Le fait d'incliner le stator ou le rotor réduira-t-il davantage le cogging ?

Réponse courte : pour un angle de décalage électrique et une géométrie de machine identiques, le décalage du stator ou du rotor réduit le couple de cogging presque dans les mêmes proportions. Les principales différences résident dans le coût, la facilité de fabrication et les effets secondaires sur le couple et les pertes, et non dans la réduction brute du cogging.

De nombreux travaux universitaires traitent le biais comme un paramètre générique. Biais de la pile de stators, biais des aimants, biais des barres de rotors, les équations s'en moquent. Alors, si la physique est presque symétrique, pourquoi l'industrie continue-t-elle à biaiser davantage les rotors que les stators ?

Ce qui détermine réellement la réduction du cogging, et non le discours marketing

Le cogging provient de l'interaction entre les pôles des aimants permanents et les dents du stator. Vous le savez déjà. Ce qui importe pour le skew est simple, mais facile à ignorer lors des réunions de conception :

Si vous imaginez découper la machine axialement en plusieurs « mini-moteurs » minces, le décalage fait simplement tourner légèrement chaque tranche selon un angle électrique. Le couple de cogging total est la somme vectorielle de toutes ces tranches. Si vous décaler d'une période de cogging, l'harmonique principale de cogging peut être réduite à presque zéro, car chaque tranche se trouve à une phase différente et elles s'annulent.

C'est pourquoi le décalage complet du pas des encoches est si efficace : vous répartissez une harmonique liée à une encoche sur une plage de phase complète de 360° le long de la pile, transformant ainsi une grande sinusoïde en un bruit presque plat. Que le décalage provienne du rotor ou du stator ne change rien à cette image phasorielle tant que :

L'angle d'inclinaison mécanique est identique.

La distorsion est raisonnablement uniforme tout au long de la pile.

Vous n'avez pas introduit une asymétrie de saturation bizarre.

Ainsi, sur un modèle simulé propre, un décalage du rotor et un décalage du stator avec le même angle de décalage donneront des courbes de couple de cogging presque identiques et des réductions similaires de l'ondulation du couple. Des études récentes sur les machines à flux axial et à aimants permanents montés en surface confirment que le biais des encoches du stator et le biais des aimants donnent des réductions comparables en pourcentage lorsqu'ils sont réglés sur le même angle électrique, souvent 60-70% ou plus, et jusqu'à environ 73% avec des configurations avancées à double biais.

La véritable rupture se produit lorsque vous quittez le champ et entrez dans l'usine.

Décalage du rotor par rapport au décalage du stator dans la pratique

Voici d'abord le commerce sous une forme concise, puis nous le détaillerons.

Remarquez ce qui manque dans ce tableau : il n'y a pas de mention « celui-ci réduit toujours davantage le couple de cogging ». Pour un même angle de décalage électrique, la réduction du cogging est pratiquement nulle.

Pourquoi tout le monde continue à déformer le rotor

Il y a une bonne raison pour laquelle les directives de conception de l'AESA considèrent les rotors à cage d'écureuil inclinés comme la norme et précisent que l'inclinaison du stator est moins courante : les encoches inclinées du stator rendent l'insertion des bobines plus difficile et réduisent l'ouverture effective des encoches et leur section transversale. Il s'agit là d'un véritable casse-tête pour les fabricants, et pas seulement d'une note de bas de page.

Une fois que votre stator est incliné :

Les cales à fente deviennent des pièces non triviaux, qui ne sont pas disponibles dans le commerce.

Les équipements d'insertion automatique de bobines nécessitent soit des outils spéciaux, soit sont hors de question.

Le contrôle qualité des distances d'isolation et des décharges partielles devient plus délicat.

Le décalage du rotor, en revanche, est souvent « libre » une fois que vous vous êtes engagé à cLaminages de rotor sur mesure ou moulage sous pression. Il suffit de tordre le motif de fente dans le poinçonnage. Pas besoin de contorsions supplémentaires.

C'est pourquoi vous voyez :

Moteurs à induction avec barres de rotor inclinées comme pratique standard pour réduire le bruit et les ondulations de couple.

