Modélisation couplée électrique-magnétique-mécanique d'un convertisseur électromagnétique : application à une machine à courant continu à aimants

Electric-magnetic-mechanical modelling of an electromagnetical convertor used in direct current (DC) motor

• Auteur / Autrice : Miloud Taferguenit
• Direction : Frédéric Bouillault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

Cette étude concerne la modélisation couplée électrique-magnétique-mécanique d'un convertisseur électromagnétique: application à un machine à courant continu. Dans une première partie du travail, nous avons présenté les expressions trouvées dans la littérature qui permettent d'obtenir l'énergie magnétostatique dans un aimant permanent. Les résultats numériques nous ont permis de faire un choix sur l'expression de l'énergie magnétostatique dans l'aimant, qui présente une quantité nulle pour une induction nulle. Pour le calcul des distributions de forces sur l'aimant, nous avons proposé une solution qui repose sur l'application du principe des travaux virtuels. Après quelques considérations concernant les quantités énergétiques et la définition intrinsèque d'un aimant, nous avons abouti à des résultats cohérents et exploitables. Dans la seconde partie de ce mémoire, le couplage électromagnétique a été pris en compte. De plus nous avons développé un modèle pour simuler le système balais-collecteur de la machine à courant continu. Les outils de calcul développés ont été appliqués à l'analyse des vibrations d'origine magnétique dans la machine d'étude. Les résultats obtenus ont confirmé que l'expression de l'énergie magnétostatique utilisée pour l'aimant permanent est la plus appropriée dans la génération des forces magnétiques.

This work deals with self consistent electric-magnetic-mechanical modelling of an electromagnetical converter used in direct current (DC) motor. First, we compared the different expressions for the magnostatic energy of permanent magnet reported by literature. Numerical simulations enables us to express the magnetostatic energy which fulfil the condition of nullity for a zero induction. Then, the distribution of the forces applied on the magnet has been computed by the virtual work principle. Further considerations with respect to the energy quantities, and the intrinsic definition of a magnet allowed to validate the model. The second part of this study, we improved the model by taking into account the electromagnetic coupling. This model has been used to describe the collector-brushes system of the DC motor. In particular, we analyzed the magnetically sustained vibrations. This relevant result gives further support for the validity of the expression of the magnetostatic energy.