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EOMYS ENGINEERING

121, rue de Chanzy

BP 90140

59260 Lille-Hellemmes

FRANCE

Tél +33 (0)9 81 36 63 46


























THESE CIFRE – INGENIEUR DOCTORANT EN GENIE ELECTRIQUE

« Contribution au dimensionnement électromagnétique et vibro-acoustique de machines électriques – modélisation, simulation et applications»


SOMMAIRE

1Résumé du poste 2

2Présentation de l’entreprise : 2

3Contexte  2

4Partenaires envisagés 3

5Programme de recherche 3

5.1Bibliographie et prise en main des outils logiciels (P1) 3

5.2Développement de modèles électromagnétiques de type sous-domaines (P2) 4

5.3Développement d’un modèle semi-analytique vibratoire 3D (P3) 4

5.4Modélisation du contrôle des efforts magnétiques (P4) 5

5.5Application à la conception de machines à faible niveau de vibration magnétique (P5) 5

5.6Rédaction du rapport de thèse et soutenance (P6) 5

6Profil recherché 5

7Procédure de recrutement 6

8Mots-clés : 6

1Références et abréviations 6

1.1Références 6

1.2Abréviations 6

1Résumé du poste



Référence : HR_RCR_JO_0009_A_FR

Date de parution : 01/02/2015

Type de contrat : CIFRE (CDD 3 ans)

Début du contrat : à partir de septembre 2015

Salaire : min 32 k€ brut/an

Lieu de travail : Lille, FRANCE

2Présentation de l’entreprise :


EOMYS ENGINEERING est une Jeune Entreprise Innovante souhaitant incarner une approche globale de l’ingénierie et de la recherche appliquée au service de l’innovation. Cette approche se concrétise en particulier par

  • la prise en charge de projets de recherche et développement (R&D) complets, de la modélisation mathématique à l’expérimentation en passant par la simulation et le développement de logiciels scientifiques ;

  • la réunion de compétences pluridisciplinaires, permettant de s’attaquer à des problèmes « multi-physiques » ;

  • la proposition de services techniques de haut niveau à l’international, tout en se développant en partenariat étroit avec des laboratoires de la Région.


Cette approche situe la structure de l’entreprise entre une société de conseil en ingénierie et un laboratoire de recherche appliquée. A ce titre, une part significative du temps des Ingénieurs-Chercheurs d’EOMYS est consacrée à un programme de recherche interne. Les résultats de ces recherches se concrétisent par des publications scientifiques, le dépôt de brevets et la commercialisation de licences de brevet. En revanche, EOMYS ne détache pas ses ingénieurs chez le client, ils travaillent en équipe au siège de l’entreprise.
Dans le cadre de ses premières activités, EOMYS propose des services de R&D externalisés spécialisés dans les systèmes électrotechniques (ex : machines électriques, composants passifs) à destination de grandes entreprises et de PME innovantes. EOMYS a également développé une forte expertise concernant la réduction des nuisances acoustiques et vibratoires d’origine électrique dans les machines tournantes, problématique qui fait l’objet de son programme de recherche interne. Un logiciel de simulation du comportement électromagnétique et vibro-acoustique des machines électriques sous l’effet des efforts électromagnétiques a été développé sous Matlab/Python.


3Contexte 


Plusieurs sources de bruits et vibrations peuvent être distinguées dans les systèmes électriques : les bruits et vibrations d’origine mécanique (ex : roulements à bille), d’origine aérodynamique (ex : pales d’un ventilateur), et d’origine électrique. Ces derniers sont liés à la présence de champs électromagnétiques qui, outre la génération du couple électromagnétique essentiel à la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique, génèrent également des efforts parasites dans les structures actives. Ces vibrations se propagent à l’air ambiant et génèrent du bruit dans les fréquences audibles.
Les bruits et vibrations d’origine électrique peuvent représenter des problèmes de santé (en milieu industriel, où des machines électriques sont proches des opérateurs), de confort vibro-acoustique (en ferroviaire ou en automobile, où les moteurs de traction sont proches des passagers, ou dans les applications domestiques comme les volets électriques), de sécurité (dans les applications militaires, où la discrétion acoustique est primordiale), ou de fatigue mécanique (dans le secteur de l’énergie, comme les générateurs hydroélectriques).
Ces bruits et vibrations ont donc pour effet de détériorer les conditions de travail, de réduire la durée de vie des machines et d’augmenter les opérations de maintenance. Or, les contraintes économiques poussent les fabricants de machines à réduire les quantités de matière, ce qui rend leurs structures plus déformables et augmente leur niveau de vibrations. Certains ont recours à une technique de réduction du bruit par inclinaison des encoches (nommée le vrillage), mais cette technique parfois inefficace a l’inconvénient majeur de réduire le rendement de la machine. On voit par ces exemples que le comportement électromagnétique d’une machine est fortement couplé à son comportement vibratoire et acoustique.
La simulation précise et rapide du bruit et des vibrations électriques a donc plusieurs avantages, à la fois en amont de la conception (réduction des coûts, augmentation du rendement, augmentation de la durée de vie des machines) et en aval de la conception (réduction du bruit émis par des machines existantes, maintenance prédictive). D’autre part, de nombreux phénomènes électromagnétiques en jeu dans la génération des efforts magnétiques ne sont pas encore totalement éclaircis, notamment

