Noyaux de moteurs électriques par fabrication additive

Le défi

L’acier électrique Fe-6,5%Si offre des propriétés magnétiques douces optimales pour les noyaux de machines électriques—résistivité plus élevée et magnétostriction nulle par rapport aux grades conventionnels à 3% de silicium. Cependant, la fragilité des alliages à haute teneur en silicium les rend impossibles à traiter par les méthodes conventionnelles de laminage et d’emboutissage. Parallèlement, la révolution des véhicules électriques exige des conceptions de moteurs complexes et haute performance que la construction conventionnelle en acier laminé ne peut pas produire efficacement. Des méthodes de fabrication alternatives sont nécessaires pour exploiter ce matériau magnétique supérieur.

La solution

Cette recherche a développé un procédé complet d’extrusion de matériaux à base de filament (MEX) pour la fabrication de pièces monolithiques en Fe-6,5%Si. Un filament sur mesure incorporant de la poudre d’acier à haute teneur en silicium a été spécifiquement développé pour permettre le traitement par extrusion de cette composition, suivi d’un frittage sans pression pour atteindre la pleine densité.

Les essais par excitation impulsionnelle ont caractérisé les propriétés mécaniques des pièces frittées, mesurant le module d’élasticité pour vérifier la qualité de densification et corréler les paramètres de traitement avec l’intégrité structurelle. Les essais de flexion 4 points ont confirmé une résistance à la flexion de 855 ± 96 MPa, tandis que l’IET a fourni le criblage non destructif nécessaire pour évaluer efficacement de multiples variations de traitement.

Résultats

Les pièces frittées ont atteint une densité relative de 96–99% avec des performances magnétiques remarquables—les anneaux minces empilés présentaient des pertes dans le noyau inférieures à celles des tôles commerciales NO20 à 100 Hz, la première fois que des tôles standard sont surpassées par de l’acier à haute teneur en silicium fabriqué de manière additive. L’équipe a démontré la polyvalence en fabriquant deux conceptions complètes de noyaux de stator, validant la maturité de la technologie pour les applications complexes de moteurs électriques.