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Mars 2017:

ALXION, 30 ANS D’INNOVATIONS DANS LA MOTORISATION ELECTRIQUE

La société ALXION célèbre en 2017 ses 30 ans d’existence. C’est l’occasion de faire un point sur les produits et les développements qui ont jalonné l’histoire de la société jusqu’à aujourd’hui dans le domaine des moteurs synchrones à aimants permanents pour l’entraînement direct d’axes automatisés, des alternateurs en entraînement direct dans les énergies renouvelables et pour des applications poussées de moteurs à puissance massique élevée.

Dès 1987, ALXION soutenue par l’ANVAR, Agence Natioanle de Valorisation de La Recherche, lance sa première gamme de moteurs fort couple à aimants pour entraînement direct à arbre creux, les moteurs FC, qui vont trouver par la suite de nombreuses applications au plan international grâce à l’action commerciale d’ALXION et de ses distributeurs dont VICKERS qui sera racheté ultérieurement par MOOG.


A l’époque les aimants employés dans les moteurs FC sont des ferrites en concentration de flux pour maximiser les performances en couple massique. ALXION est alors pionnier en France et parmi les premiers en Europe dans les moteurs fort couple sans balais pour entraînement direct .

Afin de pouvoir faire fonctionner ses moteurs avec des transducteurs de position précis, des codeurs de précision à arbre creux n’étant pas disponibles, ALXION développe des résolvers de précision ± 1 minute à arbre creux de diamètre 90 mm sans contacts glissants, la gamme RESFC, qui est conçue avec des technologies à caractère industriel rendant leur coût compétitif pour des applications industrielles.

Les premières applications des moteurs FC ont lieu dans l’industrie pneumatique, dans l’industrie verrière, dans la machine-outil, dans la machine d’imprimerie sur carton, dans la machine textile non tissée, dans les centrifugeuses et les tables gyroscopiques pour l’industrie aérospatiale.

ALXION continue ses développements en mettant au point au début des années 1990 la gamme des moteurs 136OEP à forte puissance massique, moteurs très compacts permettant de développer 30 KW permanent à 6000 mn-1 et 60 KW pendant 3 minutes avec une masse de 28 Kg seulement. Cette puissance massique très élevée permet l’ouverture d’applications de broches d’extrusion portées par des bras articulés, ce qui n’était pas possible jusqu’alors.

Au début des années 2000, l’essor des aimants à haute énergie Néodyme-fer à coût réduit allié à la maîtrise de logiciels de simulation électro-magnétique permet à ALXION de développer les gammes de moteurs couple complets ST avec roulements, codeurs ou résolvers et moteurs en kits roto-statoriques STK, à fort couple massique. Là encore, ALXION est pionnier en France et l’un des premiers en Europe. Les aimants néodyme-fer permettent des arbres creux traversants de diamètre très élevés très favorables au développement de l’entraînement direct car des arbres auxiliaires, des canalisations, des câbles, des collecteurs, des différentiels et engrenages ainsi que des procédés annexes peuvent être logés à l’intérieur du rotor en relation directe avec la charge.

Jusqu’au début des années 2000, les applications des moteurs couple ALXION se développaient dans l’environnement industriel d’ateliers de fabrication.

Cependant, à partir de 2003, les moteurs kits STK vont également commencer à sortir des usines et de l’environnement industriel.

Tout d’abord , l’extrême compacité des moteurs ALXION STK et leur réputation de fiabilité va pousser des fabricants de petites éoliennes de quelques centaines de Watt à 30 KW, principalement pour applications domestiques ou agricoles, à utiliser les moteurs kits STK en alternateurs pour générer l’énergie électrique en entraînement direct sans multiplicateur sur l’arbre de la turbine, simplifiant ainsi à l’extrême la cinématique de l’éolienne.

Dans ce cas, les utilisateurs emploient plus familièrement le terme de génératrice éolienne à aimants que d’alternateur en faisant ainsi référence à des vocables anciens de génératrice asynchrone ou génératrice à courant continu.

