|
Les
membres du Jury :
Prof. Mohamed
GABSI (Président du jury)
Prof. Michel HECQUET (Rapporteur)
Prof. Jean-Philippe LECOINTE (Rapporteur)
Prof. Nicolas
DAUCHEZ (Examinateur)
Prof. Vincent LANFRANCHI (Directeur de thèse)
Dr. Jérôme LEGRANGER (Encadrant Valeo)
Dr. Jean-Claude MIPO (Encadrant Valeo)
Résumé
de la thèse:
Cette
thèse porte sur la simulation et la réduction du bruit
acoustique dorigine magnétique des alternateurs à griffes ainsi que sur la compréhension
des phénomènes mis en jeu dans la génération du bruit.
La structure, les différents composants et les particularités
du bruit acoustique de lalternateur à griffes sont
détaillés dans la première partie. La problématique
ainsi que lapproche générale de cette thèse
sont ensuite exposées. Cette approche se base sur la simulation
du bruit acoustique dorigine magnétique.
Un état de lart des études sur le bruit acoustique
dorigine magnétique des machines électriques
est présenté dans la seconde partie. Les modèles
électromagnétiques, mécaniques et acoustiques
utilisés pour létude de ces machines ainsi que
les principales solutions de réduction du bruit sont exposés.
Les nouvelles approches de modélisation électromagnétique
et vibro-acoustique de la machine à griffes sont développées
dans la troisième partie. Deux modèles électromagnétiques
sont étudiés : un modèle numérique qui
repose sur lutilisation de la méthode des éléments
finis et un modèle hybride qui allie le modèle numérique
à un modèle analytique. Ce dernier
sappuie sur la décomposition de linduction magnétique
dans lentrefer en un produit dune fonction de perméance
avec une fonction de force magnétomotrice. Chaque fonction
prend en compte les variations axiales dues à la géométrie
des griffes. Ce modèle nécessite toutefois lutilisation
dun modèle numérique afin de prendre en compte
la saturation et
les forces tangentielles. Un modèle mécanique purement
numérique est ensuite construit. Il permet de prendre en
compte la géométrie exacte des pièces ainsi
que les contacts entre les pièces. Ce modèle mécanique
est développé grâce à la corrélation
avec des mesures et porte principalement sur trois parties de lalternateur
: le paquet de tôles du stator, le bobinage du stator et lassemblage
stator-paliers. Enfin, les simulations acoustiques avec les modèles
numériques sont comparées aux mesures et permettent
de retrouver les principaux pics de bruit des alternateurs.
Dans la quatrième partie, des études de sensibilités
sont menées afin de déterminer les paramètres
les plus influents sur le bruit acoustique dorigine magnétique
des machines à griffes. Ces études montrent linfluence
importante de la géométrie du rotor, du bobinage stator
et de la température sur le bruit. Les modifications de la
structure ainsi que les imperfections étudiées (i.e.
défauts de forme et excentricité) ont une influence
moindre. Les caractéristiques des forces magnétiques
ainsi que les influences des forces radiales et tangentielles sont
ensuite exposées. Finalement, des exemples doptimisation
du rotor sont traités avec les deux modèles électromagnétiques
(numérique et hybride). Un prototype est réalisé
pour valider expérimentalement les résultats des simulations
et un gain de 10 dB est obtenu sur la puissance acoustique.
Abstract
:
This
thesis aims at simulating and reducing the acoustic noise due to
magnetic forces of claw-pole automotive alternators. It also aims
at improving the understanding of the noise generation mechanisms.
In the first part, the assembly of the claw-pole alternator and
its different parts are described. The particularities of the acoustic
noise of the alternator are also given. Then, the problem as well
as the global approach, based on the vibro-acoustic simulation,
are explained.
The second part is a review of the studies on the acoustic noise
from a magnetic origin of electrical machines. The models used to
study these machines as well as the main noise reduction solutions
are detailed.
In the third part, new electromagnetic and vibro-acoustic models
are developed. Two electromagnetic models are considered: a finite
element model and a hybrid model which couples the finite element
model with an analytical model. This analytical model computes the
airgap magnetic flux density as the product of a permeance and a
magnetomotive force functions. Each function takes the variations
of the claw-pole geometry along the axial direction into account.
Saturation and tangential forces are taken into account thanks to
the finite element model. Then, a finite element mechanical model
is developed. Three unknown parameters of the model are determined
thanks to the correlation between the model and experimental data,
namely: the equivalent materials of the stator stack and the windings
and the contact conditions between the stator and the brackets.
Finally, acoustic simulations are compared with measurements. A
good correlation is achieved between simulated and measured noise
peaks.
In the fourth part, sensitivity studies are carried out in order
to determine the most influential parameters on the acoustic noise
of claw-pole alternators. These studies show the significant influence
of the claw-pole geometry, the stator windings and the temperature
on the acoustic noise. Structural modifications and studied faults
have a smaller influence.
Characteristics of the magnetic forces as well as the influences
of radial and tangential forces are then detailed. In the end, optimizations
with the finite element and the hybrid models are presented. A prototype
is built and acoustic measurements show a 10 dB decrease of the
sound power level.
|