Utilisés pour alimenter des applications allant des véhicules électriques et des robots industriels aux appareils électroménagers et aux systèmes d’énergie renouvelable, les moteurs électriques dépendent fortement du choix des matériaux de stratification.
Alors que les concepteurs se concentrent sur les enroulements et les stratégies de contrôle, les matériaux de stratification déterminent fondamentalement les performances magnétiques, les pertes fer, l’efficacité, le bruit, la dissipation de chaleur, ainsi que le coût et la fiabilité globaux.
Comparaison rapide
| Matériel | Perméabilité magnétique | Densité de flux de saturation (T) | Perte de noyau | Capacité de fréquence | Stabilité thermique | Niveau de coût | Applications typiques |
| Acier au silicium | Haut | ~1,5–2,0 | Faible à moyen | Moyen à élevé | Bien | Moyen | Industrie, véhicules électriques, General Motors |
| Alliages de cobalt | Très élevé | ~2,0–2,4+ | Très faible | Haut | Excellent | Très élevé | Aérospatiale, haute vitesse, moteurs haut de gamme |
| Alliages de nickel | Très élevé | ~0,8–1,6 | Faible | Faible à moyen | Très bien | Haut | Moteurs de précision, capteurs |
| Alliages de fer | Moyen | ~1,8–2,2 | Haut | Faible | Modéré | Faible | Moteurs anciens à basse vitesse |
Acier au silicium
Le matériau le plus courant pour stratification du moteur L’acier au silicium, souvent appelé acier électrique, est un alliage de fer contenant de 1 à 3,5 % de silicium. Cet alliage améliore la résistance électrique et les performances magnétiques, réduisant ainsi les pertes par courants de Foucault et les pertes dans le noyau.
Ce matériau est proposé sous forme non orientée (NO) et à grains orientés (GO). L’acier au silicium non orienté est principalement utilisé dans les moteurs car il offre des propriétés magnétiques uniformes dans toutes les directions, idéales pour les champs magnétiques rotatifs.
| Avantages | Inconvénients |
| Excellent rapport qualité-prix | Performances magnétiques non optimales |
| Faibles pertes dans le noyau aux vitesses typiques | Moins adapté aux températures extrêmes |
| Largement disponible et facile à transformer | La perte augmente avec la fréquence |
| bonnes propriétés mécaniques | Peut nécessiter des piles plus épaisses aux basses fréquences |
Applications
- moteurs à induction industriels
- moteurs de traction et auxiliaires pour véhicules électriques
- Appareils électroménagers (lave-linge, ventilateurs, compresseurs)
- moteurs de CVC et de pompes
- alternateurs de production d’énergie
Alliages de cobalt
Les alliages de cobalt, en particulier les alliages fer-cobalt (CoFe), sont des matériaux de lamination haute performance offrant une saturation magnétique, une perméabilité et une stabilité thermique très élevées, permettant une densité de puissance et une efficacité plus élevées.
Bien que beaucoup plus chers que l’acier au silicium en raison du coût des matériaux et de la transformation, les alliages de cobalt se justifient dans les applications où la taille, le poids et les performances sont essentiels.
| Avantages | Inconvénients |
| Saturation magnétique très élevée | Coût des matériaux très élevé |
| Excellentes performances à haute température | Offre mondiale limitée |
| Réduction des pertes dans le noyau aux hautes fréquences | Traitement/tamponnage difficile |
| Permet de concevoir des moteurs compacts et légers | Nécessite un outillage spécialisé |
Applications
- moteurs aérospatiaux et de défense
- Broches à grande vitesse
- Machines à haute fréquence
- Moteurs pour véhicules électriques ultra-compacts à haute densité de puissance
- Entraînements industriels spécialisés
Alliages de nickel
Les alliages de nickel, notamment les alliages fer-nickel comme le Permalloy, présentent une perméabilité magnétique très élevée et une faible coercivité. Bien que leur flux de saturation soit inférieur à celui des alliages de cobalt, ils conviennent parfaitement aux applications exigeant une sensibilité élevée, de faibles pertes par hystérésis et une grande stabilité magnétique.
Ils sont donc couramment utilisés dans les moteurs de précision, les capteurs et l’instrumentation où des performances constantes et à faible bruit sont essentielles.
| Avantages | Inconvénients |
| Perméabilité extrêmement élevée | densité de flux de saturation réduite |
| Perte minimale d’hystérésis | Plus cher que l’acier au silicium |
| Performances stables et reproductibles | Moins adapté aux moteurs de forte puissance |
| Excellent pour les systèmes de précision | Peut nécessiter une fabrication spécialisée |
Applications
- servomoteurs de précision
- Actionneurs et systèmes de contrôle
- Capteurs magnétiques
- instrumentation aérospatiale
- Dispositifs médicaux et scientifiques
Alliages de fer
Les alliages de fer, principalement le fer quasi pur ou à faible teneur en carbone, comptent parmi les premiers matériaux utilisés pour le laminage des tôles magnétiques des moteurs. Ils offrent une densité de flux de saturation élevée à faible coût, mais leurs pertes importantes par courants de Foucault, dues à leur faible résistivité électrique, limitent leur utilisation aux applications économiques ou anciennes.
Bien que largement remplacés par l’acier au silicium dans les moteurs modernes à haut rendement, les alliages de fer sont encore utilisés lorsque la simplicité et la réduction des coûts sont prioritaires.
| Avantages | Inconvénients |
| densité de flux de saturation élevée | Pertes importantes par courants de Foucault |
| Faible coût des matières premières | Mauvaises performances à haute fréquence |
| propriétés mécaniques robustes | moteurs à faible rendement |
| chaîne d’approvisionnement simple | Largement remplacés dans les modèles modernes |
Applications
- Moteurs industriels à basse vitesse
- moteurs du marché de la réparation et des véhicules anciens
- Certaines grandes machines synchrones
- Applications économiques à faible rendement
Faire le bon choix de matériau
Le choix du matériau de stratification moteur approprié nécessite d’aligner les exigences de l’application avec les contraintes de performance et de production.
Efficacité contre coût
Si la priorité est de réduire les pertes dans le noyau et d’améliorer l’efficacité à grande échelle, notamment pour les véhicules électriques ou les entraînements industriels, l’acier au silicium est souvent le choix le plus équilibré. Sa chaîne d’approvisionnement bien établie et sa compatibilité avec les procédés de fabrication en font un matériau essentiel à la production moderne de moteurs.
Haute Performance Premium
Pour les moteurs où le poids, la plage de températures de fonctionnement et la densité de puissance importent plus que le coût, comme les moteurs aérospatiaux ou les moteurs haut de gamme à grande vitesse, les alliages de cobalt offrent des performances magnétiques inégalées.
Précision et contrôle
Les moteurs utilisés dans l’instrumentation de précision ou les systèmes de contrôle aérospatiaux bénéficient de la stabilité et des faibles pertes par hystérésis des alliages de nickel, même si leur flux de saturation est plus faible.
Héritage et petit budget
Dans les applications où le budget ou la simplicité priment sur la performance, comme les gros moteurs industriels lents ou les marchés de la réparation traditionnels, les alliages de fer restent un choix pratique et rentable.
