Sciences et génie des matériaux

ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

FOUVRY Siegfried

Centre des Matériaux

18/10/2024

Fretting, revêtement, adhésion, usure

Fretting, coating, adhesion, wear

La présente thèse constitue un projet de recherche en collaboration avec l'entité Ampère, division de Renault dédiée à la recherche et développement dans le domaine des moteurs électriques pour l'électrification des véhicules. Plus spécifiquement, cette thèse vise à compléter les travaux entrepris par Ampère concernant la modélisation de la durée de vie d'une bobine de fil de cuivre au niveau des rotors vis-à-vis de la sollicitation de fretting.

Dans un premier temps, une modélisation des bobines de cuivre sera réalisée, ce système est complexe, composé de fil de cuivre revêtue de polymère pour l'isolation et d'une matrice dans un second polymère. Une évaluation de l'ordre de grandeur des efforts dans les zones critiques sera réalisée grâce à des simulations multidimensionnelles et multiniveaux, allant de la modélisation 3D détaillée à des approximations 2D selon les exigences spécifiques. Cette étude préliminaire permettra de concevoir et de mener des campagnes d'essais expérimentaux sous des conditions et charges accrues, dans le but d'identifier, de caractériser et de comprendre les phénomènes locaux de dégradation.

Cette recherche vise également à établir des lois de fatigue sur les revêtements isolants, à mettre en place un protocole systématique de suivi et d'analyse des résultats, et, in fine, à proposer des modèles permettant de prédire ces phénomènes. Il est important de noter que les moteurs électriques fonctionnent dans des plages de température variées, ce qui a un impact significatif sur le comportement des polymères présents. Par conséquent, une configuration expérimentale spécifique sera développée pour mener des tests à une gamme étendue de températures
En conclusion, cette thèse s'achèvera par une capitalisation et une restitution des connaissances acquises au profit d'Ampère, à travers l'intégration des méthodologies et de la compréhension développées dans les activités de recherche et développement de cette dernière.

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Renault utilise des rotors bobinés pour ses moteurs électriques, offrant l'avantage d'éviter les terres rares, d'atteindre une forte densité massique de puissance et de hauts rendements à haute vitesse. Cependant, la course à l'augmentation de la densité de puissance rencontre des limites physiques, comme la tenue des bobinages à haute température. Les avaries de rotors bobinés sont peu documentées dans la littérature et semblent propres aux applications de transport, qui se caractérisent par un usage très dynamique du moteur en vitesse et en température. Aujourd'hui, Renault souhaite anticiper la possibilité de ces endommagements afin de mieux concevoir ses rotors bobinés, nécessitant la réalisation et l'analyse d'essais représentatifs ainsi que le développement de modèles pour comprendre et prédire ces derniers.

Directeur de thèse Siegfried FOUVRY Centre des Matériaux Mines Paris PSL
Co-encadrant Pierre ARNAUD Centre des Matériaux Mines Paris PSL

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Les fils conducteurs utilisé dans les bobines d'Ampère sont des fils de cuivre revêtue par un polymère. Ici c'est la durée de vie du polymère qui est donc un point clé. Le premier objectif sera la compréhension approfondie des mécanismes de dégradation couplé usure et fissuration des revêtements polymères isolants soumis à des contraintes électriques, thermiques et mécaniques répétées, ainsi qu'à des conditions d'humidité.
Identification des facteurs clés influençant la durée de vie des revêtements polymères isolants, la température de l'environnement, le niveau de la sollicitation mécanique, l'humidité, ainsi que l'arrangement entre fil.
L'objectif sera le développement de modèles prédictifs pour estimer la durée de vie résiduelle des revêtements polymères isolants en fonction des charges appliquées, des conditions ambiantes et de l'historique des sollicitations.

Florian Loubeau. Analyse des phénomènes de vieillissement des matériaux d'isolation électrique de machines de traction électrique. PhD thesis, Université Grenoble Alpes, 2016.
Albion Demiri. Enamel insulated copper wire in electric motors : Sliding behavior and possible damage mechanisms during die bending. 2014
Emmanuel Agamloh, Annette von Jouanne, and Alexandre Yokochi. An overview of electric machine trends in modern electric vehicles. Machines, 8(2), 2020.

CIFRE ANRT

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