DAMVED

Contexte

La production de véhicules électriques en particulier dans le domaine automobile croît très rapidement. Dans l’évolution du parc automobile à batterie électrique et hybride rechargeable en France entre 2005 et 2023, on constate une forte tendance à la hausse du nombre de véhicules qui devrait continuer dans les années à venir. Si on suppose que la durée de vie moyenne d’un véhicule électrique est de 12 ans (durée de vie moyenne d’un véhicule thermique), en 2035 le parc automobile électrique en fin de vie connaîtra la même croissance. Il faut donc mettre en place dès maintenant des méthodes de recyclage efficaces en particulier pour le moteur électrique.

On peut envisager différents niveaux de recyclage possibles allant du simple réemploi du moteur électrique, qui est alors une pièce détachée que l’on a pu éventuellement rénover, au recyclage de matériaux (en particulier les matériaux dont l’approvisionnement est/deviendra critique comme les terres rares lourdes ou le cuivre par exemple). On peut envisager des niveaux intermédiaires consistant à réemployer des composants de la machine électrique comme le stator et le rotor de manière indépendante. La mise en place de ces différents niveaux nécessite bien entendu des méthodes de diagnostic permettant de connaître l’état de santé de la machine et de ses composants mais aussi des procédés compatibles avec le désassemblage. Etant donné les volumes attendus de machines électriques, ces méthodes devront de plus être adaptées à un désassemblage de masse, donc faisant appel à une automatisation des tâches.

Concernant le recyclage des machines électriques, il existe actuellement des filières permettant de
recycler les matières premières. Ce recyclage conduit à une perte forte de valeur ajoutée. Il existe
actuellement aussi des filières pour le réemploi avec une rénovation (Remanufacturing ) mais elle n’est
pas adaptée au recyclage de masse. Pour que cette filière de recyclage limitant la perte de valeur
ajoutée soit mise en place, il reste des freins comme par exemple :

-une collecte généralisée
-l’appropriation/acceptabilité par le client du réemploi par rapport à du neuf
-des méthodes de désassemblage de masse incluant le diagnostic.

Problématique

Dans le cadre de ce projet DAMVED, nous nous proposons de nous focaliser sur le troisième point et en particulier sur l’intégration de la phase de désassemblage et de diagnostic. Nous nous focaliserons sur la phase de désassemblage du rotor et du stator d’une machine synchrone à aimants permanents qui constitue la majorité des machines utilisées dans le domaine de la traction automobile. Pour que cette phase soit adaptée au désassemblage de masse, il faut que celle-ci soit robotisée.
Des travaux sont en cours au sein du laboratoire LISPEN en collaboration avec le L2EP sur la problématique du désassemblage robotisé. L’objectif de ces travaux est de pousser les limites de la robotisation des opérations de désassemblage. Un premier démonstrateur, composé d’un bras robotique six axes, d’un ensemble de capteurs et d’outils, existe. Des premières tâches, comme le dévissage robotisé, ont été testées et validées.

Dans cette proposition, le bras robotique de désassemblage servira aussi d’outil de diagnostic. Après le démontage du flasque, l’extrémité de l’arbre moteur reste libre. Des petits déplacements dans les directions radiales, grâce au jeu entre le rotor et le stator, sont possibles. Cette phase est particulièrement critique du fait :

-des efforts d’attraction très importants dûs aux aimants permanents se produisant entre le rotor et le stator,
-du faible espace (entrefer) entre les deux composants .

Tout cela nécessite donc un contrôle très fin. Les efforts exercés dépendent fortement du niveau de magnétisation des aimants et on peut donc, par des mesures d’effort lors du désassemblage, effectuer un diagnostic sur l’existence de zones de désaimantation et donc évaluer l’état de santé du rotor.

Le principe de diagnostic est donc d’effectuer des petits déplacements sur l’extrémité libre de l’arbre par le robot de désassemblage, et de mesurer la force par un capteur installé sur ce robot. La variation de la force exercée sur l’arbre en fonction de la position et de l’angle de rotation dépendant de l’état locale de l’aimantation, permettra de déterminer l’état de santé du rotor.

Verrous

Pour mener à bien le développement d’une telle procédure de diagnostic, les verrous du projet DAMVED sont donc les suivants :

-mise en place d’une méthode permettant de relier l’effort mesuré par le robot à l’aimantation locale,
-déterminer les positions et les trajectoires les plus influencées par une désaimantation locale et préciser quelques types de désaimantation sont prévisibles,
-mettre en oeuvre un robot qui permette de contrôler finement la position du rotor / stator et de mesurer les efforts d’attraction et leur variation,
-mise en place de trajectoires compatibles avec les performances du robot permettant de détecter les zones de désaimantation.