Comme le développement de moteurs électriques plus efficaces continue de suivre le rythme des réglementations à venir, il est important de veiller à ce que tous leurs composants soient conçus en suivant les dernières spécifications, dont les roulements. Tony Synnott, UK Engineering Manager pour NSK Europe, explique comment la conception de roulements peut affecter les performances et la fiabilité des moteurs électriques.

Les roulements dans les moteurs électriques sont conçus pour supporter le rotor et pour maintenir un entrefer constant entre le rotor et le stator ainsi que le transfert des charges du rotor au carter du moteur. Choisir le bon concept de roulement assure le maintien de l’efficacité du moteur électrique avec des pertes par frottement maintenues au minimum.

Pour un petit moteur électrique, une casse des roulements et les dommages engendrés peuvent le mettre définitivement hors service. Il est donc souhaitable d’installer des roulements de haute qualité qui sont conçus pour résister aux contraintes de l’environnement. Sur de gros moteurs électriques, une défaillance de roulement peut causer un temps d’indisponibilité considérable. Il est donc crucial de faire correspondre la conception à l’application.

Par exemple, si un moteur conçu pour une application hybride longitudinale est réaffecté à une application à entraînement par courroie radiale, les roulements sont susceptibles d’être compromis et ne fonctionneront pas comme spécifié initialement. Dans l’application spécifiée à l’origine, le moteur pourrait être équipé de roulements à billes à gorge profonde, mais ceux-ci pourraient être surchargé par la charge radiale accrue due à la courroie d’entraînement.

En termes de conception de roulement, il y a eu des innovations considérables au niveau des matériaux, de l’ingénierie de précision et des procédés de fabrication. En améliorant l’état de surface des éléments roulants et des voies de roulement d’un roulement, les niveaux de frottement sont réduits, ce qui réduit la consommation d’énergie et le bruit. Lorsque ces améliorations sont combinées avec les progrès de lubrification, il en résulte une durée de vie améliorée.

L’érosion électrique est un obstacle majeur à la réalisation d’intervalles de maintenance prolongés. Elle se produit lorsque le courant électrique « parasite » s’écoule à travers les roulements du moteur vers la masse. Il en résulte des dommages au roulement, dont l’étendue dépend de l’intensité du courant et la durée du phénomène. Les dommages, dus aux arcs électriques, sont visibles généralement sous la forme de minuscules cratères et de microsoudures sur la voie de roulement et sur la surface des éléments roulants, ce qui entraîne une défaillance prématurée des roulements.

Pour éviter les défaillances dues aux arcs électriques, l’utilisation de revêtements en céramique ou d’éléments de roulement en céramique est de plus en plus commune, ce qui assure l’isolation électrique de l’arbre (rotor). Les revêtements en céramique sont souvent appliqués à l’aide d’un spray de plasma. Le revêtement de céramique est traité avec une résine acrylique pour sceller la surface et empêcher la pénétration d’humidité dans l’élément. Ce revêtement offre également une protection supplémentaire contre les alcalis forts et les températures élevées utilisées lors du lavage des roulements.

La durée de vie d’un roulement, en supposant qu’elle ait été correctement spécifiée pour l’application, est souvent déterminée par le régime de lubrification et comment la conception du roulement assure un débit suffisant pour tous les éléments roulants. L’analyse par éléments finis et l’analyse numérique de la dynamique des fluides sont des méthodes qui peuvent être utilisées pour améliorer la résistance des roulements et le flux de lubrification, ces deux éléments devant être soigneusement spécifiés pour chaque application.

Le programme d’entretien joue également un rôle dans la durée de vie des roulements et doit tenir compte de l’environnement de travail et de l’accès aux composants. En améliorant les dispositifs d’étanchéité et l’optimisation de la technique de lubrification, la période de maintenance peut être prolongée pour coïncider avec l’intervalle de maintenance d’autres composants tels que les roulements de roues.

La clé de l’optimisation de la conception des roulements est de comprendre l’application et l’environnement, tout en ayant la capacité d’employer des matériaux innovants et des procédés de fabrication robustes et capables. NSK a développé l’acier Z qui a prolongé la durée de vie de ses roulements par rapport à l’acier conventionnel. Ceci a été combiné avec une meilleure conception de la lubrification des cages et des joints, ainsi que l’utilisation de revêtements en céramique et en résine.

Source : NSK

L’avis de Romain :

La conception des roulements est souvent faite par le fournisseur de roulements sur la base des spécifications du fournisseur de rang 1. En cas de rupture d’un roulement, il est difficile de savoir et de convenir s’il s’agit d’un problème de spécification ou d’un problème de conception. Comment pensez-vous que les fournisseurs de rang 1 et 2 s’accordent sur les coûts de garantie quand il y a une panne d’un moteur électrique provenant d’un roulement ?