Évaluation des propriétés électroniques affectées par la déformation mécanique d'une tôle d'acier électrique non-orientée à l'aide d'un contrôle magnétique non destructif

Evaluation of electronetic properties affected by mechanical deformation in non-oriented electrical steel sheet using magnetic non-destructive testing

• Auteur / Autrice : Shurui Zhang
• Direction : Benjamin Ducharne, Tetsuya Uchimoto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 20/11/2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité (Lyon, INSA)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Daniel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Ducharne, Tetsuya Uchimoto, Laurent Daniel, Anouar Belahcen, Yasmine Gabi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Daniel, Anouar Belahcen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés électroniques

Tôle d'acier

Mots clés libres

Génie électrique

Acier électrique

Contrainte élastique

Déformation plastique

Structure micro-Magnétique

Propriété magnétique

Essai non destructif

Machine électrique

Electrical engineering

Electrical steel

Elastic stress

Plastic strain

Micro-Magnetic structure

Magnetic properties

Non destructive test

Electric engine

Résumé

L'acier électrique est un alliage de fer et de silicium doté de propriétés magnétiques spécifiques, telles qu'une faible perte de puissance et une perméabilité élevée. Les aciers électriques sont massivement utilisés pour le noyau de fer des moteurs des véhicules électriques. Au cours de la fabrication, des contraintes et des déformations mécaniques sont inévitablement induites, entraînant une dégradation des performances magnétiques. Des solutions de contrôle non destructif existent ; elles permettent d'observer indirectement l'état des matériaux en fixant des seuils de conformité et en éliminant tous les spécimens non satisfaisants. Les propriétés locales peuvent être observées à l'aide de rayons X ou de techniques d'imagerie avancées (telles que l'EBSD), mais leur coût et leur complexité les rendent discutables dans le contexte industriel. Étant donné que le principe de fonctionnement du noyau du moteur consiste à convertir l'énergie électrique en énergie cinétique par le biais d'une interaction électromagnétique, ce travail propose d'utiliser des techniques magnétiques. Les normes internationales IEC décrivent des montages expérimentaux classiques pour la caractérisation magnétique (cadre d'Epstein, testeur mono-feuille, etc.). Ces méthodes permettent d'évaluer les comportements magnétiques via des courbes d'hystérésis, mais elles sont destructives, non locales et incompatibles avec une production en ligne. En outre, différents mécanismes se chevauchent pendant la caractérisation du cycle d'hystérésis, ce qui rend l'évaluation de l'influence du stress complexe. Les études actuelles sur les propriétés électromagnétiques affectées par la charge mécanique combinent la courbe d'hystérésis et les mesures du bruit magnétique de Barkhausen (MBN). Cependant, une exploration complète de l'influence du comportement magnétique causée par des problèmes mécaniques et le mécanisme correspondant doivent encore être mieux compris. Dans ce travail, une combinaison de plusieurs techniques a été envisagée. L'intégration de plusieurs méthodes de détection a fourni plus d'informations et de soutien pour l'analyse intégrée du comportement magnétique, mais a également introduit plus de paramètres en conséquence. Ces paramètres ont introduit davantage d'informations dans le système, ce qui a permis de tirer des conclusions complémentaires et d'obtenir une estimation très précise des propriétés mécaniques et de l'état de dégradation.

Electrical steel is an iron-silicon alloy with specific magnetic properties such as low power loss and high permeability. Electrical steels are massively used for the iron core of motors in electric vehicles. During manufacturing, mechanical stresses and strains are inevitably induced, leading to a degradation of the magnetic performance. Non-destructive testing solutions exist; they indirectly observe material states by setting conformity thresholds and removing all unsatisfactory specimens. Local properties can be observed with X-rays or advanced imaging techniques (such as EBSD), but their cost and complexity make them questionable in the industrial context. Considering that the working principle of the motor core is converting electrical energy to kinetic energy through electromagnetic interaction, this work proposes to use magnetic techniques. The IEC international standards describe classic experimental setups for magnetic characterization (Epstein frame, single-sheet tester, etc.). These methods enable the evaluation of magnetic behaviors via hysteresis curves, but it is destructive, non-local, and incompatible with in-line production. Besides, different mechanisms overlap during the hysteresis cycle characterization, making the influence of stress complex to be evaluated. Current studies on the electromagnetic properties affected by mechanical loading combine the hysteresis curve and magnetic Barkhausen noise (MBN) measurements. However, a comprehensive exploration of the magnetic behavior influence caused by mechanical issues and the corresponding mechanism still needs further understanding. In this work, a combination of several techniques was considered. Integrating multiple detection methods provided more information and support for the integrated analysis of magnetic behavior but also introduced more parameters accordingly. These parameters introduced more information into the system, leading to complementary conclusions and a very accurate estimation of the mechanical properties and degradation status.