Si la batterie est un élément capital pour les performances des véhicules électriques, le moteur joue également un rôle important. Son poids (qui influence la consommation d’électricité) et son rendement déterminent en bonne partie le caractère écologique du véhicule.
Tandis que le rendement des moteurs thermiques est inférieur à 40 % – c’est-à-dire que plus de 60 % de l’énergie contenue dans le réservoir part « en fumée » et n’est donc pas utilisée pour mouvoir le véhicule – celui des moteurs électriques est supérieur à 90 %. En d’autres termes, plus de 90 % de l’électricité stockée dans la batterie sera transformée par le moteur en énergie mécanique transmise aux roues. Les 10 % de pertes sont dues au dégagement de chaleur provoqué par le passage du courant dans les fils du bobinage. C’est ce qu’on appelle l’effet Joule.
Pour rendre le véhicule électrique encore plus « vert », des chercheurs de l’Institut Fraunhofer et du Karlsruhe Institute of Technology, en Allemagne se sont donné comme objectif d’améliorer le rendement du moteur électrique et d’en réduire le poids ainsi que le prix.
« L’aspect novateur de notre concept se trouve dans le stator » nous confie Robert Maertens, chercheur au Fraunhofer Institute. Un moteur électrique est constitué d’un rotor mobile et d’un stator fixe. Le stator contient les bobinages de fils de cuivre au travers desquels passe le courant électrique et c’est à cet endroit que se réalise la majorité des pertes de rendement. Pour éviter la surchauffe du moteur électrique d’un véhicule, le dégagement de chaleur dans le stator est conduit de manière classique par le corps métallique du moteur vers un carter double enveloppe dans lequel circule de l’eau. Cette conception permet de réduire le poids et les dimensions jusqu’à 25 % par rapport à un moteur refroidi par air.
L’équipe de chercheurs a remplacé les fils de cuivre ronds du stator par des fils à section rectangulaire, lesquels peuvent être bobinés de manière plus serrée. Cela économise de l’espace pour insérer dans le stator des tubes dans lesquels circule le fluide réfrigérant. « Cette conception élimine la nécessité de conduire la chaleur au travers d’une ossature métallique vers le carter extérieur. En fait il n’y a plus besoin de carter réfrigérant et il n’est plus nécessaire que le châssis soit métallique » explique Robert Maertens. En outre, le nouveau design comprend une solution de refroidissement du rotor qui permet également aux pertes de chaleur de celui-ci d’être dissipées directement dans le moteur.
Les partenaires ont alors conçu un moteur dont le corps est constitué d’un polymère. Il s’agit d’un plastique thermodurcissable renforcé de fibres qui offre une haute résistance à la température et aux réfrigérants agressifs. Par rapport aux châssis traditionnels en aluminium, le poids est réduit et la fabrication est aussi simplifiée. Selon Maertens, « cette solution offre également d’autres avantages, notamment une inertie thermique plus faible et une densité de puissance du moteur plus élevée ».
Ces choix permettent de concevoir des géométries complexes pour la carcasse du moteur sans nécessiter d’usinages ultérieurs. Le châssis en polymère est fabriqué par un processus automatisé de moulage par injection d’un composé phénolique. Le cycle de production dure 4 minutes, ce qui permet une fabrication de masse à coût réduit.
Développé parallèlement aux nouvelles technologies d’accumulateurs comme les batteries solides, ce moteur révolutionnaire, s’il tient ses promesses, permet d’entrevoir des véhicules électriques moins coûteux, plus performants et plus écologiques.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
