THESE
Présentée par
M. Laurent GROS

 
 

Pour obtenir le grade de DOCTEUR
de L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE
(Arrêté ministériel du 30 mars 1992)
 
(Spécialité : Génie Electrique)
 
 
MODELISATION, CONCEPTION ET CARACTERISATION DE POTS VIBRANTS MAGNETOSTRICTIFS
APPLICATION AU CONTROLE ACTIF DES VIBRATIONS

   

Date de soutenance : 09 juin 1999
 
Composition du jury :
   

 

Thèse préparée au sein du Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble
 
 
 
Table des matières

Remerciements

Introduction

Chapitre I : Introduction générale

I.1 Le contrat européen MADAVIC I.1.1 Le but
I.1.2 Les partenaires
I.1.3 Notre rôle
I.1.4 Le déroulement et l'organisation
  I.2 Pots vibrants  I.2.1 Les différents types de pots vibrants I.2.1.1 Les pots vibrants électrodynamiques
I.2.1.2 Les pots vibrants électromagnétiques
I.2.1.3 Les actionneurs piézo-électriques
I.2.1.4 Les pots vibrants magnétostrictifs I.2.2 Etude de marché
  I.3 La détection de défauts

I.4 Le contrôle actif des vibrations

I.5 Conclusion
 

 Chapitre II : Les différents phénomènes physiques impliqués dans l'étude d'un pot vibrant magnétostrictif II.1 La magnétostriction II.1.1 Rétrospectives
II.1.2 L'effet magnétostrictif
II.1.3 Les matériaux magnétostrictifs II.1.3.1 Introduction
II.1.3.2 Les terres rares II.1.4 Les principaux effets magnétostrictifs
II.1.5 Un peu de théorie
II.1.6 Les barreaux à magnétostriction géante  II.1.6.1 Comparaison des performances des différentes méthodes de fabrication Brigman et FSZM
II.1.6.2 Comparaison entre les barreaux Etrema FSZM et TDK
II.1.6.3 Précontraintes mécanique et pré-magnétisation
II.1.6.4 Variation de la perméabilité magnétique des barreaux  II.1.7 Conclusion
  II.2 Le magnétisme II.2.1 Les matériaux ferrites doux
II.2.2 Les aimants
  II.3 La thermique II.3.1 Le transfert thermique par rayonnement
II.3.2 Le transfert thermique par convection
II.3.3 Le transfert thermique par conduction
  II.4 La mécanique II.4.1 Caractéristique mécanique d'un actionneur magnétostrictif II.4.1.1 Raideur
II.4.1.2 Force développée
II.4.1.3 Fréquence de résonance II.4.2 Influence du couplage à une masse
  II.5 Conclusion
  Chapitre III : Modélisation, dimensionnement et conception III.1 Introduction et cahiers des charges

III.2 Caractéristiques des différentes parties de l'actionneur magnétostrictif

III.2.1 Structure
III.2.2 Le circuit magnétique
III.2.3 Les aimants
III.2.4 Le système de précontrainte
III.2.5 Le bobinage
III.2.6 Le barreau magnétostrictif
III.2.7 Capteurs III.3 La modélisation magnétique III.3.1 Introduction
III.3.2 Comparaison entre structure circulaire et structure plane
III.3.3 Caractéristiques de la bobine
III.3.4 Les lignes de champ dans le circuit magnétique
III.3.5 Distribution du champ magnétique dans le barreau
III.3.6 Effet de la fréquence sur la distribution du champ magnétique dans la barreau
III.3.7 Alimentation électrique III.4 La modélisation thermique III.4.1 Pertes dans le barreau magnétostrictif III.4.1.1 Pertes par hystérésis statiques et dynamiques
III.4.1.2 Pertes joules dues aux courants induits dans le barreau. III.4.2 Pertes par effet Joule dues au courant d'alimentation dans la bobine
III.4.3 Conclusion III.5 La modélisation mécanique

III.6 Exemple de choix de conception du prototype d'actionneur " léger "

III.7 Conclusion
 

 Chapitre IV : Tests expérimentaux et caractérisation IV.1 Caractéristiques physiques et évolutions des différents prototypes

IV.2 Mesures magnétiques

IV.2.1 Système de mesure
IV.2.2 Evolution du champ magnétique en fonction de la fréquence
IV.2.3 Evolution de l'induction en fonction de la fréquence
IV.2.4 Perméabilité magnétique IV.3 Mesures mécaniques IV.3.1 Optimisation du point de fonctionnement IV.3.1.1 Influence du champ statique
IV.3.1.2 Influence de la pré-contrainte IV.3.2 Mesures de déplacement IV.3.2.1 Mode libre
IV.3.2.2 Mise en évidence du doublement de fréquence
IV.3.2.3 Déplacement en fonction de la pré-contrainte
IV.3.2.4 Déplacement en fonction de la fréquence
IV.3.2.5 Comparaison entre les deux méthodes de mesure du déplacement
IV.3.2.6 Mesure de distorsion harmonique du déplacement (THD)
IV.3.2.7 Influence de la fréquence sur l'hystérésis
IV.3.2.8 Diagramme de Bode : accélération en fonction du courant d'alimentation IV.3.3 Mesures de force IV.3.3.1 Mode bloqué, mesures de force
IV.3.3.2 Force développée en fonction des différentes précontraintes
IV.3.3.3 Force développée pour différentes fréquences
IV.3.3.4 Taux de distorsion harmonique de la force
IV.3.3.5 Influence de la structure de blocage pour la mesure de force   IV.4 Mesures thermiques

IV.5 Consommation électrique

IV.6 Comparaison entre le prototype 3 (LMSA3) et le prototype 4 (LMSA4)

IV.6.1 Induction en fonction du courant
IV.6.2 Consommation électrique
IV.6.3 Déplacement en fonction du courant IV.7 Conclusion
  Chapitre V : Application au contrôle actif des vibrations d'une inductance de lissage V.1 Description du banc d'essai

V.2 Caractérisation de l'expérience

V.2.1 Fonction de transfert expérimentale
V.2.2 Identification du modèle
V.2.3 Schéma du procédé et de l'algorithme de contrôle en boucle fermée
V.2.4 Choix de l'algorithme de contrôle. V.3 Etude théorique de la réduction active des vibrations

V.4 Résultats expérimentaux

V.4.1 Réduction d'une vibration à une seule composante fréquentielle
V.4.2 Réduction des vibrations induites par un bruit blanc.
V.4.3 Ajout d'une masse à l'actionneur magnétostrictif, réduction d'une perturbation à une seule composante fréquentielle.
V.4.4 Ajout d'une masse à l'actionneur magnétostrictif, réduction des vibrations induites par un bruit blanc V.5 Discussion et conclusion
  Conclusions et perspectives

Unités et notations

Références