Etudes des vibrations d'origine électromagnétique d'une machine électrique : conception optimisée et variabilité du comportement vibratoire

par Jaafar Hallal

Thèse de doctorat en Génie Electromécanique

Sous la direction de Vincent Lanfranchi et de Frédéric Druesne.

Soutenue le 24-06-2014

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) .


  • Résumé

    Dans le contexte des moteurs électriques automobiles, les phénomènes vibratoires d'origine magnétique soulèvent une problématique relativement récente. L'objectif de cette thèse est la mise au point d'un modèle multi-physique pertinent d'une machine électrique afin de réaliser quelques études spécifiques, d'optimiser la machine et de prendre en compte la variabilité du comportement vibratoire. La modélisation numérique s'appuie totalement sur des formulations analytiques afin de bien maîtriser les différentes physiques. Des mesures expérimentales sur la machine permettent une confrontation avec le modèle numérique multi-physique et une validation des choix de modélisation. Dans ce contexte de modélisation multi-physique, un outil de couplage est développé entre les modèles 2D électromagnétique et 3D mécanique afin d'évaluer les comportements vibratoires d'origine électromagnétique de la machine. Une attention particulière a été portée à la prise en compte des forces magnétiques radiales et surtout tangentielles sur le stator de la machine électrique. Une méthode d'optimisation, basée sur le principe d'une surface de réponse dynamique, est appliquée sur le modèle électromagnétique afin d'améliorer des paramètres de conception de la machine. Les incertitudes liées à la conception sont souvent nombreuses, notamment dans le domaine vibratoire. A cet effet, la méthode MSP (Modal Stability Procedure) prenant en compte la variabilité des paramètres matériaux est proposée. La formulation MSP pour l'élément 3D hexaédrique est développée et appliquée au stator électrique afin d'évaluer la variabilité des fréquences propres et des fonctions de réponse en fréquence.

  • Titre traduit

    Studies of electromagnetic origin vibrations of an electrical machine : optimized design and variability in the vibratory behavior


  • Résumé

    In the context of automotive electric motors, vibratory phenomena of magnetic origin arise relatively recent problems. the aim of this thesis is to develop a relevant multi-physic model of the electrical machine to perform some specific studies, to optimize the design of the machine and to take into account the variability of the vibration behavior. Numerical model is too based on analytical formulations in order to monitor the different physics. Experimental measurements on the machine are used to validate the numerical multi-physics model. In this context of multi-physic modeling, a coupling tool is developed between the 2D electromagnetic and 3D mechanical models, in order to evaluate the vibratory behavior of electomagnetic origin of the machine. A special attention was given in modeling of radial and especially tangential magnetic forces on the electric stator. An optimization method based on a dynamic response surface is applied to the electromagnetic model in order to improve the design of the machine. Uncertainties associated to the design are numerous, especially in the vibratory field. In this context, we proposed the MSP method (Modal Stability Procedure), which taking into account the variability of the material parameters. The MSP formulation for 3D hexahedral finite element is developed an applied to the electric staor, in order to evaluate the variability of the natural frequencies and the frequency response functions.


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