Le moteur hybride

Il tiendrait ce nom car ce serait un mélange de moteur à aimant permanent et de moteur à réluctance variable. Je pense plutôt que cela vient du fait que de la forme du rotor dentelé qui peut rappeler le moteur à réluctance variable. A la limite, le stator non alimenté se comporte comme le rotor d'un réluctance variable alimenté, exactement comme le moteur à aimant permanent. Au niveau du fonctionnement, il n'a pas de différence entre un moteur hybride et un moteur à aimant permanent, les pôles opposés du rotor et du stator se mettent en face.

Au dessus démonté, c'est un Nema17. Ce terme désigne une famille de moteurs qui ont normalisé certaines dimensions. Mais dans cette famille on trouve des moteurs hybrides de différentes profondeurs, de différentes forme d'axe, de différents couples, de différentes types de bobinages (unipolaires, bipolaires).

Les petites tôles embouties du moteur à aimant permanent, c'est mignon, mais le nombre de pas est insuffisant. Pour faire un moteur 200 ou 400 pas par tour, il va falloir trouver autre chose. Je vais prendre l'exemple du Nema17 ci-dessus. Reprenons ce que nous avions vu: N pas par tours, N pôles statoriques, N/2 pôles rotoriques, 2 phases. Les pôles au stator sont décalés d'un pas, et au rotor de 2 pas. Si je veux avoir 200 pas par tour, il me faut:
- 2 phases (on aura toujours 2 phases)
- 1,8° par pas (360°/200 pas)
- 200 pôles au stator, décalage entre deux pôles: 2 pas (3,6°) et comme un pôle sur deux est un nord et l'autre un sud, le décalage entre deux pôles nord (ou sud) est de 4 pas
- 100 pôles rotoriques décalés de 2 pas, les pôles nord étant espacés de 4 pas, ainsi que le pôles sud. Mais si, on va arriver à mettre autant de pôles!).

Commençons par le rotor. 100 pôles rotoriques, c'est 50 pôles nord et 50 pôles sud régulièrement espacés. Comme cela fait beaucoup de monde, on va ranger les nord d'un coté, les sud de l'autre, l'aimant se trouvant "au milieu". Pour faire 50 pôles nord on va utiliser 50 dents d'un côté, et pour les 50 pôles sud, on aura 50 dents en bas. Ci-contre le rotor avec les couleurs rouge pour les nord et bleu pour les sud. On remarque de les sud sont bien au milieu des nord. 4 pas, soit 7,2° est l'angle séparant deux pôles (dents) nord ou deux pôles sud, 2 pas soit 3,6° est le décalage entre les dents nord et sud.

Pour le stator, cela se complique un peu. On devrait avoir 200 pôles en tout, soit 100 pôles par phase, soit encore 50 pôles nord pour une phase. Ces pôles doivent être répartis régulièrement. A un moment donné, on pourrait avoir un pôle nord du stator en face de chaque pôle sud du rotor, vu qu'il y en a autant. Cela correspond aussi au modèle que l'on a vu au tout début! Je vais m'intéresser à ce moment précis et pour l'instant uniquement aux pôles nord d'une des deux phase (après on s'occupera de l'autre pôle et de l'autre phase). Voici ce que cela donne (passez la souris sur l'image pour agrandir).

On oubliera pas que le rotor est en deux morceaux, décalés de 2 pas, mais que les dents du stator font toute la hauteur du rotor. Dans un premier temps, nous allons voir ce qui se passe en haut.

← Il y a donc 50 dents (ou petits pôles) sud du stator qui attirent 50 dents nord du rotor. Comme on n'a pas de place pour faire 4 galettes (2 phases et 2 pôles par phases soit 4 ensembles de pôles à loger), on se dit que si il manquait des dents, il y aurait moins de couple, mais que cela fonctionnerait quand même. On va donc au stator, ne laisser que 12 dents sur les 50. Par raison de symétrie, on va en mettre 6 d'un côté et 6 l'autre. Voici à gauche ce que cela donne. On a pris 12 dents en tout parce que c'est divisible par 2 (on en met autant de chaque côté) et que si on veut mettre les 4 pôles sur 50 dents, cela fait maximum un maximum de 6. Si on en avait mis que 5, cela aurait fonctionné, avec un peu moins de couple, et de la place inutile. Autant remplir au maximum, mais des moteurs avec 5 dents existent aussi.

→ Maintenant on a fait de la place, on peut y mettre l'autre pôle (nord) de la même phase. Mais du fait qu'il y a au rotor 50 dents, si on met les dents perpendiculairement aux précédentes, elle ne vont pas être en face des dents du rotor. Elles vont même être au milieu, en face d'un trou. Voir schéma à droite. Et cela tombe bien car placés ainsi, comme c'est une dent nord et que le rotor est nord, chaque petite dent repousse les deux dents sud de chaque côté. Elles vont ainsi servir a augmenter le couple. Il ne faut pas oublier ce qui se passe en bas. Les pôles du stator descendent jusqu'en bas du rotor, mais les dents du rotor sont décalées par rapport à celles du haut. Et en bas, les dents sud du rotor vont se trouver en face des dents nord du stator, ce qui va faire du couple possible, et les petits dents sud du stator vont être au milieu de leurs équivalentes au rotor. C'est comme en haut, et tout est symétrique.

← On a laissé la place pour mettre l'autre phase, qui va donc se retrouver décalée d'un pas, c'est à dire 1/4 de dent nord du rotor.

Quelques caractéristiques au final:
- le fonctionnement est exactement le même que pour l'autre type de moteur.
- au rotor les dents sont placées régulièrement avec un angle correspondant à 4 pas. Pour N pas, on a N/4 dents sur chaque galette.
- au stator, les dents sont aussi espacés du même angle correspondant à 4 pas. Pour une phase, entre les pôles opposés sont décalés de 2 pas.
- comme on ne peut pas faire des demis-dents au stator, il y a moins de dents au stator, mais le nombre de pas ne dépend pas de la différence du nombre de dents entre rotor et stator.

Voici une petite animation pour un moteur 200 pas par tour:

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