La présente invention est relative à une machine de moulage par injection destinée à la fabrication d’aimant permanent injecté. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un aimant permanent injecté.

Dans l’industrie automobile, il est courant d’utiliser des aimants dits permanents pour équiper des moteurs électriques. Classiquement, ces aimants permanents sont obtenus par frittage de particules possédant des propriétés magnétiques. Un autre mode de réalisation consiste à préparer un mélange comprenant un liant formé d’une matrice thermoplastique et une charge magnétisable comprenant des particules possédant des propriétés magnétiques et à injecter le mélange dans un moule muni d’une cavité interne. La pièce injectée obtenue possède une forme externe correspondant à celle de la cavité interne du moule d’injection. Une étape additionnelle de magnétisation est alors effectuée afin d’obtenir un aimant permanent injecté, dit plasto-aimant. Une étape de prémagnétisation de la matière avant le remplissage de la cavité interne du moule peut également être réalisée. Des machines de moulage par injection adaptées pour la mise en œuvre de ce deuxième mode de réalisation ont notamment été décrites dans les documents US 2019/326052 A1 et DE 20 2018 103994 U1.

Ce deuxième mode de réalisation présente l’intérêt de pouvoir former des aimants de forme complexe, qui ne sont en principe pas réalisables par frittage seul. En particulier, il est ainsi possible de former des aimants moulés possédant une ou plusieurs cavités traversantes formées à l’intérieur.

Ce mode de réalisation présente toutefois l’inconvénient de créer, dans le cas d’aimants creux, une magnétisation inverse entre la périphérie externe des aimants et leur périphérie interne qui délimite la ou les cavités traversantes de l’aimant. Ce phénomène de magnétisation inverse peut ainsi être gênant si l’on désire un profil de magnétisation bien spécifique. En particulier, ce mode de réalisation ne permet pas actuellement de réaliser des aimants permanents à aimantation orthoradiale.

L’invention vise donc à résoudre ce problème technique.

A cet effet, l’invention concerne une machine de moulage par injection destinée à la fabrication d’aimant injecté, comprenant :

- un moule constitué de deux parties, respectivement une première partie et une deuxième partie, disposées en regard l’une de l’autre, la première partie étant mobile en translation par rapport à la deuxième partie entre une première position, correspondant à une configuration ouverte du moule, et une deuxième position, correspondant à une configuration fermee du moule, lesdites premiere et deuxieme parties étant configurées pour former une cavité interne à l’intérieur du moule lorsque ce dernier est dans sa configuration fermée, dans lequel le moule est muni d’une première ouverture traversante débouchant sur la cavité interne, ladite première ouverture traversante permettant l’introduction d’un matériau de moulage à l’intérieur de la cavité interne, et dans lequel le moule est muni d’une deuxième ouverture traversante débouchant sur la cavité interne, ladite deuxième ouverture traversante permettant l’introduction d’au moins une broche de forme à l’intérieur de la cavité interne ;

- un dispositif de magnétisation apte à appliquer au moins un champ magnétique à l’intérieur de la cavité interne du moule ;

- au moins une broche de forme mobile en translation par rapport au moule entre une première position, dite position inactive, dans laquelle elle est entièrement positionnée à l’extérieur du moule, et une deuxième position, dite position active, dans laquelle elle est positionnée à l’intérieur de la cavité interne du moule ;

- un dispositif de démagnétisation apte à supprimer toute magnétisation de ladite au moins une broche de forme.

Ainsi configurée, la machine de moulage par injection selon l’invention permettra de réaliser des aimants permanents munis de cavités traversantes en évitant le phénomène de magnétisation inverse entre la périphérie externe des aimants et leur périphérie interne qui délimite la ou les cavités traversantes de l’aimant du fait de l’utilisation d’une broche de forme qui assure, dans sa position active, une continuité magnétique avec le matériau de moulage lors d’une étape de magnétisation réalisée par le dispositif de magnétisation.

Selon d’autres caractéristiques, la machine de l’invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou en combinaison :

- le dispositif de magnétisation est disposé à l’intérieur du moule de manière à entourer la cavité interne.

- le dispositif de démagnétisation est apte à appliquer au moins un champ magnétique alternatif décroissant.

