Caractérisation et modélisation mécanique de composants des parties actives de machines synchrones à rotor bobinés.

Characterisation and mechanical modelling of components of active parts of wound rotor synchronous machines.

• Auteur / Autrice : Guilhem Drouet
• Direction : Delphine Brancherie, Pierre Feissel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique numérique
• Date : Inscription en doctorat le 15/03/2022
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanique, énergie et électricité

Mots clés

Mots clés libres

Machines électriques

Tôles électriques

Assemblage

Caractérisation mécanique

Modélisation numérique

Corrélation essai/calcul

Electric machines

Electric sheets

Assembly

Mechanical characterisation

Numerical modelling

Test/calculation correlation

Résumé

Composant primordial du moteur électrique, les noyaux magnétiques de machines synchrones à rotor bobiné sont constitués d'empilements de tôles électriques. Autrement appelé pile ou stack, ce dernier possède un comportement anisotrope dont les paramètres sont intimement liés au Produit et au Process. Le procédé retenu pour la réalisation des stacks de tôles affecte le comportement et la durabilité du moteur électrique. En particulier, le comportement mécanique du stack dépend du choix du procédé de réalisation de l'assemblage de tôles (tôles collées/ soudées / agrafées/ …) et de la géométrie. La prise en compte réaliste du comportement du stack est nécessaire, dès la phase de conception de la machine, pour prévoir son influence sur les opérations d'assemblage avec les différents composants de la machine (bobinage, emmanchement, frettage, vissage) mais également son évolution en fonctionnement. L'objectif de ce travail de thèse est de définir une méthodologie de modélisation du stack tenant compte de la géométrie et du choix d'assemblage des tôles (collées/soudées/agrafées/etc.) Le modèle développé devra permettre de reproduire les différents comportements mécaniques observés sur les stacks en fonction de la solution d'assemblage retenue. Ce modèle, et son paramétrage en fonction de la géométrie et du choix d'assemblage, seront validés sur la base d'essais de caractérisation mécanique menés à l'échelle de l'empilement de tôles. Une fois validé, l'outil de modélisation développé pourra être intégré dans une modélisation plus complète du moteur électrique. Il s'agira alors de mettre en place une stratégie de modélisation, basée sur des simulations EF intégrant le modèle de stack, permettant de quantifier les contraintes et déformations mécaniques subies par le stack lors des phases d'assemblage avec les autres composants ainsi que lors du fonctionnement du moteur électrique.

The magnetic cores of synchronous machines with wound rotors are an essential component of the electric motor and are made up of stacks of electrical sheets. Otherwise known as a stack, the latter has an anisotropic behaviour whose parameters are closely linked to the product and the process. The process used to make the sheet metal stacks affects the behaviour and durability of the electric motor. In particular, the mechanical behaviour of the stack depends on the choice of the sheet metal assembly process (glued / welded / stapled / ...) and the geometry. The realistic consideration of the stack behaviour is necessary, from the design phase of the machine, to predict its influence on the assembly operations with the different components of the machine (winding, fitting, shrinking, screwing) but also its evolution in operation. The objective of this thesis is to define a methodology for modelling the stack, taking into account the geometry and the choice of assembly of the sheets (glued/welded/stapled/etc.) The model developed should allow the reproduction of the different mechanical behaviours observed on the stacks depending on the assembly solution chosen. This model, and its parameterisation according to the geometry and the choice of assembly, will be validated on the basis of characterisation tests carried out on the scale of the stack of sheets. Once validated, the modelling tool developed could be integrated into a more complete modelling of the electric motor. It will then be necessary to set up a modelling strategy, based on FE simulations integrating the stack model, making it possible to quantify the mechanical stresses and strains undergone by the stack during the assembly phases with the other components as well as during the operation of the electric motor.