Cette image montre une bobine en aluminium moulé sous pression avec sept tours et une hauteur d'échelle d'env.  1,5 millimètres.

Bobines en aluminium moulé sous pression pour des moteurs électriques efficaces

Mobilité Bobines en aluminium moulé sous pression pour des moteurs électriques efficaces

| Editeur: Nicole Kareta

Qu’il s’agisse de vélos électriques, de scooters électriques ou de drones, toutes ces formes de mobilité utilisent un moteur électrique pour les entraîner. Afin de rendre les moteurs plus efficaces, les chercheurs de Fraunhofer IFAM ont développé un procédé de moulage qui peut être utilisé pour produire des enroulements légers en aluminium et un facteur de remplissage de rainure plus élevé.

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Cette image montre une bobine en aluminium moulé sous pression avec sept tours et une hauteur d’échelle d’env. 1,5 millimètres.

(Source: Fraunhofer IFAM)

Les bobines électriques font partie de chaque moteur électrique. Jusqu’à aujourd’hui, ces bobines étaient généralement des bobines enroulées en cuivre. Désormais, les experts de Fraunhofer IFAM ont développé une méthode de fabrication de bobines électriques en les coulant complètement en cuivre… ou même en aluminium. Ils les appellent CastCoils.

Une étude a maintenant montré que les bobines d’aluminium augmentent le rendement continu des machines électriques par rapport aux enroulements en cuivre, réduisent la température de fonctionnement et en même temps économisent du poids et des coûts de matières premières. «Cette technologie ouvre de nouvelles perspectives pour les fonderies et les fabricants de motorisations électriques. Par exemple, les CastCoils en aluminium rendent les entraînements électriques plus légers et peuvent stimuler le vol électrique. Mais les CastCoils en aluminium sont également idéaux pour les systèmes de réfrigération à l’ammoniac », déclare Franz-Josef Wöstmann de Fraunhofer IFAM.

Regardez cette vidéo et découvrez les avantages des CastCoils en aluminium:

L’étude

Les bobines coulées se caractérisent par un agencement de conducteurs plats, ce qui conduit à un facteur de remplissage de rainure plus élevé et donc à une meilleure utilisation de l’espace d’installation disponible. Bien que le bobines d’aluminium moulé ont une résistance électrique plus élevée par rapport au matériau que les bobines de cuivre enroulées, la plus grande section transversale se traduit par une résistance plus faible par rapport à la bobine entière. En raison de la meilleure connexion au noyau laminé et de l’utilisation plus favorable de l’espace d’installation, le comportement thermique et électromagnétique est nettement meilleur. Pour cette raison, il est possible de remplacer les bobines de cuivre enroulées par des bobines d’aluminium coulé avec des performances améliorées et des coûts de matériaux inférieurs. Afin d’assurer une comparaison directe, des moteurs Pedelec de 250 watts disponibles dans le commerce ont été utilisés pour l’étude. Les moteurs convertis avec différents boîtiers de tôles et combinaisons de bobines ont ensuite été testés sur un banc d’essai.

Cette image montre des illustrations de la disposition des bobines dans un moteur Pedelec avec des bobines de cuivre (en haut) et un moteur identique avec des bobines d'aluminium moulées (en bas).
Cette image montre des illustrations de la disposition des bobines dans un moteur Pedelec avec des bobines de cuivre (en haut) et un moteur identique avec des bobines d’aluminium moulées (en bas).

(Source: Fraunhofer IFAM)

Efficacité améliorée grâce aux bobines d’aluminium

Suite à la conversion du moteur Pedelec, le facteur de remplissage de rainure est passé de 32 à 60%. Dans le même temps, des économies de poids de 10% ont été réalisées. Le couple a augmenté de 30%. En raison de comportement thermique amélioré des bobines, la puissance continue à la température de fonctionnement a augmenté de près de 20%. La bobine d’aluminium est mieux à même de dissiper la chaleur générée vers le noyau stratifié et donc vers l’environnement. Il en résulte une performance continue améliorée, car les bobines n’atteignent la température de fonctionnement continu admissible qu’à des courants plus élevés.

Les résultats de mesure pour un boîtier en tôle optimisé pour les bobines coulées avec un autre moteur Pedelec modifié ont été encore plus avantageux. Avec un poids inférieur, le couple a augmenté de près de 80% et la puissance continue de 25% par rapport au moteur d’origine. Les modifications de conception peuvent encore améliorer les performances moteurs avec bobines en aluminium.

Couverture du livre blanc: SLM

Potentiel diversifié pour les moteurs électriques

Grâce à de nombreuses années de travail de développement sur les bobines coulées chez Fraunhofer IFAM, il est désormais possible de couvrir un large éventail de scénarios d’application. Des bobines en cuivre de la plus haute qualité peuvent être produites par moulage de précision pour une utilisation dans des machines à haute performance. Le procédé de moulage sous pression est particulièrement adapté aux applications de production en série, telles que celles nécessaires à la fabrication de moteurs de direction ou de systèmes de réfrigération et de climatisation. Afin d’optimiser la production de moulage sous pression et de réduire davantage les coûts de production, la prochaine étape de développement est le post-traitement automatisé des bobines coulées. De grandes quantités dans des temps de cycle courts peuvent alors être produites dans n’importe quelle fonderie de moulage sous pression.

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