- le dispositif de démagnétisation est apte à appliquer au moins un champ magnétique contrôlé selon le procédé dit « knock-down ».

- ladite au moins une broche de forme est constituée d’une matière ferromagnétique.

- la machine de moulage par injection comprend un vérin apte à déplacer ladite au moins une broche de forme entre sa position inactive et sa position active, et vice versa.

L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un aimant injecté comprenant les étapes suivantes : a) fourniture d’une machine de moulage par injection telle que définie précédemment ; b) fermeture du moule de la machine de moulage ; c) déplacement de ladite au moins une broche de forme de la machine de moulage de sa position inactive à sa position active, la broche ayant été soumise au préalable à une démagnétisation au moyen du dispositif de démagnétisation de la machine de moulage ; d) injection dans la cavité interne du moule d’un matériau de moulage comprenant un liant et une charge magnétisable comprenant des particules possédant des propriétés magnétiques ; e) application préférentielle d’un premier champ magnétique à l’intérieur de la cavité interne au moyen du dispositif de magnétisation de la machine de moulage, ledit premier champ magnétique étant destiné à aligner les particules de la charge magnétisable selon une même orientation ; f) application d’un deuxième champ magnétique à l’intérieur de la cavité interne au moyen du dispositif de magnétisation de la machine de moulage, ledit deuxième champ magnétique étant destiné à conférer des propriétés magnétiques spécifiques, notamment une induction magnétique spécifique, à l’ensemble formé par le matériau de moulage surmoulé sur ladite au moins une broche de forme ; g) déplacement de ladite au moins une broche de forme de sa position active à sa position inactive ; h) ouverture du moule ; i) démagnétisation de ladite au moins une broche de forme au moyen du dispositif de démagnétisation ; j) extraction de la pièce injectée du moule.

Selon d’autres caractéristiques, le procédé de l’invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou en combinaison :

- les étapes d) et e) sont réalisées simultanément.

- les étapes i) et j) sont réalisées simultanément.

- le liant du matériau de moulage est constitué d’un matériau choisi parmi le polyamide 6 (PA 6), le polyamide 6-6 (PA 6-6), le polyamide 12 (PA 12), le polysulfure de phénylène (PPS), ou tout autre matière thermoplastique.

- les particules possédant des propriétés magnétiques du matériau de moulage sont constituées d’un matériau choisi parmi le ferrite ou une terre rare.

L’invention concerne également un aimant permanent injecté obtenu par le procédé tel que défini précédemment, l’aimant permanent étant muni d’au moins une cavité traversante. L’invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées.

[Fig. 1] est une vue en perspective d’une machine de moulage par injection selon un mode particulier de réalisation de l’invention, le moule étant en position ouverte et les broches de forme étant en position inactive.

[Fig. 2] est une vue similaire à la figure 1 , le moule étant en position fermée et les broches de forme étant en position active.

[Fig. 3] est une vue schématique de la machine de moulage de la figure 1 , le moule étant en position ouverte et les broches de forme étant en position inactive.

[Fig. 4] est une vue similaire à la figure 3, le moule étant en position fermée et les broches de forme étant en position active.

(Fig. 5] est une vue en perspective d’un moule pouvant équiper la machine de moulage par injection représentée sur les figures 1 à 4.

[Fig. 6] est un diagramme détaillant les différentes étapes constitutives d’un procédé de fabrication selon l’invention.

En référence aux figures 1 à 4, il est représenté une machine de moulage par injection conforme à l’invention.

Cette machine de moulage par injection 10 permet de fabriquer des aimants permanents injectés et est adaptée pour mettre en œuvre les étapes du procédé de fabrication 100 illustré sur le diagramme de la figure 6. La machine 10 comprend notamment un moule 12 destiné à recevoir un matériau de moulage à l’intérieur d’une cavité interne 123 formée à l’intérieur du moule 12, la cavité 123 possédant un profil tridimensionnel spécifique correspondant au profil tridimensionnel de l’aimant à fabriquer. Dans le cas d’un aimant permanent destiné à équiper un moteur électrique d’un véhicule automobile, ce profil tridimensionnel correspondra avantageusement à une forme de prisme droit à base triangulaire, trapézoïdale, ou rectangulaire, ou à une forme cylindrique. Le matériau de moulage est injecté à l’intérieur du moule 12 à travers une ouverture traversante 124 formée à travers le moule 12. Avant l’opération d’injection de la matière, au moins une broche de forme 16 est insérée dans le moule 12 et le matériau injecté se répartit autour de la broche 16. L’ouverture traversante 124 est ouverte sur l’extérieur au niveau de sa première extrémité et débouche, au niveau de sa seconde extrémité, sur la cavité interne 123.