  • l’effet de l’inclinaison des encoches sur les efforts longitudinaux et axiaux ;

  • l’effet des combinaisons des nombres d’encoches sur les couples harmoniques et le bruit ;

  • l’effet de la charge sur les efforts harmoniques ;

  • l’effet des courants harmoniques et plus généralement de l’algorithme de contrôle de la machine sur les efforts harmoniques.

Il faut donc progresser dans la modélisation des effets électromagnétiques et vibro-acoustiques en jeu, et accroître l’efficacité de leur calcul numérique en vue d’intégrer la complexité des effets 3D (effets du vrillage, modes de structure longitudinaux) et des courants harmoniques (injection de courant) dans les phases de dimensionnement rapide en amont de la conception.
Il est important de souligner que les efforts magnétiques « parasites », à l’origine du bruit et des vibrations, sont fortement corrélés aux efforts magnétiques « utiles » à l’origine du couple de la machine : ainsi, chaque avancée dans la compréhension des efforts à l’origine de nuisances vibro-acoustiques sont autant d’avancées dans le domaine plus général de la conception de la machines électriques et de l’optimisation de la conversion électromécanique.

4Partenaires envisagés


Nom du laboratoire

Lieu

Responsable

Fonction

Laboratoire d’Electricité et d’Electronique de Puissance (L2EP)

Ecole Centrale Lille, Villeneuve d’Ascq, France 

Prof. Michel Hecquet




Laboratoire d’Electromécanique de Compiègne (LEC)

Compiègne, France

Prof. Vincent Lanfranchi




Laboratoire Systèmes Electriques et Environnement (LSEE)

Béthune, France 

Prof. Jean-Philippe Lecointe





Université de Franche-Comté, Laboratoire FEMTO-ST

Belfort, France

MdC Frédéric Dubas




Université de Liège (ULg), Département d'Electricité, Electronique et Informatique

Liège, Belgique

Prof. Christophe Geuzaine





5Programme de recherche


Le programme de thèse portera à la fois sur les machines asynchrones à cage d’écureuil et sur les machines synchrones à aimants permanents.

Ce programme de recherche présente une ligne directrice initiale mais pourra être redimensionné suivant les compétences particulières du candidat et ses souhaits de formation technique (orientation vers la modélisation mathématique, l’informatique scientifique, l’électrotechnique ou les mesures expérimentales).

5.1Bibliographie et prise en main des outils logiciels (P1)

5.1.1Programme de travail


  • Création du planning de thèse

  • Etat de l’art technique (lecture d’articles, début de rédaction de la bibliographie du rapport de thèse) : phénomènes de bruit magnétique, modèles de sous-domaines, modèles vibratoires de machines

  • Prise en main du logiciel MANATEE d’EOMYS (étude des modèles en jeu et de leurs hypothèses, avantages et inconvénients, documentation, réalisation de tutoriaux)

  • Prise en main de l’outil GetDP couplé à MANATEE (tutoriaux magnétiques et mécaniques)

  • Soutien à des prestations de R&D portant sur l’analyse vibroacoustique de machines électriques



5.1.2Partenaires


Tous

5.2Développement de modèles électromagnétiques de type sous-domaines (P2)

5.2.1Programme de travail


  • Etude d’un modèle en sous domaine existant : comment traiter les écarts entre une géométrie réelle (ex : encoches rectangulaires, isthmes) et un modèle simplifié (encoches polaires, absence d’isthme) ? Sont-ils importants pour la vibro-acoustique ? Comment quantifier analytiquement et numériquement les limites de ces modèles ? Peut-on faire l’équivalence de manière analytique entre géométrie réelle et idéale ?

  • Etude de la prise compte des effets 3D pour les machines asynchrones : comment traiter le vrillage en sous-domaines ?

