Optimisation des performances électromagnétiques et acoustiques des transformateurs et machines électriques tournantes

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Ajouté le: 30/05/2014
Directeur : MININGER Xavier - xavier.mininger@lgep.supelec.fr
Titre : Optimisation des performances électromagnétiques et acoustiques des transformateurs et machines électriques tournantes
Thèmes : Conversion d’énergie et systèmes électromagnétiques
Laboratoires : LGEP laboratoire de Génie Electrique de Paris UMR 8507
Description :

Contexte et problématique :

Le monde des transports, en particulier dans les secteurs de l’aéronautique et de l’automobile, connait actuellement de profonds changements, avec, d’une part, un fort accroissement des matériels électriques de confort et de systèmes électroniques de commande ou d’aide à la navigation, et d’autre part le développement de systèmes plus électriques, voir « tout électriques » (véhicules dits décarbonés), par la volonté de réduire la
production de CO2 (Grenelle de l’environnement) ou d’un point de vue plus pragmatique, de réduire la consommation de ces systèmes.

Pour rendre le passage à une solution électrique viable, il est aujourd'hui nécessaire de progresser dans la technologie des équipements électriques, afin de réduire leurs masse/volume et d’améliorer leur efficacité énergétique. De nombreuses études scientifiques se sont concentrées sur l’optimisation de la commande et/ou de la géométrie des dispositifs, mais ces seuls angles d’approche semblent aujourd’hui ne plus pouvoir conduire à de fortes innovations. Une voie très prometteuse pour répondre à cette problématique est alors de travailler sur une évolution des matériaux magnétiques, constituants essentiels des systèmes d’énergie électrique. Une des solutions pour réduire les masses est l’utilisation de matériaux présentant une puissance massique plus importante, comme les alliages fer-cobalt. Les dispositifs à base de telles tôles génèrent malheureusement un bruit important en fonctionnement, rendant les solutions incompatibles avec une commercialisation en l’état. L’optimisation de dispositifs intégrant ces matériaux sur des critères électromagnétiques ET acoustiques est d’autant plus complexe qu’il n’existe actuellement aucun outil robuste et fiable de modélisation du comportement magnéto-élastique couplé de structures constituées de ces matériaux. Le but du travail de thèse est donc de proposer une modélisation complète de cette génération de bruit pour aboutir à sa réduction, à performances  électromagnétiques au moins égales, grâce à une optimisation simultanée des matériaux ET du design des dispositifs.

Objectifs de la thèse :

Le projet concerne la mise en place d’un outil de modélisation destiné à l’optimisation des performances électromagnétiques et acoustiques des transformateurs et machines électriques tournantes. Le but est de permettre l’intégration de matériaux magnétiques à hautes performances électromagnétiques, améliorant ainsi l’efficacité énergétique des dispositifs, tout en limitant les émissions acoustiques qui leur sont intrinsèquement associées. Une modélisation de la génération de bruit émis par ces dispositifs devra permettre d’envisager une optimisation simultanée des matériaux ET du design. L’outil doit se distinguer des modèles actuels en offrant la possibilité de considérer des lois de
comportements complexes (anisotropie, hystérésis magnétique, non linéarités), et d’estimer les émissions acoustiques résultant des forces magnétostatiques et de la magnétostriction.

De part sa nature, l’étude est fortement pluridisciplinaire, puisqu’elle nécessite aussi bien des compétences de caractérisation et de modélisation de lois de comportement au niveau « matériau », que de compétences de modélisation et d’expérimentation au niveau du « système ». La thèse sera réalisée en collaboration entre les laboratoires LGEP et LMT Cachan, en partenariat avec l'industriel THALES, collaboration mise en place depuis 3 ans dans le cadre du projet 3MT (FUI).

Compétences attendues pour le candidat :

- Connaissance en caractérisations de matériaux magnétiques

- Connaissances en modélisation numérique (méthode des éléments-finis), et application à des problèmes électromagnétiques et mécaniques

- Bonne compétences en programmation (C, Freefem++, Matlab...)

- Bon niveau en anglais

Contacts :

xavier.mininger@lgep.supelec.fr

frederic.bouillault@lgep.supelec.fr

hubert@lmt.ens-cachan.fr