Dans le mode de réalisation représenté, le moule 12 est constitué d’une première partie 121 et d’une deuxième partie 122 qui sont disposées en regard l’une de l’autre, la première partie 121 pouvant se déplacer en translation par rapport à la deuxième partie 122 entre une première position représentée sur les figures 1 et 3, correspondant à une configuration ouverte du moule 12, et une deuxième position représentée sur les figures 2 et 4, correspondant à une configuration fermée du moule 12. Chaque partie 121 , 122 comporte une forme en creux au niveau de sa face interne qui est destinée à venir au contact de l’autre partie lorsque le moule 12 est fermé. Les formes en creux des parties 121 , 122 sont configurées pour venir en correspondance l’une de l’autre dans la position fermée du moule 12, formant ainsi la cavité interne 123 à l’intérieur du moule 12.

Le moule 12 intègre par ailleurs un dispositif de magnétisation 14 destiné à appliquer un champ magnétique à l’intérieur de la cavité interne 123. Ce dispositif de magnétisation 14 sera avantageusement formé de deux parties, l’une qui est solidaire de la première partie 121 et l’autre qui est solidaire de la deuxième partie 122, chacune des parties entourant partiellement la cavité interne 123. Le dispositif de magnétisation 14 pourra ainsi comprendre une ou plusieurs bobines aptes à générer un flux magnétique d’intensité variable. Comme expliqué plus loin, ce flux magnétique servira notamment lors de la phase d’alignement des particules magnétiques et lors de la phase de magnétisation de l’aimant.

La machine de moulage par injection 10 est également équipée d’au moins une broche de forme 16. Cette broche de forme 16 est mobile en translation par rapport au moule 12 selon une direction de déplacement D, sous l’action par exemple d’un vérin 17 ou d’une vis sans fin, entre une première position, dite position inactive, représentée sur les figures 1 et 3, dans laquelle elle est positionnée à l’extérieur du moule 12, et une deuxième position, dite position active, représentée sur les figures 2 et 4, dans laquelle elle est positionnée au moins partiellement à l’intérieur de la cavité interne 123 du moule 12. A cet effet, il est prévu une ouverture traversante 125 dans la paroi du moule 12 faisant face à la broche de forme 16 le long de la direction de déplacement D. Cette ouverture traversante 125 possède, dans le plan perpendiculaire à la direction D, des dimensions légèrement supérieures à celles de la broche de forme 16. Comme représenté sur la figure 4, la broche de forme 16 pourra avantageusement être configurée, au niveau de son extrémité 161 qui est solidaire de la tige 171 du vérin 17, de manière à fermer complètement l’ouverture 125, lorsqu’elle est positionnée dans sa position active. Lorsqu’elle est dans cette position active, la broche de forme 16 a pour fonction principale de restreindre le volume disponible à l’intérieur de la cavité interne 123 du moule 12 pour le matériau de moulage, le matériau de moulage injecté dans le moule 12 étant alors surmoulé avec la broche de forme 16. Ainsi, du fait de cet espace disponible retreint, la forme de la pièce injectée finale va être modifiée. En particulier, en choisissant de manière adéquate la forme de la broche de forme 16 et la position de celle-ci à l’intérieur de la cavité interne 123, il sera possible de former des pièces injectées possédant une ou plusieurs cavités traversantes, chaque cavité traversante correspondant aux espaces occupés par une broche de forme 16 à l’intérieur de la cavité interne 123 du moule 12. Une fois le processus d’injection terminé, et comme décrit plus loin, il sera possible de sortir la ou les broche(s) de forme 16 du moule 12, via le vérin 17, la pièce injectée finale présentant alors une ou plusieurs cavités traversantes.