Machines PM avec aimants inclinés ou rotors à inclinaison progressive dans les formats à flux radial et axial, en particulier lorsque le bruit est un argument de vente.

Donc, si vous construisez un moteur industriel à flux radial classique et que vous avez le choix, l'inclinaison du rotor est généralement la première option à essayer. Non pas parce qu'elle élimine comme par magie davantage de cogging, mais parce qu'elle résout le même problème avec moins de difficultés.

Quand le décalage du stator reste le choix le plus judicieux

Il existe des conceptions où il est en fait plus facile de toucher le stator, ou où l'on souhaite que le rotor reste aussi simple et robuste que possible sur le plan mécanique.

Les machines à aimant permanent à commutation de flux linéaire en sont un bon exemple. Une étude MDPI de 2018 a comparé plusieurs structures de stator à décalage par paliers (trois paliers, deux paliers et deux paliers améliorés) et les a utilisées pour réduire la composante de force de cogging qui se comporte exactement comme le couple de cogging dans les machines rotatives. Dans cette architecture, le stator est de toute façon construit à partir de sections modulaires, ce qui facilite le déplacement ou le décalage de ces sections.

Il en va de même pour les machines à flux axial utilisant des dents de stator modulaires. Des travaux récents montrent que le décalage des dents opposées du stator selon un angle optimal peut réduire considérablement le cogging sans nécessiter de modifications importantes du rotor. Si votre stator est déjà composé de dents montées individuellement, leur décalage mécanique peut être la modification la moins intrusive.

Les astuces côté stator sont également très utiles lorsque :

Le rotor est une pièce solide essentielle à la sécurité (par exemple dans les machines à grande vitesse) et vous souhaitez avoir le moins possible de découpes, de gradins ou d'aimants segmentés.

Vous procédez déjà à l'emboîtement et à l'assemblage du stator de manière à éliminer presque totalement les petits décalages dentaires ou les décalages de pas.

Vous souhaitez avoir la possibilité d'« ajuster » le désalignement à un stade avancé du développement en échangeant les modules du stator plutôt que de réoutiller le rotor.

Dans ces cas, un décalage du stator ou un décalage des dents peut vous donner la même baisse du couple de cogging qu'un décalage du rotor, tout en conservant un rotor simple et solide.

Décalage par étape, décalage segmenté et problème du « décalage suffisant »

La théorie dit : décaler exactement d'une période de cogging et vous éliminez cette harmonique. La pratique dit : vous en payez le prix.

Le décalage réduit le facteur d'enroulement effectif pour la fondamentale, ce qui signifie un couple par ampère plus faible. Plus le décalage est important, plus la perte est importante. C'est pourquoi les études détaillées sur le décalage du rotor et de l'aimant aboutissent souvent à un décalage partiel, généralement une fraction du pas de la fente, qui équilibre la réduction du cogging et la perte de couple et d'efficacité.

Les travaux récents sont un peu plus créatifs :

Décalage segmenté ou « par paliers », où le rotor ou le stator est divisé axialement en deux ou trois paliers, chacun décalé d'une fraction du pas de la fente. La machine se comporte comme plusieurs petits moteurs boulonnés ensemble, et vous choisissez les angles des paliers pour annuler les pires harmoniques tout en conservant un outillage simple.

Aimants à double inclinaison, en particulier dans les moteurs à entrefer axial, où les segments d'aimants sont inclinés dans deux directions. Une étude réalisée en 2025 fait état d'une réduction d'environ 731 TP6T du couple de cogging et d'environ 601 TP6T de l'ondulation du couple avec de tels modèles, au prix d'une magnétisation plus complexe et d'un effort de fabrication plus important.

Arcs de rotor-fente inégaux et dentelures utilisés conjointement avec un léger décalage afin que vous n'ayez pas à trop vous appuyer sur l'angle de décalage seul.

Aucun de ces résultats ne dépend fortement du fait que le décalage soit placé sur le stator ou le rotor ; ils dépendent de la proximité entre votre décalage mécanique et la distribution de phase électrique idéale pour les harmoniques indésirables.

