Electric motors: from electromagnetism to mechanics

Origins and optimization of electrical machine noise

Electrification is taking place on a massive scale in all industrial sectors, particularly in the transport sector. The aeronautical sector is no exception: hybridization of engines, electrification of equipment… These developments are giving rise to new problems and questions, particularly in terms of reliability, the dynamic behavior of the whole system, vibrations and acoustics.

This article, presented at the “Entretiens de Toulouse” conference, summarizes the physical phenomena behind noise in electrical machines and gear-driven power transmissions. Methods for calculating and then optimizing the noise and vibration of electrified powertrains are presented in this article.

Authors

Jean-Baptiste DUPONT, Romain LENEVEU

Vibratec SA, 28 chemin du Petit Bois, 69130 Ecully, France

ABSTRACT

La volonté de réduire l’empreinte environnementale des activités, en particulier les émissions de gaz à effet de serre, est maintenant une volonté forte. Dans tous les secteurs industriels, en particulier en ce qui concerne les transports, l’électrification est massive, ce qui pousse à une métamorphose rapide des pratiques.

Le secteur aéronautique ne fait pas exception : hybridation de la motorisation, électrification des équipements… Toutes les technoloies de moteurs peuvent être rencontrées, même si les moteurs synchrones à aimants permanent sont actuellement les plus couramment choisis pour les applications exigeantes. Les puissances peuvent aller de quelques W pour les équipements en cabine à plusieurs centaines de kW pour les projets d’hybridation de la propulsion. Les vitesses de rotation rencontrées sont situées entre quelques centaines de tours par minute pour les applications les plus courantes et plus de 100 000 rpm pour les machines les plus rapides (compresseur). Pour adapter la vitesse et le couple à l’application ciblée, les machines électriques sont très souvent associées à un réducteur.

Cette évolution est à l’origine de nouveaux problèmes et de nouveaux questionnements, notamment en ce qui concerne la fiabilité, le comportement dynamique, les vibrations et l’acoustique. Ces problématiques peuvent être liées au comportement propre des machines, mais aussi aux conséquences de leur intégration dans des systèmes mécaniques complexes (par exemple le couplage avec la dynamique de la ligne d’arbre).

Alors que les performances mécaniques, thermiques et énergétiques sont généralement évaluées et optimisées lors de la conception d’un moteur électrique, le comportement dynamique et acoustique du moteur est rarement pris en compte précocement, même si la fiabilité et le bruit peuvent être des points finalement cruciaux.

L’objectif de cet article est de décrire les principaux mécanismes à l’origine des bruits et vibrations des machines électriques et d’illustrer quelques phénomènes associés. Les origines des bruits et vibrations des réducteurs sont aussi évoquées. Enfin, l’optimisation de ces dispositifs afin de réduire le bruit et les vibrations est abordée.

Vibratec

Moteurs électriques : de l’électromagnétisme à la mécanique

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