Dans le cas de pièce injectée de type aimant permanent, il est nécessaire d’appliquer un champ magnétique sur la pièce lors du moulage et/ou postérieurement au moulage, de manière, d’une part, à pré-orienter, selon une même orientation, les particules de la charge magnétisable du matériau de moulage et, d’autre part, à conférer des propriétés magnétiques spécifiques, notamment une induction magnétique spécifique, au matériau de moulage. Ces deux opérations de magnétisation sont, comme décrits plus haut, réalisés au moyen du dispositif de magnétisation 14. Dans les machines de moulage par injection conventionnelles, non équipées de broche(s) de forme, ces deux opérations de magnétisation sont appliquées sur l’ensemble des parties du moule. De ce fait, lors de la fabrication d’un aimant permanent injecté munie d’une cavité traversante au moyen de ces machines de moulage par injection conventionnelles, il se produit une discontinuité de magnétisation à l’intérieur de l’aimant injecté au niveau de la ou des cavité(s) traversante(s). Cette discontinuité de magnétisation conduit au phénomène de magnétisation inverse, les faces à la périphérie externe de l’aimant possédant une polarité inverse à celles jouxtant la cavité traversante de l’aimant. L’invention vise à résoudre ce problème par l’utilisation de la ou des broche(s) de forme 16. En effet, la broche de forme 16 a également pour fonction d’assurer une continuité magnétique à l’intérieur de l’aimant injecté. A cet effet, elle sera avantageusement constituée d’une matière ferromagnétique. Ainsi, lors des opérations de magnétisation, la présence de la broche de forme 16 au sein de l’aimant injecté évitera que le phénomène de magnétisation inverse se produise. Il sera par conséquent possible de former, au moyen de la machine de moulage par injection 10, des aimants permanents injectés munis d’une ou plusieurs cavités traversantes, dans lequel le profil de magnétisation pourra être mieux contrôlé et ne sera pas dépendant de la géométrie tridimensionnelle finale de l’aimant permanent.

Afin de réaliser une magnétisation optimale de l’aimant injecté, il est toutefois essentiel que la broche de forme 16 soit non magnétisée lorsqu’elle est en position active à l’intérieur du moule 12. A cet effet, il est prévu d’équiper la machine de moulage par injection 10 d’un dispositif de démagnétisation 18 disposé en amont du moule 12, le dispositif de démagnétisation 18 étant apte à supprimer toute magnétisation de la broche de forme 16 avant son introduction dans la cavité interne 123 du moule 12. Ce dispositif de démagnétisation 18 sera avantageusement positionné de manière à agir sur la broche de forme 16 lorsqu’elle est dans sa position inactive, en dehors du moule 12.

Dans la configuration représentée sur les figures 1 à 4, ce dispositif de démagnétisation 18 consiste en une ou plusieurs bobines aptes à appliquer soit, un champ magnétique alternatif décroissant, soit, un champ magnétique contrôlé selon le procédé dit « knock-down ». Le procédé « knock-down » consiste à générer un décalage du champ magnétique en créant un champ magnétique contraire par une inversion de polarité avec arrêt de la source du champ. Le magnétisme dans la broche de forme 16 deviendra ainsi quasiment nul avec un réglage de champ finement dosé. En ce qui concerne la démagnétisation par application d’un champ magnétique alternatif décroissant, elle peut s’obtenir de deux manières. La première consiste à augmenter la distance entre la source du champ magnétique et le composant à démagnétiser, le champ magnétique appliqué diminuant avec la distance. La seconde consiste à faire varier le champ magnétique au moyen d’une unité de commande, le composant à démagnétiser restant statique.

Dans d’autres modes de réalisation de l’invention, le dispositif de démagnétisation 18 pourra également consister en un dispositif de chauffage apte à élever la température de la broche de forme 16 au-delà de la température de Curie du matériau ferromagnétique constitutif de cette broche. Il pourra également consister en un dispositif apte à générer une forte vibration dans la broche.

