La principale matière première pour les noyaux de moteurs est la tôle d'acier au silicium. Actuellement, les plus couramment utilisées sont les tôles laminées à froid de type 470, 600 et 800, les tôles 470 et 600 étant plus fréquemment employées dans les moteurs à haut rendement.
1. Faible perte.
Les pertes dans le noyau, à une fréquence et une intensité d'induction magnétique données, constituent un indicateur majeur des performances des tôles d'acier électrique. Ces pertes se composent de deux éléments : les pertes par hystérésis et les pertes par courants de Foucault. Les pertes par hystérésis correspondent à la consommation d'énergie due à l'aimantation alternative du noyau ; elles dépendent de la composition du matériau et de la granulométrie, et peuvent être représentées par l'aire du cycle d'hystérésis. Les pertes par courants de Foucault sont les pertes par effet Joule causées par les courants de Foucault générés lors de l'aimantation alternative du noyau ; elles dépendent de la résistivité et de l'épaisseur du matériau. Par conséquent, pour minimiser les pertes dans le noyau, les tôles d'acier électrique sont plus fines et présentent une résistivité plus élevée.
2. Conductivité magnétique élevée.
Plus la conductivité magnétique est élevée, plus la section transversale du circuit magnétique peut être réduite lorsque le flux reste constant, ce qui permet d'économiser le cuivre utilisé dans l'enroulement d'excitation et de réduire la taille du moteur.
3. Bonnes propriétés de stratification.
Les tôles d'acier électrique doivent présenter une dureté appropriée, ni trop cassantes ni trop molles. Leur surface doit être lisse, plane et d'épaisseur uniforme (avec un contrôle des différences d'épaisseur), ce qui facilite le poinçonnage et améliore le coefficient d'empilement. Un même moule peut être utilisé pour les tôles d'acier laminées à froid, et sa durée de vie est considérablement prolongée par rapport aux tôles d'acier laminées à chaud. Certaines tôles d'acier électrique laminées à froid, revêtues de matériaux inorganiques ou organiques, permettent de multiplier par dix le nombre de coups de poinçonnage par passage après un seul meulage. ● Faible coût et facilité d'utilisation. Outre les exigences mentionnées ci-dessus, certains moteurs imposent des exigences plus strictes en matière de matériaux conducteurs magnétiques. Par exemple, une faible défaillance magnétique et une faible dilatation magnétique. Ces exigences, diverses, doivent être prises en compte de manière exhaustive.
●Tôle d'acier au silicium
Un acier allié contenant du silicium, laminé en feuilles minces, est généralement appelé tôle d'acier au silicium. Selon le procédé de fabrication, on distingue la tôle d'acier au silicium laminée à chaud (désormais largement abandonnée) et la tôle d'acier au silicium laminée à froid. Cette dernière peut être divisée en deux catégories : orientée et non orientée. Actuellement, les tôles d'acier au silicium sont principalement fournies sous forme de feuilles. Afin d'améliorer leurs propriétés magnétiques et de réduire leur résistance au cisaillement, les tôles d'acier au silicium produites en Chine subissent un traitement de recuit en laminoir.
●Tôle d'acier au silicium sans
Le noyau du moteur utilise des tôles d'acier au silicium au lieu de plaques d'acier à faible teneur en carbone et de fer pur. Ce fut une avancée majeure. Les tôles d'acier au silicium à faibles pertes amélioraient les performances du moteur et réduisaient sa taille. Aujourd'hui, on utilise des tôles d'acier à faible teneur en silicium (également appelées bandes d'acier électrique à faible teneur en carbone ou bandes d'acier électrique en fer pur) pour fabriquer les noyaux des petits moteurs. En effet, les tôles d'acier à faible teneur en silicium, produites grâce aux technologies modernes, diffèrent des plaques d'acier à faible teneur en carbone d'origine. Elles présentent non seulement une induction magnétique élevée, mais aussi des pertes fer similaires à celles des tôles d'acier au silicium. Les petits moteurs à courant alternatif conçus et fabriqués avec des tôles d'acier à faible teneur en silicium permettent de réduire encore leur taille, leur poids et leur coût. De plus, leur plus grande souplesse permet d'augmenter la vitesse de poinçonnage et d'allonger la durée de vie des moules. Désormais, les tôles d'acier à faible teneur en silicium sont largement utilisées comme matériau de noyau pour les petits moteurs à l'étranger. Dans les pays industrialisés, leur utilisation représente environ 50 à 60 % de la production totale de tôles d'acier électrique.
Actuellement, deux cas de figure concernent l'utilisation de tôles d'acier sans silicium dans les usines de moteurs. Soit les tôles, après laminage à froid, sont directement découpées puis recuites sur place ; soit les tôles recuites, fournies par l'aciérie, sont découpées et utilisées directement. Les tôles d'acier sans silicium sont des matériaux à haute conductivité magnétique, et leur induction magnétique ainsi que leurs pertes sont très sensibles aux contraintes mécaniques. Par conséquent, après le découpage et avant utilisation, un recuit d'élimination des contraintes est essentiel pour améliorer leurs performances magnétiques. Le traitement thermique de ces tôles nécessite un équipement spécialisé, dont la plupart des usines de moteurs en Chine ne disposent pas encore. Il s'agit d'un problème à résoudre pour l'utilisation de ces tôles.
La teneur en silicium et le silicium d'impuretés ont une influence déterminante sur les performances des tôles d'acier au silicium. L'ajout de silicium au fer augmente la résistivité et contribue à éliminer le carbone, une impureté nuisible. Généralement, l'ajout de silicium au fer pur diminue légèrement l'intensité d'induction magnétique, mais réduit considérablement les pertes fer. Plus la teneur en silicium est élevée, plus la dureté et la fragilité augmentent, ce qui complique le laminage, l'emboutissage, le cisaillement et l'usinage. Actuellement, la teneur en silicium des tôles d'acier au silicium ne dépasse généralement pas 4,5 %. Au-delà, le laminage et l'usinage deviennent difficiles.
●Épaisseur.Étant donné que les pertes par courants de Foucault dans le noyau de fer sont proportionnelles au carré de l'épaisseur de la tôle d'acier, pour un même type de tôle d'acier au silicium, plus l'épaisseur est faible, plus les pertes dans le noyau de fer sont réduites. Cependant, le temps de fabrication du noyau augmente et le coefficient d'empilement diminue. Généralement, les moteurs utilisent des tôles d'acier au silicium de 0,5 millimètre d'épaisseur, et lorsque les exigences en matière de pertes dans le noyau de fer des grands turbogénérateurs sont très strictes, on utilise des tôles de 0,35 millimètre d'épaisseur.
●Stresser.Lors des opérations de cisaillement, d'empilage ou d'enroulement du noyau de fer, des contraintes se forment, dégradant les performances magnétiques et augmentant les pertes fer. Sur une bande d'environ 1 millimètre de part et d'autre de la ligne de coupe (rupture), une zone de contraintes résiduelles, visible sous forme de bande noire, se forme. Un traitement de recuit permet généralement d'éliminer ces contraintes et de restaurer les performances magnétiques initiales ; celles des tôles d'acier au silicium laminées à froid hautes performances sont particulièrement sensibles aux contraintes.
Date de publication : 4 mars 2026