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.

Rotating Machinery, Optical Methods & Scanning LDV Methods, Volume 6: Proceedings of the 38th IMAC, A Conference and Exposition on Structural Dynamics, 2020, the sixth volume of eight from the Conference brings together contributions to this important area of research and engineering. The collection presents early findings and case studies on fundamental and applied aspects of Structural Health Monitoring, including papers on: Novel Techniques Optical Methods, Scanning LDV Methods Photogrammetry & DIC Rotating Machinery

CE DOCUMENT COMPREND DEUX PARTIES: L'UNE EST ORIENTEE SUR L'ANALYSE VIBRATOIRE DES MACHINES COURANT CONTINU ET L'AUTRE PORTE SUR L'ETUDE DES PROBLEMES A FRONTIERE OUVERTE. DANS LA PREMIERE PARTIE, NOUS NOUS INTERESSONS A LA MODELISATION DES VIBRATIONS D'ORIGINE ELECTROMAGNETIQUE DANS LES MACHINES A COURANT CONTINU. UNE ETUDE QUALITATIVE PREALABLE PERMET DE METTRE EN EVIDENCE CERTAINS PHENOMENES A L'ORIGINE DES VIBRATIONS. MAIS POUR OPTIMISER LES MACHINES SUR LE PLAN VIBRATOIRE, IL EST NECESSAIRE DE REALISER DES CALCULS QUANTITATIFS. AFIN DE FOURNIR AU CONCEPTEUR UN MOYEN D'ANALYSE DES VIBRATIONS MAGNETIQUES DANS LES MACHINES TOURNANTES, NOUS DEVELOPPONS UN OUTIL INFORMATIQUE QUI PERMET DE CALCULER PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS LA FONCTION DE TRANSFERT ELECTROMECANIQUE EN REGIME DYNAMIQUE PERMANENT. CET OUTIL, BASE SUR UN TRANSFERT DE DONNEES ELECTROMAGNETIQUES VERS LA MECANIQUE PREND EN COMPTE LE MOUVEMENT DU ROTOR ET DETERMINE LA REPONSE MECANIQUE A PARTIR D'UNE ANALYSE DE FOURIER DES FORCES MAGNETIQUES. NOUS APPLIQUONS CET OUTIL SUR UNE MACHINE A COURANT CONTINU INDUSTRIELLE ET NOUS COMPARONS LES RESULTATS NUMERIQUES AUX MESURES EXPERIMENTALES. DANS LA DEUXIEME PARTIE, NOUS CONSIDERONS LES PROBLEMES ELECTROMAGNETIQUES POUR LESQUELS LE CHAMP MAGNETIQUE LOIN DU DISPOSITIF A ETUDIER NE PEUT ETRE NEGLIGE. NOUS DEVELOPPONS UNE TECHNIQUE BASEE SUR L'UTILISATION DE TRANSFORMATIONS GEOMETRIQUES QUI PERMET DE CALCULER LA REPARTITION DU CHAMP DE MANIERE RIGOUREUSE EN TOUT POINT DE L'ESPACE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS

LE MECANISME DE PRODUCTION DES VIBRATIONS D'ORIGINE MAGNETIQUE DANS LES MACHINES ELECTRIQUES MET EN JEU DES PHENOMENES ELECTRIQUES, MAGNETIQUES ET MECANIQUES. LEUR ETUDE A CONDUIT A L'ELABORATION D'UNE MODELISATION DES FORCES MAGNETIQUES, A LA VALIDATION EXPERIMENTALE DE CETTE MODELISATION, ET A UN LOGICIEL DE CALCUL DE STRUCTURE MECANIQUE DES MACHINES ELECTRIQUES. L'APPLICATION DE L'ENSEMBLE DE LA METHODE, AUX MOTEURS SYNCHRONES A COMMUTATION ELECTRONIQUE A NECESSITE L'ANALYSE HARMONIQUE DES COURANTS FOURNIS PAR L'ALIMENTATION ELECTRONIQUE ET L'ETUDE DES VIBRATIONS DUES A CES DIFFERENTS HARMONIQUES

Cette étude s’intéresse au comportement vibro-acoustique des machines électriques dédiées à la traction automobile. Dans la littérature, l’étude vibro-acoustique des machines électriques repose généralement sur des formulations analytiques permettant de prédire, à la fois les forces magnétiques radiales d’entrefer à l’origine des déformations du stator, et les propriétés de mise en vibrations et de rayonnement acoustique de celui-ci. La présente contribution s’appuie aussi, dans une première partie, sur un certain nombre de développements analytiques, permettant de comprendre les propriétés des forces magnétiques et du comportement vibro-acoustique d’un stator. Dans un second temps, on utilise cependant des outils numériques de type éléments finis afin d’investiguer plus profondément les caractéristiques des différentes physiques et de leurs couplages. L’impact vibratoire des différentes composantes de l’excitation magnétique, radiales et tangentielles, au stator et au rotor et en fonction du point de fonctionnement sont par exemple clairement établies. On présente une méthodologie permettant de coupler des modèles éléments finis de type 2D magnétique et 3D structure afin de calculer précisément, et compte tenu des différentes voies de passages, les niveaux de vibrations d’origine magnétique d’une structure complexe de groupe moto-propulseur (structure comprenant une machine électrique synchrone à rotor bobinée, un réducteur et différents carters). Cette chaine de calcul couplée, validée expérimentalement sur une montée en régime complète, permettra de dépasser les limitations d’une modélisation analytique traditionnelle et mettra en évidence un certain nombre de phénomènes originaux. Cet outil numérique nous permettra d’investiguer l’impact vibro-acoustique d’un certain nombre de phénomènes physiques complexes comme les excentricités rotoriques, les harmoniques de courants, la composante tangentielle des efforts magnétiques et les vibrations rotoriques. L’étude de ces phénomènes mettra en évidence les variations de comportement vibro-acoustique entre un modèle parfait de machine simple, tel que généralement considéré dans les modélisations analytiques, et le comportement d’une structure complexe réelle. On propose finalement grâce à cet outil, un certain nombre d’optimisations du plan de tôles magnétique de la machine électrique permettant de réduire les niveaux vibro10 acoustique du groupe moto-propulseur. Ces optimisations, validées expérimentalement pour certaines d’entres elles, permettent d’établir qu’il existe des géométries permettant de réduire considérablement les niveaux acoustiques sans impacter les performances électrotechniques de la machine.