Prédiction du niveau de bruit aéroacoustique d'une machine haute vitesse à reluctance variable

Aeroacoustic noise prediction for a high speed switched reluctance motor

• Auteur / Autrice : Sylvain Parrang
• Direction : Mohamed Khémis Gabsi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 02/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Smaïne Kouidri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Khémis Gabsi, Smaïne Kouidri, Vincent Lanfranchi, Javier Ojeda, Sofiane Khelladi, Uwe Schäfer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Lecointe, Vincent Lanfranchi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéroacoustique

Machines à réluctance

Mots clés libres

Machines rapides

Bruit

Aéroacoustique

High speed motor

Noise

Aeroacousitc

Résumé

Simples à produire et robustes, les machines électriques à reluctance variable sont adaptées à des conditions sévères de fonctionnement, notamment à vitesse élevée. Les machines à reluctance variable (MRV) ne sont cependant que rarement utilisées principalement en raison du niveau élevé de bruit qu'elles émettent. Les travaux menés au cours de cette thèse visent, dans un premier temps, à qualifier le bruit émis par une machine à reluctance variable à haute vitesse de rotation. Conformément à ce qui est communément admis, il a été établi que le bruit émis en haute vitesse par la machine étudiée est dominé par le bruit aérocoustique. Le bruit aéroacoustique consiste en l'ensemble des émissions sonores issues de phénomènes aérodynamiques qui prennent naissance dans l'entrefer de la machine. Le second chapitre de l'étude est consacré à la mise en place d'une méthode d'estimation quantitative du bruit aéroacoustique émis par la machine étudiée. Le bruit aéroacoustique n'ayant pas encore été étudié de manière quantitative pour les machines électriques, l'étude se tourne vers les machines tournantes (turboréacteur, ventilateurs, ...) pour lesquelles la littérature sur le bruit aéroacoustique est abondante. Une méthode d'estimation du bruit aéroacosutique émis par la machine est alors construite. Cet estimateur se base sur une simulation de dynamique des fluides en deux dimensions de l'écoulement turbulent dans l'entrefer. Vient ensuite une confrontation des niveaux de bruit estimés avec des données expérimentales. Le bruit émis par la machine étudiée est calculé et mesuré pour deux géométries différentes du rotor sur une large plage de vitesses de rotation. La cohérence observée entre les résultats expérimentaux et numériques valide les hypothèses formulées au chapitre précédent tout en soulignant, comme attendu, les limites de la méthode de calcul en deux dimensions. Enfin, dans un quatrième chapitre, la méthode d'estimation du niveau de bruit aéroacoustique est utilisée afin d'explorer l'influence des paramètres géométriques de la machine sur son niveau de bruit.

Due to its simple construction and robustness, Switched Reluctance Machine (SRM) is well suited for high rotation rates. SRM applications are however quite rare mainly because of the high level of noise this machine produces. First, this work aims to describe the noise emmitted by the studied SRM at high rotation rates. In accordance with the common understanding, it was proven that noise emitted by high rotation rates SRM is dominated by aeroacoustic noise. The aeroacoustic noise consists of the whole soundemission comig out of aerodynamic phenoma located in the air gap of the machine. Chapter two is concerned with the implementation of an estimation method for aeroacoustic noise level dedicated to the studied SRM. Aeroacoustic noise for electrical machines has not been quantitatively studied yet. Conversely, studies about aeroacoustic noise of rotating machinery (turboreactor, fan, ...) is quite abundant in the litterature. Consequently, this study focuses onrotating machinery to build an aeroacoustic noise estimation method for SRM. This estimationtool is based on a Computational Fluid Dynamics (CFD) calculation of the turbulent ow in theair gap. Estimated noise levels are then compared with experimental data. Emitted noise level is estimated and measured for two distinct rotor geometries over a wide range of rotation rates. Calculation assumptions are validated by the consistency between experimental and numerical results. Asexpected, the 2D CFD simulation brings an over estimation of noise level. Finally, the fourth chapter deals with the use of the aeroacoustic noise estimation tool to study the influence of geometrical parameters of a SRM on its noise emission level.