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MUPHY : Projets en cours

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* Projet 3MT, pôle de compétitivité ASTech (2010-2014)

Matériaux Magnétiques pour Machines et Transformateurs

Les évolutions en cours dans l’aéronautique entraînent une forte augmentation de l’énergie électrique à bord des aéronefs. Celle-ci paraît attrayante par le bon rendement de la conversion qui lui est associée. Il en résulte un fort développement du nombre des équipements électriques et de leur puissance, ayant pour fonctions de générer, transformer et consommer de l’énergie électrique. L’étude 3MT s’inscrit dans le cadre de cette évolution, l'accompagnant par le développement de solutions innovantes pour les matériaux magnétiques doux contenus dans les équipements électriques embarqués. Plus compacts et légers, les équipements électriques embarqués dans les avions futurs doivent permettre à ces derniers de répondre aux besoins actuels de qualité de fonctionnement et d’environnement (réduction de la pollution, du bruit, de l'énergie en exploitation comme en production).

Dans le secteur automobile, les contraintes environnementales obligent aussi les équipementiers à améliorer le rendement des différents composants électriques (démarreur, alternateur ou alterno-démarreur). Une inflation des consommateurs à bord du véhicule ainsi qu’une augmentation progressive de l’électrification de ces derniers entraînent la nécessité d’augmenter considérablement la puissance massique des machines électriques, dans la mesure où l’encombrement imposé par le constructeur automobile est de plus en plus réduit (du fait de l’augmentation des consommateurs à bord).

Depuis l'arrivée des alliages FeCo à haut Js il y a nombre de décennies, il n'y a pas eu du côté des matériaux magnétiques doux et des machines électriques embarquées d'évolution significative permettant une réduction drastique de la masse et du volume. De même, du côté des transformateurs spéciaux pour la mesure de courant (transformateurs d’intensité, sondes de courant, capteurs à effet Hall), on utilise encore généralement des noyaux magnétiques assez encombrant en FeSi ou Fer-Nickel (FeNi) depuis nombre de décennies.

Le projet 3MT se propose de répondre à ces problématiques, en réalisant une rupture technologique dans le domaine des matériaux magnétiques doux employés dans les équipements électriques embarqués.

Contact : xavier.mininger[at]lgep.supelec.fr



* Projet SYRENA, pôles de compétitivité ASTech et Aerospace Valley (2010-2013)

SYstème de REgulation Nouvelle Architecture


Le maintien de la compétitivité des entreprises aéronautiques françaises dans le domaine du système de régulation, se traduit par la recherche de technologies innovantes (compétitivité technique), bas coût (compétitivité économique) capables de répondre aux exigences croissantes des motoristes à horizon 2015-2010, dictées entre autre par les enjeux environnementaux (anticipation des directives européennes en matière écologique), sécuritaires et opérationnels.

SYRENA vise à permettant la création d’un systémier français, capable de proposer un système de régulation complet prenant en compte les compétences et innovations de chaque domaine d’expertise. Le projet doit permettre la préparation du système de régulation de demain, en permettant de se différencier des concurrents américains au travers :
- de l’intégration de concepts innovants basés sur des technologies connues de l’aéronautique,

- de transfert de technologies en rupture provenant d’autres domaines industriels,

- de l’exploration d’architectures systèmes plus modulaires et alternatives aux solutions double-canal actuelles, basées sur les nouvelles technologies de communication.

Dans le cadre de ce projet, le rôle du LGEP vise à proposer des outils de modélisation pour les boîtiers d’équipement électronique. Actuellement le « Packaging » traditionnel des cartes électroniques est réalisé dans la majorité des cas en métal (aluminium par exemple) et assure ainsi naturellement la fonction de blindage et de protection vis-à-vis d’éventuelles agressions électromagnétiques. La substitution du métal par de nouveaux matériaux composites permet d’espérer franchir un nouveau cap : l’exploitation de polymères conducteurs ou de matériaux diélectriques à inclusions conductrices (fibres de carbone par exemple) doit en effet permettre d’optimiser les propriétés mécaniques et les performances électromagnétiques des boîtiers d’équipement électronique, de manière à réduire leur masse. La définition d’outils de modélisation permettant une définition optimale des matériaux et des structures de ces boîtiers de nouvelle génération est une étape majeure de ce processus. Ces outils doivent intégrer le caractère hétérogène des matériaux considérés mais rester suffisamment compacts pour autoriser un processus d’optimisation.

Contact : laurent.daniel[at]lgep.supelec.fr

 

 

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Les projets menés à terme récemment :


* Projet SEFORA, pôle de compétitivité ASTech (2008-2011)


Smart EMA For Operations in Rough Atmospheres

Les travaux réalisés actuellement sur l’avion plus électrique pour le remplacement des équipements hydrauliques par des équipements électriques montrent qu’il est nécessaire, pour obtenir un gain maximum de masse et de volume, de faire des progrès au niveau des chaînes électriques (moteur et électronique de puissance). Il en est de même pour les actionneurs électromécaniques fonctionnant actuellement en milieu sévère à des températures de l’ordre de 150°C avec des fonctionnements intermittents à 200°C. Les équipements ciblés dans le projet sont des actionneurs de l’ordre de 2KVA tels que les commandes de géométries variables optimisant le fonctionnement des réacteurs d’avions et les actionneurs de freins d’avions. Une application concernant la réalisation d’actionneurs électriques de l’ordre de 2kVA pour la recherche pétrolière présente un objectif similaire de fonctionnement dans des conditions d’ambiante pouvant atteindre 200°C. SEFORA a pour objectif principal de repousser les limites de température des « Smart Actuators » au niveau des électroniques et des actionneurs électromécaniques en se focalisant sur les performances d’intégration permettant l’installation de ces équipements dans des volumes réduits (réduction des masses et des câblages) et sur la fiabilité à ces hautes températures. Cette possibilité de fonctionner à des températures plus élevées aura aussi pour conséquence de réduire les besoins en termes d’évacuation des pertes.

Contact : frederic.boullault[at]lgep.supelec.fr

 

* Programme ANR Blanc MAEL (2009-2011) : www.lgep.supelec.fr/mael

MAgneto-ELastic behaviour characterisation and multiscale modelling

Le développement de matériaux à propriétés magnétiques améliorées est un enjeu croissant, en particulier si on considère l'importance des réductions de coût, de poids et de volume des machines pour applications embarquées (automobile, aéronautique). Ce développement doit reposer sur des modèles de comportement performants intégrant en particulier les phénomènes de couplage magnéto-mécanique. Ces phénomènes ont un impact notable sur le comportement magnétique et expliquent notamment les chutes de rendement dans les matériels électriques soumis à des contraintes. La modélisation de ces effets de couplage dans les matériaux polycristallins reste encore un problème ouvert. En réponse aux limites des modélisations phénoménologiques macroscopiques, le projet proposé consiste à intégrer dans un modèle multi-échelle anhystérétique les phénomènes de dissipation. Cet outil de modélisation permettra de prédire le comportement magnéto-mécanique de polycristaux à partir des mécanismes physiques responsables de ce couplage et d'un nombre limité de paramètres de description de la microstructure. Une fois cet outil mis au point, il sera mis en oeuvre pour l'optimisation de la microstructure en vue de l'amélioration des performances magnétiques. Les paramètres envisagés sont principalement la texture cristallographique, la taille de grains et le taux de plasticité. Ce projet associe quatre laboratoires (LGEP, LMT, LPCES, LPMTM) investis dans les domaines de l'électromagnétisme, la mécanique, la science des matériaux et la métallurgie.

Contact : laurent.daniel[at]lgep.supelec.fr