW) pour cette étude a été atteint sans difficultés. Le principe de double excitation choisi permet le contrôle du flux, et donc du débit avec un simple pont redresseur à diodes. L'étude théorique et expérimentale a montré l'efficacité de la désexcitation par le courant rotor et sans risque de démagnétisation des aimants. La comparaison expérimentale et à iso-encombrement avec une structure à griffes à aimants interpolaires montre la suprématie de cette dernière, en puissance grâce à sa bobine d'excitation globale permettant plus d'ampères tours, et en rendement en faibles puissances grâce à son défluxage total et local. Néanmoins, pour les fortes puissances, la machine à double excitation, de part sa structure bidimensionnelle, ayant moins de pertes fer, à plus de rendement. Une étude plus poussée pourra montrer le positionnement de cette structure pour les applications moteur dans les véhicules hybrides. Une petite comparaison de performances avec la machine à griffes a montré que cette dernière n'est pas automatiquement la meilleure.
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