L'analyse thermique d'un moteur électrique ne commence pas par connaître la perte totale — elle commence par savoir où la perte naît.
Les termes de perte se comportent différemment
Pertes cuivre (de bobinage). Croissent avec le carré du courant. Dominantes à fort couple et basse vitesse. Elles naissent à l'intérieur du bobinage et doivent traverser l'isolation et le remplissage d'encoche pour sortir.
Pertes fer. Croissent avec la fréquence. Deviennent dominantes à haute vitesse. Elles naissent réparties dans les tôles du stator.
Pertes d'aimants et de rotor. Elles naissent sur le rotor et constituent la chaleur la plus difficile à évacuer : le rotor tourne, et son contact avec l'extérieur passe par l'entrefer et les paliers. Dans les machines à aimants permanents, la température est un critère critique, car à chaud les aimants perdent irréversiblement leur aimantation.
Une analyse correcte prend la perte non comme un total fixe mais comme une distribution dépendant du point de fonctionnement.
Les goulets du chemin thermique
- Isolation encoche-dent. La plus grande résistance thermique sur le chemin du bobinage au paquet de tôles se situe généralement ici ; la conductivité du matériau de remplissage et sa fraction de vides fixent directement la température du bobinage.
- Contact paquet-carter. Une résistance de contact qui dépend de l'ajustement serré et reste sensible à la tolérance de fabrication.
- L'entrefer. Mince et tournant ; c'est le chemin de la chaleur du rotor vers le stator, et il dépend de la vitesse.
- Les têtes de bobines. Hors du paquet, avec un refroidissement différent — et souvent le point le plus chaud.
Décisions de modélisation
Le problème est conjugué : les régions solides dominent, l'écoulement est secondaire mais déterminant.
Résoudre le bobinage fil par fil n'est pas praticable ; on le représente comme une région homogène de conductivité anisotrope équivalente — élevée le long de l'axe (cuivre), faible en travers (isolation).
La grandeur recherchée est généralement transitoire : de combien la température du bobinage monte sous une surcharge brève. Cela exige que la masse thermique soit correctement définie.
Références
- JEDEC Solid State Technology Association. JESD51 — Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages (Single Semiconductor Device).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605