Par la suite, toujours pour des raisons de compacité, de fiabilité mais aussi de silence de fonctionnement, les moteurs kits STK ont été appliqués dans des automatismes pour théâtre et parc d’atractions, notamment chez Disney pour des volumes importants.

De même, des applications de propulsion de véhicules sous-marins ont vu le jour d’abord en faible profondeur dans des enveloppes étanches puis la demande a également évolué vers des applications de profondeur élevée jusqu’à 500 m avec nécessité de mettre l’intérieur des moteurs dans l’huile sous équipression légèrement supérieure à la pression externe.

Par ailleurs, récemment, l’essor des applications d’hydroliennes de puissance réduite jusqu’à 30 KW a conduit les fabricants à s’intéresser à l’utilisation des moteurs kits STK fonctionnant en alternateurs dans des enveloppes étanches sous l’eau pour des applications marémotrices, houlomotrices ou au fil de cours d’eau. Souvent, les vitesses de rotation en prise directe, notamment dans les hydroliennes de cours d’eau sont si faibles qu’elles nécessitent un multiplicateur pour éviter d’avoir recours à un alternateur de couple extrêmement élevé qui serait trop encombrant et coûteux. On assiste donc au besoin d’accéder à des vitesses plus élevées pour les alternateurs à aimants.

En effet, l’entraînement direct basse vitesse sans réducteur (ou multiplieur de vitesse) est intéressant au plan technico-économique pour des applications de puissance réduite ou moyenne. Dès que la puissance devient élevée à basse vitesse, le couple nécessaire est si élevé que le moteur à aimants dont les dimensions dépendent directement du couple, même s’il est optimisé en dimensions, devient très encombrant et également très coûteux. C’est pourquoi dans une gamme de puissance de l’ordre de 30 KW à quelques centaines de kilowatt qui correspondent notamment à des applications industrielles d’extrusion du plastique et du caoutchouc ainsi que dans la plupart des applications d’hydroliennes, une demande s’est affirmée pour des applications dites semi-directes comportant un moteur fort couple à aimants tournant jusqu’à des vitesses jusqu’à 1500 mn-1 ainsi qu’un étage de réduction (ou de multiplication dans le cas de la génération d’énergie), de préférence à train épicycloïdal logé à l’intérieur du rotor et permettant ainsi un arbre creux traversant.

On obtient ainsi une technologie de compromis intéressante notamment pour des puissances supérieures dans l’industrie possédant lesprincipaux avantages de l’entraînement direct sans les inconvénients d’entretien et de rendement des réducteurs à plusieurs trains.

L’extension des applications de moteurs couple et d’alternateurs à aimants dans des environnements de type outdoor d’une part et avec des vitesses relativement élevées d’autre part alors que les applications traditionnelles d’entrâinement direct sont à vitesse lente a nécessité de la part d’ALXION des développements technologiques divers.

En effet, les rotors standard des moteurs couple ST et des kits de moteurs couple ST et STK ont une structure cylindrique à aimants collés extrêmement fiable dans les applications étanches et tout particulièrement dans les ateliers à environnement standard en température et hygrométrie.

Pour des applications à vitesse élevée propices à des vibrations du fait de l’absence d’équilibrage de l’équipage rotatif ou d’équilibrage incomplet ainsi que pour des applications en présence d’humidité , ALXION a mis au point et expérimenté une structure d’encapsulation rotorique enrobant les aimants collés avec bandage périphérique multi-couches sous tension qui a fait les preuves de sa fiabilité sur un très grand nombre de cas.

On notera que la même technologie d’encapsulation rotorique et bandage périphérique permet d’adresser également les applications de cavités moteurs immergées dans l’huile sous équipression

Encore plus récemment, ALXION a rencontré de nouvelles applications de moteurs couple à aimants permanents où la présence de colle et de polymères était à éviter principalement au rotor. Il s’agit d’une part d’applications de rotors sous vide exposés à des rayonnements ionisants et d’autre part d’applications dans des machines d’imprimerie où la présence de solvants agressifs comme le toluène, pénétrant malgré l’étanchéité existant dans la mécanique des utilisateurs, peut endommager les colles et les polymères.