La question « quel est le degré d'inclinaison suffisant » trouve généralement sa réponse dans votre boucle d'optimisation : vous balayez l'angle d'inclinaison dans l'analyse par éléments finis, vous cartographiez le couple de cogging et le couple moyen par rapport à l'angle, puis vous choisissez le meilleur compromis. La question de savoir s'il faut déplacer l'acier du stator ou celui du rotor est presque un autre débat.

Une méthode pratique pour décider de quel côté pencher

Si l'on fait abstraction du langage de marque et que l'on considère cela comme un choix technique, le processus décisionnel se présente finalement comme suit, sous forme de mots plutôt que de liste de contrôle.

Commencez par vos contraintes de fabrication. Si le stator est déjà limité en termes de conception pour le remplissage des encoches, les dégagements d'isolation et l'enroulement automatisé, vous ne souhaitez généralement pas tordre ses encoches. Cela vous oriente vers le biais du rotor, ce qui correspond à la plupart des conceptions industrielles.

Examinez ensuite le rotor. Si votre rotor est une simple pile de lamelles pour un moteur à induction ou un rotor PM avec des aimants discrets en surface, le décalage est simple : ajustez le motif des fentes des lamelles ou segmentez les aimants et décaler-les par paliers. Le dispositif de magnétisation ou l'outil de moulage sous pression change une seule fois, et le tour est joué.

Si le rotor est soumis à des contraintes mécaniques ou trop coûteux à manipuler (par exemple, un rotor solide à grande vitesse, un modèle PM interne complexe ou un outillage existant que vous ne pouvez pas modifier), vous déplacez alors l'inclinaison vers le côté stator, en particulier si le stator est modulaire ou déjà segmenté.

Après cela, vous traitez le skew comme un mécanisme de contrôle du cogging parmi plusieurs autres. Les combinaisons de fentes/pôles, l'optimisation de l'arc des pôles magnétiques, l'encochage des dents, l'injection de courant anti-cogging, tous ces éléments peuvent fonctionner ensemble. Le skew atténue la géométrie ; le contrôle peut alors gérer l'ondulation de couple restante sans lutter contre une perturbation périodique importante.

L'essentiel est d'éviter de penser que « le biais du rotor = forte réduction, le biais du stator = faible réduction » ou l'inverse. Pour un même angle de biais, ils sont presque interchangeables du point de vue du couple de cogging. Ce qui change, c'est tout ce qui les entoure : le facteur d'enroulement, la fabrication, l'utilisation du cuivre, le coût des aimants et parfois l'intégrité mécanique.

Alors, lequel devriez-vous privilégier ?

Si vous vous intéressez uniquement à la réduction du couple de cogging et que vous conservez un angle de décalage et une topologie de machine fixes, il n'y a pas de gagnant incontestable. Le décalage du stator et du rotor offre presque le même pourcentage de réduction du couple de cogging ; les différences sont minimes et spécifiques à chaque cas.

Si vous vous souciez de la conception globale (coût, fabricabilité, densité de couple, pertes), alors :

La plupart des moteurs à flux radial conventionnels inclinent le rotor, car cela facilite la fabrication et réduit les contraintes sur le bobinage et le remplissage des encoches.

Le décalage du stator ou le décalage des dents devient intéressant lorsque le stator est modulaire ou facile à régler, ou lorsque le rotor est mécaniquement ou commercialement « hors limites ».

Et si vous utilisez déjà des modèles de décalage avancés, des rotors segmentés ou des dispositions de dents sophistiquées, le choix entre stator et rotor dépend généralement de la conception de votre chaîne de production, et non d'une réduction supplémentaire de quelques pourcents du couple de cogging.

La réponse honnête à la question posée dans le titre est donc un peu ennuyeuse, mais très utile : inclinez le côté que votre processus peut tordre à moindre coût, puis consacrez votre temps de conception à optimiser l'angle d'inclinaison et le reste de la géométrie. C'est là que se cachent les véritables gains.