Mesure de couple de moteur élèctrique à très haute vitesse avec OPTEL THEVON…

3 PME Françaises de haut vol au service de l’application innovante de l’une d’entre elle, CSTM qui développe son propre moteur électrique haute vitesse rencontre un point dur dans la mesure du couple. Elle doit être sans contact, précise, sans inertie ajoutée, sans contrainte et de surcroît à très haute vitesse ( 100 000 Tr/mn)……

Une mesure de couple sans couplemètre : oxymores ou paradoxes ?

François Dugué directeur de la société CSTM nous explique dans le détail son moteur et ses exigences :
Nous sommes fortement concernés par les machines tournantes à haute vitesse, notamment pour l’aéronautique et le spatial que ce soit pour des bancs d’essais ou pour des prototypes d’équipements embarqués. Nous développons dans ce cadre, un moteur électrique d’une puissance mécanique de 52 kW à 100 000 tr/min inexistant sur le marché, et pouvant répondre aux besoins de plusieurs de nos clients. Pour sa mise au point, il nous fallait mesurer la vitesse et le couple. Mais, au-delà de 25000 tr/min il n’y avait pas de couplemètre dans le commerce.

Pour mesurer à ces vitesse élevée Il nous faut bien sûr un capteur de vitesse référent, très rapide et précis, pour cela : la référence mondiale c’est OPTEL THEVON concevant ses capteurs à Paris. Nous avons choisi le model 152M d’OPTEL THEVON Cf. Figure 4, qui présente de nombreux avantages sur le plan scientifique et pratique disposant de sorties TTL et Analogique ; Ce produit standard présente une dynamique vraiment exceptionnelle, ainsi qu’une facilité de montage et d’emploi, (La mise en place nécessite simplement pour chaque capteur un marquage sur l’arbre en alternant une surface réfléchissante et une surface mate, ainsi qu’un support de fibre optique. La mise en place et le réglage du capteur optique est ensuite de l’ordre de 10 min). Les avantages de ces sondes optiques est leur précision qui permet de mettre de nombreuses marques sur un faible diamètre ainsi que leur insensibilités aux pollutions électromagnétiques. Ce n’est pas étonnant que Porsche, Toyota et tous les autres majors utilisent les produits OPTEL THEVON dans le monde.
Grace à l’application VIB 360 du Français Impédance, fort de son algorithme d’extraction des acyclismes créé par le Dr Hamid SAIAH, nous pouvons mesurer la vitesse, le couple , les acyclismes et les modes propres de la ligne d’arbre, et avec deux capteurs 152M situés chacun sur une roue phonique de part et d’autre d’une portion d’arbre de raideur connue le couplemètre haute vitesse est réalisé.

Hamid Sahia et son équipe développe et utilise depuis de nombreuses années en relation avec CSTM des algorithmes pour le diagnostic vibratoire des machines. Ses algorithmes sont vraiment impressionnants comme le montre des essais de validation avec un couplemètre du commerce, essais réalisés à Supélec où une précision meilleure que 10-3 degrés angulaire a été constatée soit 0,02% du couple considéré à faible vitesse.
La force de ce couplemètre, à l’aide des capteurs OPTEL THEVON à très haute dynamique est que la mesure est réalisable à faible vitesse sur des gros rotors et théoriquement à des vitesses supérieures à 200 000 tours par minute avec la même précision angulaire, si la fréquence d’acquisition est adaptée.
Proposition article/grande première
Nos récents essais jusqu’à 85 000 tr/min, avec deux capteurs 152M sur un banc d’essais de moteur électrique conçu et réalisé par CSTM, Cf. Figure 1, ont conduit à des résultats exceptionnels. En effet les mesures de couple suivent parfaitement les prévisions du calcul. En comparant le couple mesuré par rapport au couple de freinage du frein aérodynamique que nous avons calculé en mécanique des fluides numériques (CFD), nous validons à haute vitesse aussi bien les calculs que le couplemètre qui est bien sûr le plus précis des deux, comme le montre la faible dispersion des points de mesure par rapport à leur courbe de tendance.

Pour plus d’informations RDV sur notre stand C10 durant le salon MEASUREMENT WORLD  …

 

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