Répartition des coûts du rotor du moteur à flux axial : aimants, noyau de fer ou encapsulation – Qu'est-ce qui prend la plus grande part ?

Les moteurs à flux xial conduisent une révolution de puissance dans les véhicules à énergies nouvelles, les robots humanoïdes, les avions eVTOL (décollage et atterrissage verticaux électriques), et bien plus encore, grâce à leur taille compacte, leur légèreté et leur densité de puissance élevée. Cependant, le coût de fabrication relativement élevé reste un goulot d’étranglement pour une adoption à grande échelle. Alors, qu’est-ce qui représente exactement le coût d’un Rotor du moteur à flux axial ? Et parmi la qualité des aimants, le processus de stratification du noyau et le matériau d’encapsulation, lequel représente la plus grande part ? Cet article l'explique pour vous.

1. Magnet Grade – Le champion incontesté des coûts

Parmi tous les matériaux d'un moteur à flux axial,  les aimants (aimants permanents) constituent le poste de coût le plus important..

Les aimants néodyme-fer-bore (NdFeB) haute performance intégrés dans le disque du rotor constituent le « cœur » qui génère le champ magnétique. Étant donné que les rotors des moteurs à flux axial sont généralement ultra-minces et peuvent fonctionner à des températures de 180 à 200 °C, les aimants doivent présenter un produit énergétique extrêmement élevé, une coercivité élevée (pour résister à la démagnétisation) et la capacité d'être transformés en tranches de l'ordre du micron. Les aimants NdFeB standard ne peuvent pas répondre à ces exigences strictes : des matériaux de haute qualité spécialement personnalisés sont essentiels.

Les données de l'industrie montrent que  les aimants représentent 35 à 40 % du coût total du moteur et dominent de manière encore plus décisive le coût des matériaux du rotor. Avec la hausse des prix des terres rares ces dernières années, cette part tend encore à augmenter. Par conséquent,  la qualité de l’aimant est le principal facteur déterminant le coût du rotor..

2. Core Lamination – Part des coûts plus faible, mais non sans défis techniques

Le noyau de fer (y compris le noyau du stator et une partie du support de fer du rotor) représente une part relativement plus faible du coût du moteur à flux axial.

Contrairement aux moteurs à flux radial traditionnels qui utilisent des tôles d'acier au silicium, les moteurs à flux axial sont confrontés à un circuit magnétique 3D qui ne peut pas être géré par l'acier au silicium conventionnel. La solution dominante actuelle est  le SMC (composite magnétique doux)  – une poudre de fer recouverte d'une couche isolante puis compactée pour obtenir une forme – qui peut former des géométries complexes de type disque en une seule étape de pressage.

Le noyau représente généralement environ 10 à 15 % du coût total du moteur.  Bien que cette part soit modeste, la technologie de traitement du SMC est exigeante : le revêtement isolant sur chaque particule de poudre doit être extrêmement fin pour atteindre une densité élevée, mais il ne doit pas être endommagé lors du compactage à haute pression, ce qui nécessite une validation du processus à long terme. De plus, la matière première pour la poudre d'alliage magnétique doux coûte environ deux fois plus cher que l'acier au silicium, ce qui augmente encore le coût du processus.

3. Matériau d'encapsulation – la plus petite part, mais un rôle critique

Les matériaux d'encapsulation représentent la plus petite partie du coût du rotor du moteur à flux axial.

Les composés d'encapsulation sont principalement utilisés pour combler les espaces entre le boîtier et le noyau, et entre le boîtier et les enroulements de la bobine, remplissant des fonctions telles que la conduction thermique, l'isolation électrique, la fixation et la dispersion des contraintes. Étant donné que les moteurs à flux axial sont plats et présentent une surface de dissipation thermique limitée, la gestion thermique constitue un défi majeur. L'utilisation de composés d'enrobage à haute conductivité thermique (par exemple, avec une conductivité thermique de 2 à 3 W/m·K) est une mesure importante pour améliorer le refroidissement.

Cependant, en termes de contribution aux coûts, les matériaux d'encapsulation sont loin derrière les aimants et le noyau, ne représentant qu'une petite fraction de la nomenclature globale du rotor.

4. Résumé : Aimants > Noyau > Encapsulation

En résumé, le classement des coûts pour un rotor de moteur à flux axial est clair :

La qualité de l'aimant est l'élément de coût le plus important dans un rotor de moteur à flux axial , représentant 35 à 40 % du coût total du moteur, dépassant de loin le noyau et l'encapsulation. Cela explique également pourquoi l'industrie considère les aimants à la fois comme le « cœur » et le « talon d'Achille » des moteurs à flux axial : ils déterminent non seulement le plafond de performances du moteur, mais également son coût plancher.

5. SDM : une ligne de production flexible permet une livraison en volume

Dans l’industrialisation des rotors de moteurs à flux axial, une capacité de fabrication efficace et flexible est cruciale.  SDM (Hangzhou Shengshideng Magnetic Materials Co., Ltd.)  – une entreprise de haute technologie de niveau national axée sur les aimants et les solutions magnétiques – a acquis un avantage distinct dans le domaine du rotor de moteur à flux axial.

Côté production,  SDM a mis en place une ligne d'assemblage flexible dans son usine, permettant des changements rapides entre différents types d'ensembles rotors de moteurs à flux axial . Cette capacité de fabrication flexible permet de répondre efficacement aux demandes personnalisées de production multi-variétés en petits lots, améliorant considérablement à la fois le débit et l’agilité de livraison.

À ce jour,  SDM a déjà livré en volume plusieurs modèles de rotors de moteurs à flux axial . Alors que les moteurs à flux axial pénètrent rapidement des marchés valant des milliers de milliards de yuans, tels que ceux des véhicules à énergies nouvelles, des robots humanoïdes et de l'économie à basse altitude, la disposition flexible des lignes de SDM et ses antécédents éprouvés en matière de livraison de masse constituent un solide fossé pour l'entreprise dans un paysage de plus en plus concurrentiel.