Quels sont les matériaux utilisés pour les tôles du stator et du rotor d'un moteur ?

Lerotord'un moteur à courant continu est constitué d'une pièce d'acier électrique laminée. Lorsque le rotor tourne dans le champ magnétique du moteur, il génère une tension dans la bobine, qui génère des courants de Foucault, qui sont un type de perte magnétique, et la perte par courants de Foucault entraîne une perte de puissance. Plusieurs facteurs affectent l'effet des courants de Foucault sur les pertes de puissance, tels que le champ électromagnétique, l'épaisseur du matériau magnétique et la densité du flux magnétique. La résistance du matériau au courant affecte la manière dont les courants de Foucault sont générés. Par exemple, lorsque le matériau est trop épais, la section transversale augmente, ce qui entraîne des pertes par courants de Foucault. Des matériaux plus fins sont nécessaires pour minimiser la surface transversale. Pour rendre le matériau plus fin, les fabricants utilisent plusieurs feuilles minces appelées laminages pour former le noyau d'armature, et contrairement aux feuilles plus épaisses, les feuilles plus minces produisent une résistance plus élevée, ce qui entraîne moins de courants de Foucault.

Le choix du matériau utilisé pour les tôles du moteur est l'une des considérations les plus importantes dans le processus de conception du moteur, et en raison de leur polyvalence, certains des choix les plus populaires sont l'acier laminé à froid et l'acier au silicium. Les aciers à haute teneur en silicium (2 à 5,5 % en poids de silicium) et les tôles minces (0,2 à 0,65 mm) sont des matériaux magnétiques doux pour les stators et les rotors de moteurs. L'ajout de silicium au fer entraîne une coercitivité plus faible et une résistivité plus élevée, et la réduction de l'épaisseur des plaques minces entraîne des pertes par courants de Foucault plus faibles.
L'acier laminé laminé à froid est l'un des matériaux les moins coûteux dans la production de masse et l'un des alliages les plus populaires. Le matériau est facile à estamper et produit moins d’usure sur l’outil d’estampage que les autres matériaux. Les fabricants de moteurs recuit l'acier laminé pour moteurs avec un film d'oxyde qui augmente la résistance intercouche, le rendant comparable aux aciers à faible teneur en silicium. La différence entre l'acier laminé pour moteur et l'acier laminé à froid réside dans la composition de l'acier et les améliorations de traitement (telles que le recuit).
L'acier au silicium, également connu sous le nom d'acier électrique, est un acier à faible teneur en carbone auquel une petite quantité de silicium est ajoutée pour réduire les pertes par courants de Foucault dans le noyau. Le silicium protège les noyaux du stator et du transformateur et réduit l'hystérésis du matériau, le temps entre la génération initiale du champ magnétique et sa génération complète. Une fois laminé à froid et correctement orienté, le matériau est prêt pour les applications de stratification. En règle générale, les stratifiés d'acier au silicium sont isolés des deux côtés et empilés les uns sur les autres pour réduire les courants de Foucault, et l'ajout de silicium à l'alliage a un impact significatif sur la durée de vie des outils et des matrices d'emboutissage.
L'acier au silicium est disponible en différentes épaisseurs et qualités, le type optimal dépendant de la perte de fer admissible en watts par kilogramme. Chaque qualité et épaisseur affecte l'isolation de surface de l'alliage, la durée de vie de l'outil d'emboutissage et la durée de vie de la matrice. Comme l'acier laminé à froid pour moteur, le recuit contribue à renforcer l'acier au silicium, et le processus de recuit après estampage élimine l'excès de carbone, réduisant ainsi les contraintes. Selon le type d'acier au silicium utilisé, un traitement supplémentaire du composant est nécessaire pour réduire davantage les contraintes.
Le processus de fabrication de l’acier laminé à froid ajoute des avantages significatifs à la matière première. La fabrication laminée à froid est effectuée à température ambiante ou légèrement au-dessus, ce qui fait que les grains d'acier restent allongés dans le sens du laminage. La haute pression appliquée au matériau pendant le processus de fabrication répond aux exigences de rigidité inhérentes à l'acier froid, ce qui donne une surface lisse et des dimensions plus précises et cohérentes. Le processus de laminage à froid provoque également ce que l'on appelle un « écrouissage », qui peut augmenter la dureté jusqu'à 20 % par rapport à l'acier non laminé dans les nuances appelées entièrement dur, semi-dur, quart-dur et laminé en surface. Le laminage est disponible dans une variété de formes, notamment rondes, carrées et plates, et dans une variété de qualités pour répondre à un large éventail d'exigences de résistance, d'intensité et de ductilité, et son faible coût continue d'en faire l'épine dorsale de toute fabrication de stratifié.
Lerotoretstatordans un moteur sont constitués de centaines de fines tôles d'acier électrique laminées et assemblées, qui réduisent les pertes par courants de Foucault et augmentent l'efficacité, et toutes deux sont recouvertes d'une isolation des deux côtés pour laminer l'acier et couper les courants de Foucault entre les couches dans l'application du moteur . Typiquement, l'acier électrique est riveté ou soudé pour assurer la résistance mécanique du stratifié. Les dommages causés au revêtement isolant par le processus de soudage peuvent entraîner une diminution des propriétés magnétiques, des modifications de la microstructure et l'introduction de contraintes résiduelles, ce qui rend le compromis entre résistance mécanique et propriétés magnétiques extrêmement difficile.


Heure de publication : 28 décembre 2021