Verres métalliques dans les moteurs électriques : Nouveaux matériaux

Verres métalliques pour moteurs électriques : Minimisation des pertes dans le noyau

Les moteurs électriques perdent en efficacité à cause des pertes par hystérésis lors de la remagnétisation dans les matériaux cristallins. Des chercheurs de l’Université de la Sarre proposent de les remplacer par des verres métalliques — alliages amorphes sans structure cristalline. Ces matériaux minimisent la génération de chaleur, particulièrement dans les moteurs à haute vitesse et compacts.

Les alliages ferreux magnétiques mous traditionnels à gros grains sont efficaces, mais lorsque le champ magnétique change dans le stator, les domaines de Weiss rencontrent des défauts dans le réseau cristallin. Cela provoque des pertes dans le noyau proportionnelles à la fréquence de rotation du rotor. La structure amorphe des verres métalliques élimine de tels obstacles : les domaines magnétiques s’orientent librement sans dépense d’énergie pour surmonter les joints de grains.

Propriétés et fabrication des verres métalliques

Les verres métalliques sont formés par refroidissement rapide d’un bain fondu, « gelant » les atomes dans un état désordonné. Cela confère une résistance supérieure à l’acier et de faibles pertes coercitives. Ralph Busch souligne : l’absence de cristallites permet aux domaines de répondre au champ sans frottement.

La fabrication des pièces utilise :

• Coulée sous pression pour la production de masse.
• Fabrication additive (L-PBF — fusion laser de lit de poudre) pour les géométries complexes de rotor et stator.

Le projet de l’UE «Additive Manufacturing of Amorphous Metals for Soft Magnetic Materials» est financé par des millions d’euros. La percée clé est trois alliages résistants à la cristallisation pendant l’impression 3D :

• Vitrifient facilement au refroidissement.
• Conservent leurs propriétés magnétiques mous.
• Adaptés à l’impression de composants fonctionnels de moteur.

Optimisation de la L-PBF pour les applications industrielles

La fusion laser de lit de poudre (L-PBF) nécessite un contrôle précis de la température pour éviter la cristallisation. L’équipe de Busch travaille à améliorer la reproductibilité : optimisation des paramètres laser, de la composition de la poudre et du post-traitement. Cela permettra de mettre à l’échelle la production sans perdre le caractère amorphe.

Dans les tests en laboratoire, les verres métalliques montrent une réduction nette des pertes par rapport aux alternatives nanocristallines. Les prochaines étapes incluent des prototypes de moteurs avec noyaux imprimés en 3D pour validation sous charges réelles.

Points essentiels

• Les verres métalliques amorphes éliminent les pertes de remagnétisation grâce à l’absence de cristallites et à la mobilité libre des domaines de Weiss.
• La L-PBF permet de créer des pièces stator et rotor complexes inaccessibles aux méthodes traditionnelles.
• Trois alliages identifiés pour l’impression : résistants à la cristallisation, magnétiques mous et résistants.
• Le projet de l’UE se concentre sur la scalabilité industrielle de la L-PBF.
• Potentiel pour des moteurs miniatures à haute vitesse avec une efficacité proche de 100 %.

— Editorial Team