  • Prise en compte de systèmes de coordonnées distincts (cylindrique & cartésien)

  • Prise en compte de conditions aux limites complexes (ex : forme quelconque d’un-sous domaine) par méthode analytique ou de superposition

  • Prise en compte de la saturation

  • Optimisation numérique (symétries, conditionnement des matrices, boucles temporelles pour les courants MLI)

  • Implémentation sous MANATEE des développements effectués

  • Validation par éléments finis (FEMM, GetDP)



5.2.2Applications


Application 1: machines asynchrones à cage d’écureuil, à encoches semi-ouvertes, à bobinage quelconque, avec calcul des pertes harmoniques dans les barres et les pertes par proximité dans les conducteurs

Application 2: machines synchrones à aimants de forme quelconque, à rotor interne ou externe, à bobinage quelconque, avec calcul des pertes harmoniques dans les aimants et les pertes par proximité dans les conducteurs

5.2.3Partenaires


FEMTO-ST : modèle de sous domaines

ULg : résolution magnétique sous GetDP

5.3Développement d’un modèle semi-analytique vibratoire 3D (P3)

5.3.1Programme de travail


  • Etude des couplages magnétiques / vibratoires

  • Développement d’un modèle semi-analytique de calcul des déformées statiques et dynamiques d’un stator orthotrope de longueur finie à symétrie cyclique sous l’effet des efforts tangentiels et radiaux

  • Optimisation numérique

  • Implémentation sous MANATEE

  • Validation par éléments finis du modèle mécanique et du couplage faible magnéto-mécanique (GetDP)



5.3.2Partenaires


UTC : modèle mécanique ?

ULg : résolution magnéto-mécanique sous GetDP

Autre labo spécialisé mécanique ?

5.4Modélisation du contrôle des efforts magnétiques (P4)

5.4.1Programme de travail


  • Développement d’un modèle magnéto-mécaniques de machines électriques incluant les efforts de Maxwell et de magnétostriction sous GetDP

  • Quantification de l’effet des efforts magnétostrictifs et confirmation de l’hypothèse qu’ils peuvent être négligés

  • Modélisation analytique des efforts de Maxwell en fonction des paramètres de conception

  • Inversion des relations courant / effort pour le contrôle optimal du couple et des vibrations magnétiques

  • Etude de l’effet de l’angle de charge et de l’injection de courant (limitations sur les harmoniques, sur le courant consommé)

  • Validation par éléments finis (MANATEE)


5.4.2Partenaires


LSEE : techniques d’injection de courant

FEMTO-ST : modélisation mathématique

ULg : résolution magnéto-mécanique sous GetDP


5.5Application à la conception de machines à faible niveau de vibration magnétique (P5)

5.5.1Programme de travail


  • Etude des effets d’encochage sur le bruit et les harmoniques de couple, validation de lois macroscopiques (GCD, LCM)

  • Etude d’effets 3D sur le bruit (ex : vrillage, déséquilibre magnétique), conclusions sur la conception de machines

  • Définition de stratégies de contrôle des efforts harmoniques

  • Etude de bobinages « non conventionnels »

  • Idéation et conception de machines innovantes à faible niveau de bruit

  • Validation par simulations électromagnétiques et vibro-acoustique sous MANATEE

  • Conception et réalisation d’un prototype à faible niveau de bruit et vibration magnétique

  • Validations expérimentales (mesures électriques et vibro-acoustiques)



5.5.2Partenaires


L2EP : bruit magnétique, conception machine, prototypage

LSEE : injection de courant, mesures vibro-acoustiques



5.6Rédaction du rapport de thèse et soutenance (P6)


Le rapport de thèse devra être rédigé en anglais.

La rédaction régulière d’articles scientifiques tout au long de la thèse sera privilégiée par rapport à la rédaction du mémoire de thèse.

6Profil recherché


Vous justifiez d’un niveau d’étude équivalent Bac+5 et vous êtes titulaire d’un Master 2 Recherche avec spécialisation en génie électrique, génie mécanique ou mathématiques appliquées.

Vous avez une première expérience du développement de codes scientifiques (ex : Matlab, Python) et des connaissances en physique appliquée (ex : électromagnétisme, mécanique des structures).

Vous avez de bonnes qualités rédactionnelles en anglais.

Vous êtes surtout motivé par la recherche appliquée, ouvert à l’étude de problématiques transverses, et vous faites preuve de dynamisme et de créativité. Vous avez envie de travailler dans un milieu à la fois en contact avec les industries et les laboratoires, et vous êtes prêt à vous investir dans des activités techniques de différente nature (ex : modélisation mathématique, simulation numérique, validation expérimentale).

7Procédure de recrutement


Envoyez CV, références, date de disponibilité et lettre de motivation au format .pdf à l’intention de Jean LE BESNERAIS à l’adresse contact@eomys.com avec l’objet « [recrutement] offre n° HR_RCR_JO_0009_A_FR ».

8Mots-clés :


machines électriques, électromagnétisme, mécanique, modélisation, simulation, mathématiques appliquées
  1. Références et abréviations

    1. Références


Réf.

Titre









    1. Abréviations












EOMYS ENGINEERING – 121, rue de Chanzy BP 90140 59260 Lille-Hellemmes, France

SAS au capital de 50000€ – RCS Lille Métropole 793 135 476 00018 – N° TVA intra FR 29 793135476 – code APE 7112B /


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