Faut-il retirer ou laisser la pièce en fer située dans le stator d'un moteur à flux magnétique axial ?

Lors de la fabrication du stator d’un moteur à flux magnétique axial, la quantité de fer à utiliser pose un véritable problème. Dans le secteur, on distingue globalement trois approches : conserver le noyau complet (avec les dents et la culasse), retirer la culasse arrière pour ne conserver que la partie dentée, ou ne pas utiliser de fer du tout — les enroulements étant alors placés directement dans l’entrefer, ou réalisés sous forme de feuilles de cuivre imprimées multicouches.

Commençons par les avantages de l'utilisation du fer. Le fer offre au flux magnétique un chemin à faible résistance ; à qualité d'aimant identique, la densité de flux magnétique dans l'entrefer d'un aimant doté d'un noyau en fer est nettement plus élevée, ce qui permet de réduire la quantité d'aimant nécessaire. Le fer a également une fonction souvent oubliée :Le couloir chaud. La chaleur dégagée par les enroulements est transmise par les dents au noyau, puis aux faces d'extrémité, ce qui assure une conduction thermique bien plus efficace que si l'on comptait uniquement sur la résine.

Les avantages liés à la suppression du fer se situent d'un autre côté. Les pertes dans le fer disparaissent, le couple de crénelage s'estompe pratiquement, le fonctionnement est plus fluide et le poids est réduit. Le prix à payer est la perte d’un élément auxiliaire dans le circuit magnétique : l’excitation repose entièrement sur les aimants, ce qui nécessite soit d’épaissir ces derniers, soit de réduire encore davantage l’entrefer, deux solutions qui ne sont pas bon marché. L’inductance diminue également, ce qui rend le contrôle des ondulations de courant plus difficile ; le système de commande doit donc être ajusté en conséquence.

La solution intermédiaire — supprimer la culasse et conserver les segments dentés indépendants — est celle retenue par de nombreuses solutions de série. Le flux magnétique entre deux disques de rotor adjacents formant un circuit fermé, la culasse en fer devient superflue, ce qui permet de réduire à la fois le poids et les pertes dans le fer, tout en conservant la densité magnétique. La difficulté se situe désormais au niveau de l’assemblage : chaque module de dents indépendant doit être positionné individuellement, et tout écart de position ou de hauteur est pris en compte dans le calcul de l’entrefer, ce qui se traduit finalement par des fluctuations de couple et du bruit.

Le choix ne se résume donc pas à ” moins il y a de fer, plus c'est performant ”. Si l'on recherche la souplesse, la finesse et une vitesse de rotation élevée, on peut réduire la quantité de fer ; en revanche, si l'on doit supporter un couple élevé en continu, si le coût est un facteur déterminant ou si les conditions de dissipation thermique sont mauvaises, il faut souvent conserver du fer.

Du point de vue de la fabrication, ces trois types de production imposent des exigences totalement différentes aux lignes de production : le noyau complet met à l’épreuve le formage des bandes de fer et le bobinage ; l’assemblage des segments dentés exige une grande précision de positionnement des modules et une répétabilité des outillages ; quant à la fabrication sans noyau, qui s’apparente davantage à la fabrication électronique, elle met à l’épreuve l’alignement entre les couches. Une situation à laquelle Jiuju est souvent confrontée lors de la mise au point de solutions d’assemblage de moteurs à disque est la suivante : dès qu’un circuit du stator change, il faut réorganiser les postes de travail, ce qui rend très difficile la réutilisation d’un même jeu de gabarits.

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