En tant que Sino, fabricant de premier plan de noyaux de moteur basé en Chine, nous comprenons la quête incessante d'efficacité, de densité de puissance et de fiabilité dans le secteur du véhicule électrique (VE). Notre objectif est de fournir aux fabricants de moteurs électriques pour VE, aux équipementiers, aux fournisseurs automobiles de rang 1 et aux équipes de R&D des solutions de tôles innovantes qui définissent la prochaine génération de propulsion électrique.
Les moteurs électriques des automobiles électriques sont le cœur d'une mobilité durable, et en leur centre se trouvent des tôles fabriquées avec précision. Ces fines feuilles d'acier électrique, soigneusement empilées pour former les noyaux de stator et de rotor, sont essentielles à l'efficacité du moteur électrique. Leur fonction principale est double : diriger efficacement le flux magnétique pour produire du couple et réduire les pertes par courants de Foucault qui naissent des champs magnétiques tournants. En segmentant le noyau en couches protégées, les tôles limitent le trajet de ces courants générés, ce qui réduit nettement les pertes I 2 R et la production de chaleur associée.
Le choix de la nuance d’acier électrique est essentiel pour tirer le meilleur parti des performances et de l’autonomie d’un véhicule électrique. Les moteurs de VE, en particulier les moteurs de traction à hautes performances, tournent à des vitesses très élevées, parfois bien au-delà de 10 000, voire de 20 000 tr/min. Les champs magnétiques changent donc de direction à des fréquences très élevées. Les pertes par courants de Foucault augmentent avec le carré de cette fréquence et le carré de l’épaisseur des tôles. C’est pourquoi des tôles plus fines sont souvent avantageuses.
Voici un aperçu simplifié de l'incidence des différentes propriétés des matériaux sur les performances, à partir des données que l'on trouve chez les grands producteurs d'acier comme ArcelorMittal (avec sa série iCARe® pour l'électromobilité) ou POSCO (avec ses nuances Hyper NO) :
Nuance d'acier électrique (guide indicatif Sino) | Épaisseur typique (mm) | Perte dans le noyau (W/kg à 1,5 T, 400 Hz)* | Teneur en silicium (env. %) | Le point de vue de Sino : scénario idéal |
Nuance standard (par ex. équivalent M350-50A) | 0.50 | ~35-45 | ~1.0-2.5 | Applications sensibles au coût, moteurs à vitesse/fréquence plus faible où l'efficacité ultime n'est pas le critère principal. |
Acier NO de gamme intermédiaire (par ex. équivalent M270-35A) | 0.35 | ~25-30 | ~2.5-3.5 | Un bon compromis pour de nombreux moteurs de VE courants ; une efficacité correcte sans exploser le budget. |
Acier NO haut de gamme (par ex. équivalent NO20-1200) | 0.20 | ~10-15 | ~3.0-3.5 | Unités de noyau de moteur de traction pour VE à hautes performances, fonctionnement à haute fréquence ; où l'efficacité et la densité de puissance sont essentielles. |
Acier avancé à faible épaisseur / à haute teneur en Si | 0.10 – 0.15 | <10 | ~3.5-6.5 | Besoins d'efficacité maximale, Formula E, aérospatial ou VE de niche où chaque watt compte. Peut être plus délicat à mettre en œuvre. |
Les valeurs de perte dans le noyau dépendent fortement de la nuance, de la fréquence et de la densité de flux magnétique. Ce tableau est fourni à titre de comparaison indicative. Source : élaboré à partir de l'expertise interne de Sino, des meilleures pratiques du secteur et des plages de données typiques figurant dans les publications de IEEE Transactions on Magnetics et les fiches techniques des fabricants d'acier.
