Moteurs électriques fiables et à forts couple et puissance massiques – REdHat_Motor

La chaîne de traction électrique doit répondre aux enjeux croissants de la mobilité. Pour des raisons économiques, énergétique et écologiques, il faut encore améliorer substantiellement la densité de couple et de puissance des motorisations qui équipent les véhicules. Aussi, l’objectif de ce projet est de proposer, dimensionner et tester une topologie de moteurs électriques fiables qui apportent une avancée significative en termes de couple et de puissance au regard des équipements actuels. L’objectif des partenaires du consortium est d’atteindre des valeurs ambitieuses de 15 kW/kg and 12Nm/kg (partie actives) en mode continu, avec un niveau TRL6.

Cet objectif pourra être atteint avec une double approche. D’abord, il s’agira de concevoir une machine électrique à aimants permanents à flux axial, compacte, à très forte densité de courant et donc capable de supporter des températures élevées. La topologie de la machine sera optimisée, mécaniquement et thermiquement. Des matériaux en rupture seront utilisés, notamment pour l'isolation électrique avec des composés inorganiques. Ensuite, le projet visera à qualifier la fiabilité structurelle offerte par ces isolants avec l’analyse d’échantillons de bobinage et des machines plus conventionnelles à flux radial soumis à des contraintes électriques, thermiques et mécaniques.

Les partenaires forment un consortium très complémentaire puisqu’il rassemble :
- un laboratoire de recherche (LSEE) ayant des expériences reconnues pour avoir adapté des designs de machines aux spécificités d’aciers électriques et en développant des bobinages à isolation inorganiques fonctionnant à plus de 500°C ;
- un centre d’essais (CRITTM2A) dont les moyens et les compétences permettent de tester tous les types de véhicules, hybrides ou électriques ;
- un institut (IFPEN) qui a une forte expérience dans le design de moteurs électriques, spécialement pour l’automobile ;
- une société (EREM) spécialisée dans la conception et fabrication de prototypes très spécifiques.

Le projet est décomposé en 5 Work Packages :
- Le WP1 consiste à identifier les matériaux les mieux adaptés, incluant les aciers électriques et le système d’isolation électrique. Les prototypes de machines à flux radial et axial seront dimensionnés ;
- Le WP2 regroupe les étapes de fabrication : échantillons de bobinages, machines à flux radial et axial ;
- Le WP3 concerne le convertisseur électronique de puissance dont les spécificités seront étroitement liées à la machine afin que les contraintes qu’il applique soient compatibles avec l’isolation électrique de la machine ;
- Le WP4 regroupe l’ensemble des tests, depuis les bobines seules ou les rotors, jusqu’au machines complètes pour évaluer leur fiabilité et leur performance ;
- Le WP5 est assez original puisqu’il concerne l’analyse de l’empreinte environnementale des machines.

Les aides demandées pour réaliser le projet couvrent principalement les moyens humains et les frais de réalisation des prototypes. Les partenaires ont pris garde à bien phaser le projet avec des jalons à la fin des étapes intermédiaires importantes, cette approche étant essentielle pour réaliser les prototypes, analyser les résultats de performance et de fiabilité.

Le projet s’inscrit dans le domaine « Sciences de l’énergie et des matériaux » et dans l’axe 2.2 « Une énergie durable, propre, sûre et efficace ». Il converge clairement vers l’objectif d’accroître le niveau de connaissance dans le domaine de l’énergie, spécifiquement l’efficacité, la réduction des émissions de carbone des véhicules et l’amélioration de l’empreinte environnementale de l’e-mobility. Les conséquences en termes de transfert de technologie pourraient être significatifs dans la mesure où les attentes sont évidentes dans le domaine des transports. Le consortium inclue un prototypiste de machines, ce qui pourra créer une dynamique de développement avec les équipementiers automobiles.