Pour ces applications, il faut un rotor sans polymères avec notamment un accrochage des aimants au rotor assuré par des pièces mécaniques sans colle. De plus, il faut préserver l’interchangeabilité avec les rotors standard pour faciliter la maintenance des applications.

ALXION a donc travaillé à la conception de rotor sans colle constitué de pièces mécaniques et interchangeable avec les rotors standard et a conçu et expérimenté une structure de rotor qui assure les applications sous vide et sous rayonnements ionisants ainsi que les applications soumises à un environnement de solvants agressifs.

ALXION dispose donc actuellement de 3 structures de rotors fiabilisées en fonction des applications et des environnements :

le rotor de moteur couple ou alternateur standard à aimants collés, convenant pour les vitesses lentes en entraînement direct dans des ambiances sèches d’atelier et pour des applications extérieures très bien étanchées et sans condensation.

le rotor de moteur couple ou alternateur à aimants collés et encapsulés avec frettage périphérique sous tension permettant d’adresser des applications de haute vitesse ou/et vibratoires ou/et en présence d’humidité. De plus ce rotor est indiqué pour les applications de moteurs immergés dans l’huile sous équipression comme dans les applications de propulsion de véhicules sous-marins en grande profondeur. Ce rotor est plus résistant aux agressions externes que le rotor standard mais n’est pas immergeable dans l’eau. De plus ce rotor est interchangeable mécaniquement avec les rotors standard avec un poids et une inertie très légèrement supérieurs.

le rotor de moteur couple sans colle et sans polymères à aimants intégrés dans des pièces mécaniques. Il est destiné aux applications de rotors sous vide et rayonnements ionisants, et de moteurs intégrés dans des machines liées notamment à l’imprimerie avec possibilité d’infiltration malgré l’étanchéité de solvants agressifs pour les polymères. Ce rotor est interchangeable avec le rotor standard et présente un poids et une inertie légèrement supérieurs au rotor standard.

Grâce à sa politique d’innovation technologique constante depuis 30 ans, soumise à une expérimentation rigoureuse et à une industrialisation systématique, ALXION dispose donc en 2017 d’une large gamme de moteurs couple et d’alternateurs à aimants permanents pour entraînement direct ou semi-direct avec faible réduction (ou multiplication) permettant d’adresser non seulement les applications d’ateliers mais aussi un grand nombre d’applications extérieures.

A fin 2016, rappelons qu’ALXION a un parc installé de l’ordre de 15000 moteurs couple FC , ST, STK dans le monde incluant 1500 alternateurs pour éoliennes et hydroliennes.

Les moteurs couple ST et STK, les moteurs à forte puissance massique 136OEP ainsi que les résolvers RESFC sont fabriqués en usine certifiée ISO 9001 (EN9100).

ALXION vend de 55 à 65 % de sa production selon les années hors de France et notamment en Europe, en Chine, au Canada, aux Etats-Unis.

ALXION produit actuellement de l’ordre de 150 moteurs et alternateurs par mois.

Les moteurs couple ALXION sont pilotés dans le monde par la plupart des variateurs électroniques de vitesse disponibles sur le marché et une note d’application est disponible sur le site wwww.alxion.com à ce sujet.

Parmi les utilisateurs de renom qui font confiance aux moteurs et alternateurs ALXION, on compte :

ACUITAS
ANDRITZ
ARC INTERNATIONAL (ARCOPAL, LUMINARC)
ASELSAN
ATN
AUTOMATEX NON WOVEN
AVITRONICS
CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire)
COMAU (Groupe FIAT)
CUIR
DCM
ELEMENTAL ENERGY TECHNOLOGIES
EOLTEC
EOLYS RE
FINNWIND
FIVES
FOREST LINE
FUTURENERGY
GALILEO AVIONICA
HURON GRAFFENSTADEN
MICHELIN
MORI SEIKI DIXI MACHINES
NEGRI BOSSI
NHEOLIS
OCEAN POWER TECHNOLOGIES
OKWIND
OTIS
SEABENERGY
SMP TECHNIK
SONY DADC
STAGE TECHNOLOGIES
STARLINGER
STAUBLI
WIND IT
WIND SAIL RECEPTOR

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