Tableau 1 : Caractéristiques physiques et de pertes des nuances d'acier
| Nuance d'acier électrique (guide indicatif Sino) | Épaisseur typique (mm) | Perte dans le noyau (W/kg à 1,5 T, 400 Hz)* |
|---|---|---|
| Nuance standard (par ex. équivalent M350-50A) | 0.50 | ~35-45 |
| Acier NO de gamme intermédiaire (par ex. équivalent M270-35A) | 0.35 | ~25-30 |
| Acier NO haut de gamme (par ex. équivalent NO20-1200) | 0.20 | ~10-15 |
| Acier avancé à faible épaisseur / à haute teneur en Si | 0.10 – 0.15 | <10 |
Tableau 2 : Composition des nuances d'acier et scénario d'application
| Nuance d'acier électrique (guide indicatif Sino) | Teneur en silicium (env. %) | Le point de vue de Sino : scénario idéal |
|---|---|---|
| Nuance standard (par ex. équivalent M350-50A) | ~1.0-2.5 | Applications sensibles au coût, moteurs à vitesse/fréquence plus faible où l'efficacité ultime n'est pas le critère principal. |
| Acier NO de gamme intermédiaire (par ex. équivalent M270-35A) | ~2.5-3.5 | Un bon compromis pour de nombreux moteurs de VE courants ; une efficacité correcte sans exploser le budget. |
| Acier NO haut de gamme (par ex. équivalent NO20-1200) | ~3.0-3.5 | Unités de noyau de moteur de traction pour VE à hautes performances, fonctionnement à haute fréquence ; où l'efficacité et la densité de puissance sont essentielles. |
| Acier avancé à faible épaisseur / à haute teneur en Si | ~3.5-6.5 | Besoins d'efficacité maximale, Formula E, aérospatial ou VE de niche où chaque watt compte. Peut être plus délicat à mettre en œuvre. |
Le choix de l'acier électrique est déterminant pour les performances des noyaux de moteurs électriques de véhicules électriques. Sino dispose d'une large gamme de produits, chacun doté de caractéristiques magnétiques, mécaniques et thermiques propres, adaptées à des applications spécifiques de VE. Nous nous concentrons principalement sur les aciers au silicium à grains non orientés (NGO), tout en étudiant et en développant des solutions à base d'alliages amorphes et de matériaux nanocristallins pour les futures exigences de haute performance.
Les aciers au silicium NGO, comme les nuances à haute teneur en silicium NO20 et NO35, sont la bête de somme du marché des VE. Ils se distinguent par :
Les grands constructeurs de VE, dont Tesla, BYD et Toyota, utilisent principalement des aciers NGO de première qualité (par ex. M250-35A, M400-50A) pour leurs rotors et noyaux de stator, en conciliant coût, efficacité et fabricabilité. Sino se concentre sur la fourniture d'aciers NGO ultra-fins à haute teneur en silicium (jusqu'à 0,15 mm) offrant des pertes par hystérésis et par courants de Foucault plus faibles, en particulier aux hautes fréquences de commutation habituelles des moteurs électriques de VE à onduleur actuels.
Les alliages amorphes, tels que le Metglas 2605SA1, représentent un grand pas en avant dans la réduction des pertes dans le noyau, en particulier à haute fréquence. Leurs principales propriétés magnétiques sont les suivantes :
Si le coût et la fragilité restent des obstacles à une adoption large dans les VE grand public, les alliages amorphes sont déjà testés dans certaines applications à haute vitesse ou à haut rendement. Sino participe activement à la R&D pour surmonter ces défis de fabrication et explorer des conceptions de noyaux hybrides combinant acier NGO et couches amorphes afin d'équilibrer coût et performance.
Les alliages nanocristallins, comme le Finemet d'Hitachi et le Vitroperm de VAC, représentent le sommet des matériaux magnétiques à faibles pertes, en particulier à très haute fréquence.
À l'heure actuelle, les produits nanocristallins se limitent aux applications de VE haut de gamme ou de niche, comme les transformateurs haute fréquence des onduleurs à base de SiC/GaN (par ex. Tesla Design S Plaid, Lucid Air Fantasize Edition). Sino suit de très près les avancées en matière de synthèse et de réduction des coûts, notamment la fabrication additive et la métallurgie des poudres, qui pourraient permettre une adoption plus large dans les moteurs de traction de VE grand public à l'horizon 2028–2030, d'autant que les onduleurs SiC/GaN repoussent les fréquences de commutation.
