Etude et développement d'une méthodologie de réduction de tests et d'estimation de la fiabilité de moteurs de faible puissance

par Alexandre Eme

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Didier Chamagne.

Soutenue en 2006

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse présente une méthodologie permettant de remonter à l’estimation de la fiabilité de deux actionneurs électriques de faible puissance (Groupe Moto-Ventillateur). Généralement, pour déterminer la fiabilité d’un système, une méthode statistique (diagramme de fiabilité, lois de survie) très gourmande en essais peut être utilisée. Faute d’essais suffisants, les méthodes statistiques n’ont pas été retenues et une modélisation multiphysique thermique et électromécanique complétée par des lois de vieillissement et des courbes de défaillance des machines a été choisie pour prédire l’évolution dans le temps. En effet, les défaillances de ces machines sont souvent provoquées par des échauffements internes ou externes excessifs. Les évolutions des variables “courant” et “vitesse de rotation” peuvent aussi être à l’origine de l’arrêt de l’essai demandé par le cahier des charges. Le premier chapitre donne les objectifs liés à cette étude ainsi que toute la terminologie de la fiabilité. Les raisons pour lesquelles une loi statistique n’a pas été retenue et le choix de la méthode utilisée sont présentés. Le deuxième chapitre précise la méthodologie mise en oeuvre pour établir les modèles thermiques des deux types de moteurs. Ainsi la méthode nodale, la séparation des pertes des moteurs, la méthode numérique pour résoudre le système d’équations engendré par la discrétisation nodale y sont largement détaillées. Le troisième chapitre est consacré à la définition du modèle électromécanique avec la détermination des paramètres “courant” (phénomène de commutation et résistance électrique au niveau du contact balai-collecteur) et “vitesse de rotation” (flux vu sous une spire). Le quatrième chapitre présente les lois de vieillissement implantées dans les deux modèles de simulation pour le roulement, le coussinet, les balais et les bobinages. Le cinquième chapitre montre tout l’aspect expérimental développé lors de ce travail. Cela concerne la mise en place du banc d’essai et toutes les démarches utilisées pour faire défaillir prématurément les machines. Enfin, le sixième chapitre présente l’exploitation des résultats et la mise en place d’abaques issus de la modélisation multiphysique pour différentes conditions de fonctionnement (endurance continue, essais cycliques et de courte durée).

  • Titre traduit

    Studying and development of a methodology for test reduction and reliability of power engines


  • Résumé

    This thesis presents a methodology allowing to get out laws of reliability of two electric actuators of low power (Group Fan-Motor). Generally, in order to determine the reliability of a system, a statistical method is used (diagram of reliability, survival laws). Unfortunately, these methods need to be validated a very important number of too long tests. Finally, the statistical method has not been taken into account and a multiphysical modelling (thermal and electromechanical) completed with degradation laws and curves of failure has been chosen for forecasting the behaviour as function of the time for both machines. The reason why a multiphysical modelling has been retained is justified by the internal failures often due to internal or external overheating. In that way the variables “current” (constituting the power sources) and “rotation speed” are then very often at the origin of the test stop required by the design specifications. The first chapter shows the main goals of this study and describes the used terminology of the reliability. It also presents the reasons why a statistical approach has not been retained and justify the chosen method. The second chapter defines the considered and followed methodology in order to establish the thermal models of the machines. In that way, considerations as the definition of the mesh network, the separation of the internal losses so that the numerical method used to solve the system of equations generated by the nodal discretization are shown. The third chapter is devoted to the definition of the electromechanical model. It details among other things the determination of the current parameters (phenomenon of commutation and electrical resistance at the contact brush-collector) followed by the characterization of the speed rotation. The fourth chapter presents the degradation laws established for the bearing, the ball bearing, brushes and winding for the two models of simulation. The last but one and fifth chapter shows all the experimental works carried out for these researches. It mostly concerns the developed test bench in order to impose important thermal and mechanical constraints to the studied machines. Finally, the sixth chapter presents the exploitation of the validated computation issued from the multiphysical modelling for various and different operating conditions.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (266 p)
  • Annexes : Bibliogr. p. 255-265

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Lucien Febvre (Belfort).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Sc.2006.17.B
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