En référence à la figure 5, il est représenté un exemple de moule pouvant être utilisé dans la machine de moulage par injection selon l’invention. Ce moule 12 est de forme générale parallélépipédique et est constitué d’une première partie 121 , de forme parallélépipédique, et d’une deuxième partie 122, de forme parallélépipédique. La deuxième partie 122 est traversée par une ouverture traversante 124, à travers laquelle pourra être injecté un matériau de moulage, ladite ouverture traversante 124 débouchant dans une cavité interne 123 (voir figure 3) du moule 12. Un dispositif de magnétisation 14 est disposé dans le moule 12 de manière à entourer la cavité interne 123. Une des faces latérales de la première partie 121 est munie d’une ouverture traversante 125 débouchant dans la cavité interne du moule 12. Cette ouverture traversante 125 possède une section sensiblement triangulaire et est dimensionnée de manière à permettre le passage d’au moins une broche de forme 16 dont la section est préférentiellement de forme cylindrique. Le moule 12, ainsi configuré, permettra de former des aimants injectés en forme de prisme droit à base triangulaire, les aimants étant munis d’au moins une cavité traversante à section cylindrique.

En référence à la figure 6, il est représenté un diagramme illustrant la succession des étapes mises en œuvre lors d’un procédé de fabrication 100 conforme à l’invention, le procédé de fabrication permettant de fabriquer des aimants permanents injectés. Il est clair que d’autres étapes additionnelles pourront être prévues en sus desdites étapes sans sortir du cadre de l’invention. Par ailleurs, l’ordre dans lequel seront réalisées ces diverses étapes pourra être modifié au besoin.

Le procédé de fabrication 100 comprend ainsi les étapes suivantes : a) fourniture d’une machine de moulage par injection 10 conforme à l’invention

(étape 110) ; b) fermeture du moule 12 de la machine de moulage par injection 10 (étape 120) c) déplacement de la ou des broche(s) de forme 16 de la machine de moulage par injection 10 de sa position inactive à sa position active, ladite ou lesdites broche(s) de forme 16 ayant été soumise(s) au préalable à une démagnétisation au moyen du dispositif de démagnétisation 18 de la machine de moulage par injection 10 (étape 130) ; d) injection dans la cavité interne 123 du moule 12 d’un matériau de moulage comprenant un liant et une charge magnétisable comprenant des particules possédant des propriétés magnétiques (étape 140) ; e) application préférentielle d’un premier champ magnétique à l’intérieur de la cavité interne 123 au moyen du dispositif de magnétisation 14 de la machine de moulage par injection 10, ledit premier champ magnétique étant destiné à aligner les particules de la charge magnétisable selon une même orientation (étape 150) ; f) application d’un deuxième champ magnétique à l’intérieur de la cavité interne 123, une fois que le matériau de moulage injecté a totalement rempli la cavité interne 123, au moyen du dispositif de magnétisation 14 de la machine de moulage 10, ledit deuxième champ magnétique étant destiné à conférer des propriétés magnétiques spécifiques, notamment une induction magnétique spécifique, à l’ensemble formé par le matériau de moulage surmoulé sur la ou les broche(s) de forme 16 (étape 160) ; g) déplacement de la ou des broche(s) de forme 16 de leur position active à leur position inactive (étape 170) ; h) ouverture du moule 12 (étape 180) ; i) démagnétisation de la ou des broche(s) de forme 16 au moyen du dispositif de démagnétisation 18 (étape 190) ; j) extraction de la pièce injectée du moule 12 (étape 200).

L’étape 150 pourra avantageusement être mise en œuvre simultanément à l’étape 140, ou tout au moins, durant une phase durant laquelle le liant du matériau de moulage est encore fluide, de sorte que les particules magnétiques pourront encore se mouvoir et s’orienter suivant le premier champ magnétique appliqué.

L’étape 190 pourra également avantageusement être mise en œuvre simultanément à l’étape 200.

Il faut également noter que, dans la configuration spécifique représentée sur les figures 1 et 2, il sera nécessaire de déplacer également le vérin 17, le dispositif de démagnétisation 18 et la ou les broche(s) de forme 16 lors des étapes b) et h) de telle sorte qu’ils soient alignés axialement avec l’ouverture traversante 125 du moule 12 à la fin de l’étape b), le moule 12 étant fermé, et à la fin de l’étape h), le moule 12 étant ouvert.