Choisir un partenaire expert comme Sino pour vos tôles de noyau de moteur de VE n'est pas une simple décision d'achat, c'est une décision stratégique.
Nous ne nous contentons pas d'estamper du métal. Nous comprenons la physique, la science des matériaux et les subtilités de fabrication qui font ou défont un noyau de moteur de traction pour VE.
Nous nous considérons comme une extension de vos équipes R&D et de production. Nous sommes là pour conseiller, orienter et co-concevoir des solutions qui répondent à vos objectifs précis de performance, de coût et de volume.
Des aciers électriques avancés aux procédés de fabrication de précision et à un contrôle qualité robuste, nous investissons dans les outils et les techniques qui offrent les meilleures tôles de noyau de moteur de VE.
Que vous ayez besoin de quelques prototypes pour un nouveau concept de moteur ou d'une production en grande série pour une plateforme de VE établie, Sino dispose de l'évolutivité et de la souplesse nécessaires pour livrer.
Notre engagement qualité est sans faille, car nous savons que la fiabilité et l'efficacité de votre moteur de VE dépendent de la perfection de chaque tôle.
1
C'est notre principale technique d'automatisation de la découpe des tôles. Nous utilisons des matrices progressives avancées et des presses à grande vitesse pour atteindre des tolérances serrées et un débit élevé. Notre attention portée à la conception et à la maintenance des matrices limite la formation de bavures et garantit une uniformité optimale du matériau, ce qui influe directement sur le facteur de remplissage.
2
Pour le prototypage, la production en petite série ou les géométries complexes difficiles à estamper, nous utilisons une technologie innovante de découpe laser. Elle offre une grande précision et une grande souplesse, ce qui permet de concrétiser rapidement les conceptions.
3
L'isolation entre tôles est cruciale. Nous maîtrisons différents types de revêtements, organiques comme inorganiques, en veillant à ce que leur application et leur durcissement (si nécessaire) soient impeccables. Nos protocoles de manipulation sont conçus pour éviter toute rayure ou dommage susceptible de compromettre cette barrière essentielle.
4
La façon dont les tôles sont empilées et assemblées pour former les tôles de noyau de moteur de VE (noyau de stator ou de rotor) finales est également essentielle.
Améliorer la géométrie des tôles, l'encoche et les facteurs de remplissage est essentiel pour atteindre les objectifs de rendement tels que l'efficacité, la densité de puissance et la gestion thermique sur différentes topologies de moteur (par ex. flux radial, flux axial, moteurs synchrones à aimants permanents, moteurs à réluctance). Chez Sino, nous utilisons des concepts de conception avancés et des outils de simulation de pointe pour fournir des solutions de découpe remarquables.
Le facteur de remplissage, défini comme le rapport entre la densité du matériau de base et la densité du noyau empilé complet, est un paramètre essentiel pour le calcul exact de la densité de flux magnétique et des pertes dans le noyau. Les valeurs typiques des tôles en acier électrique dans les noyaux de moteurs de VE vont de 0,92 à 0,97.
La manière d'assembler les empilages de tôles influence fortement l'efficacité, la fiabilité et les caractéristiques NVH (bruit, vibration, aspérité) du noyau de moteur final. Sino propose et conseille différentes stratégies d'empilage avancées :
L'imbrication implique de former avec précision les tôles avec des éléments tels que des pattes, des encoches ou des formes en queue d'aronde qui s'engagent mécaniquement lors de l'empilage. Les tôles sont estampées avec des caractéristiques spécifiques (par ex. liaisons d'entraînement, pattes encliquetables, systèmes à rainure et languette), puis assemblées mécaniquement à l'aide de presses automatisées.
Cela peut donner un empilage très robuste, mais la chaleur peut endommager l'isolation près de la soudure et créer des courts-circuits localisés si elle n'est pas maîtrisée avec rigueur. Chez Sino, nos procédés de soudage automatisés sont finement réglés pour minimiser la zone affectée thermiquement.
