Modélisation d'un couplemètre magnétoélastique pour évaluer l'impact de ses paramètres de conception

Un modèle numérique est développé pour évaluer l'impact des paramètres de conception sur le gain et l'uniformité du signal d'un couplemètre magnétoélastique passif. Ce type de couplemètre est particulièrement intéressant pour des applications automobiles comme la direction assistée grâce à sa grande sensibilité, son intégration facile dans l'architecture de l'automobile et la possibilité de mesures sans contact. Il consiste en un cylindre avec une ou plusieurs bandes magnétiques ayant une aimantation circonférentielle. Ces bandes magnétiques réagissent aux couples appliquées en modifiant l'orientation de leur aimantation, qui devient alors mesurable avec des magnétomètres près de la surface du cylindre. Le fonctionnement du couplemètre magnétoélastique met en évidence quelques paramètres importants comme la taille des bandes magnétiques, la distance des magnétomètres de la surface du cylindre ainsi que leur orientation. L'étude de ces paramètres peut être difficile dans un contexte expérimental, car plusieurs contributions au signal total sont difficilement contrôlables. Il y a par exemple les contraintes résiduelles dans le cylindre, la variation des propriétés du matériau, la non-uniformité de l'aimantation, et l'interaction des bandes magnétiques avec le reste du dispositif. Pour éliminer ces contributions et extraire l'impact des paramètres de conception, un modèle numérique du dispositif est approprié car il permet de l'étudier dans des conditions idéales. En effet, des différences significatives dans le gain du dispositif ont été observées en modifiant les paramètres de conception listés plus tôt. Par exemple, une configuration radiale des magnétomètres profite d'un gain supérieur qu'une configuration axiale malgré sa sensibilité accrue aux déplacements des capteurs. Puis, l'impact des fluctuations dans la configuration magnétique du couplemètre sur ses performances est évalué. De telles fluctuations peuvent être présentes dans un matériau réel à cause des contraintes résiduelles, des défauts, et de la nature polycristalline du matériau. Le cas spécifique d'une maille cristallographique cubique est étudié, montrant que cette dernière limite le gain à 0.73 fois sa valeur maximale. En effet, les fluctuations dans la configuration magnétique du couplemètre diminuent le gain du dispositif. En plus de cela, elles ajoutent un signal résiduel qui peut causer des problèmes lors du fonctionnement du couplemètre. Finalement, le modèle est utilisé pour calculer le champ magnétique résiduel d'un couplemètre magnétoélastique défini par des configurations magnétiques non idéales. Ces dernières consistent en des variations spatiales des propriétés du matériau qui peuvent apparaître à cause de l'usinage de la pièce, des traitements thermiques de la pièce ou encore de la procédure de magnétisation qui a été utilisée pour définir les bandes magnétiques.