Le collage consiste à appliquer une fine couche de colle spéciale entre les tôles, puis à empiler et à durcir. Une fine couche d'adhésif époxy ou acrylique (généralement 10–30 μm d'épaisseur) est appliquée, les tôles sont empilées, puis durcies (thermique, UV ou durcissement double).
Nos tôles contribuent à faire fonctionner les systèmes de traction des véhicules électriques de manière excellente. Elles se traduisent par :
Moins d'énergie gaspillée signifie que la voiture consomme moins d'énergie de batterie. L'autonomie du VE s'en trouve allongée. Nos tôles contribuent à optimiser les pertes dans le noyau et à minimiser les pertes fer.
C'est ce qu'on appelle l'amélioration de la densité de couple. Nos tôles aident le moteur à créer un champ magnétique intense (densité de flux magnétique) avant d'atteindre les limites où le magnétisme ne peut plus augmenter (limites de flux à saturation). Nous pouvons le vérifier par une analyse des courbes B-H des tôles.
Une bonne conductivité thermique et la dissipation de chaleur des tôles aident à maintenir le moteur au frais. C'est important, car les moteurs peuvent chauffer, et rester froid leur permet de durer plus longtemps et de mieux fonctionner. Nous concevons de bons canaux de refroidissement dans les tôles.
Des conceptions et des matériaux spécifiques peuvent contribuer à réduire le bruit des tôles et à amortir leurs vibrations, en limitant les effets de magnétostriction (une sorte de bruit que l'acier produit lorsqu'il est magnétisé). Cela rend la conduite plus douce et plus silencieuse.
Nos tôles contribuent à réduire l'ondulation de couple (pics de puissance) et la distorsion harmonique (formes de puissance perdues).
Nos tôles de noyau de moteur de VE sont utilisées dans de nombreux domaines du transport électrique :
Le moteur principal qui entraîne les roues des véhicules électriques à batterie (BEVs) et des véhicules électriques hybrides (HEVs).
Lorsque le moteur fait partie de l'essieu.
Des moteurs qui se comportent comme des génératrices en décélération pour renvoyer de l'énergie dans la batterie.
Dans les motos électriques, les bus, les camions et même dans des applications comme les moteurs de propulsion de drones ou les moteurs de robotique industrielle.
Le marché des VE évolue à la vitesse de l'éclair. On demande des moteurs encore plus efficaces, plus denses en puissance, plus légers et plus silencieux. Cela se traduit directement par des défis et des opportunités pour tôles de noyau de moteur de VE. Nous observons des tendances vers des tôles encore plus fines (moins de 0,1 mm dans certains travaux de recherche !), de nouveaux matériaux amorphes ou nanocristallins pour des pertes dans le noyau ultra-faibles, et des conceptions de moteur plus intégrées.
Chez Sino, nous ne nous contentons pas d'observer ces tendances : nous nous y préparons activement, en investissant dans la R&D pour garantir que nous pouvons proposer la prochaine génération de tôles de noyau de moteur de VE qui propulsera les véhicules de demain. Votre parcours vers un noyau de moteur de traction pour VE plus efficace et plus performant commence par les bonnes tôles, et ce parcours peut commencer avec Sino.
Si vous cherchez à repousser les limites des performances des moteurs de VE, parlons-en. Nous sommes convaincus que notre expertise en tôles de noyau de moteur de VE peut vous aider à atteindre vos objectifs et à conduire l'avenir de la mobilité électrique. Construisons ensemble quelque chose d'exceptionnel.
Remarque : Pour accélérer votre projet, vous pouvez indiquer sur les empilages de tôles des détails tels que la tolérance, le matériau, l'état de surface, si une isolation oxydée est requise ou non, la quantité, et plus encore.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez indiquer sur les empilages de tôles des détails tels que tolérance, matériau, état de surface, si une isolation oxydée est requise ou non, quantité, et plus encore.
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