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Moteur à double rotor à flux radial
Un nouveau niveau de performance et d'efficacité
La technologie du moteur à double rotor à flux radial développée par l'entreprise allemande Deep Drive permet d'augmenter considérablement l'efficacité tout en réduisant les coûts de matériel et de fabrication.
La batterie est certes le composant le plus important d'une voiture électrique, car elle détermine les performances et les coûts de fabrication du véhicule. Cependant, des moteurs électriques optimisés peuvent également constituer un levier efficace pour augmenter l'efficacité et réduire les coûts.
Les pertes dans la chaîne cinématique lors du cycle d'essai WLTP (Worldwide harmonized Light duty Test Procedure) sont déterminantes pour l'efficacité d'une voiture électrique. Alors que ces valeurs se situaient encore entre 35 et 40 Wh/km pour une voiture de classe moyenne équipée d'un moteur électrique de première génération, les systèmes modernes atteignent aujourd'hui environ 25 Wh/km.
Le fabricant de moteurs électriques Deep Drive a fixé son objectif à long terme à 15 Wh/km. L'équipe de techniciens s'est formée pendant ses études à l'université technique de Munich et, après quelques années d'expérience professionnelle dans des entreprises telles que Bosch, Audi et Infineon, a finalement créé sa propre entreprise en 2021 avec pour objectif de « révolutionner l'industrie des moteurs électriques ».
Deep Drive est soutenue par plusieurs investisseurs issus des secteurs automobile et financier. L'entreprise travaille actuellement avec de nombreux équipementiers et constructeurs automobiles sur ses premières applications en série. Elle a notamment conclu des partenariats avec BMW i Ventures et Continental.
Pour des raisons de confidentialité, l'entreprise ne souhaite pas encore dévoiler d'autres collaborations, mais des véhicules internes auraient déjà été construits pour des clients. Deep Drive travaille actuellement sur son propre véhicule pour des essais routiers. D'autres développements seraient également en cours, mais ne seraient pas encore prêts à être dévoilés.
Entraînement central ou par moyeu de roue
Le nouveau moteur électrique développé et breveté par Deep Drive, appelé « moteur à double rotor à flux radial », offre deux avantages principaux : une augmentation significative de l'efficacité et une réduction considérable des coûts des composants grâce à une utilisation moindre de matières premières et à des processus de fabrication simplifiés. Aujourd'hui, il est difficile pour tout fabricant d'introduire des aciers de meilleure qualité, des aimants plus performants et des architectures plus complexes pour l'électronique de puissance, compte tenu de la pression sur les prix liée aux batteries.
Le concept à double rotor à flux radial développé et breveté par Deep Drive est à la base des deux gammes de produits proposés : les moteurs de moyeu et les entraînements centraux. Selon le fabricant, les deux variantes suscitent un vif intérêt dans l'industrie. Alors que la gamme Central Drive offre l'entraînement central le plus efficace pour les voitures électriques, les produits In-wheel (moteurs de moyeu) sont disponibles pour d'autres concepts de véhicules.
Deep Drive annonce des valeurs maximales de couple et de puissance de 430 Nm et 230 kW (312 ch) pour le moteur central CSD et de 1'250 Nm et 80 kW (109 ch) pour le moteur de moyeu. Les rendements sont respectivement de 95,3 % et 96 %, et les poids du système sont d'environ 68 et 25 kilogrammes.
Quelles que soient les priorités des constructeurs automobiles en matière de type de propulsion et de concept de véhicule, une efficacité accrue garantit dans tous les cas une autonomie supplémentaire ou un poids réduit du véhicule, et donc une dynamique de conduite optimisée.
Deux en un
Contrairement au moteur à flux radial conventionnel, le nouveau moteur électrique dispose de deux rotors qui se déplacent à l'intérieur et à l'extérieur du stator (partie stationnaire d'un moteur électrique). Le principe « deux moteurs en un » permet une meilleure utilisation des matériaux actifs et offre ainsi un rendement et un couple nettement supérieurs.
Parmi les innovations centrales, on trouve également le bobinage d'arbre autoportant et résistant à la torsion avec une ligne de contact en forme de vis, ainsi que le système de refroidissement intégré axialement pour le moteur électrique et le convertisseur. Les aimants permanents sont collés aux rotors et, sur le rotor interne, ils sont en outre fixés à l'aide d'une fine gaine en carbone.
Malgré des diamètres de rotor relativement importants, des vitesses de rotation supérieures à 20'000 tr/min sont possibles. Selon le fabricant, la seule élimination des pertes du stator améliore considérablement l'efficacité, en particulier dans des conditions de faible charge. Cela permet d'économiser jusqu'à 30 % d'énergie dans le cycle de conduite WLTP.
De plus, grâce à son double entrefer (coupure dans le circuit magnétique) et au bras de levier plus long du rotor extérieur, ce moteur très silencieux fournit environ 30 % de couple en plus qu'un moteur conventionnel à rotor unique. L'onduleur en carbure de silicium, qui permet d'atteindre des rendements supérieurs à 98 %, est disposé axialement derrière le bobinage.
Les voitures électriques sensibles au prix
Outre une efficacité accrue, la technologie Deep Drive offre également des avantages en termes de coûts, car elle permet de réaliser des économies considérables sur les tôles magnétiques et la masse magnétique, ainsi qu'une fabrication moins coûteuse. De plus, grâce à des surfaces de refroidissement plus importantes, les températures des aimants peuvent être maintenues à un niveau plus bas, ce qui rend superflue l'utilisation de matériaux coûteux tels que les terres rares dysprosium et terbium.
Une étude menée par la société suédoise Sedrive et l'université polytechnique de Turin conclut que la technologie de moteur à double rotor de Deep Drive pourrait constituer une avancée révolutionnaire pour les véhicules électriques. L'étude, qui évalue l'efficacité, les coûts, la durabilité, le poids et les performances, compare les topologies actuelles des moteurs électriques.
La technologie à double rotor a obtenu de meilleurs résultats que le moteur synchrone à aimants permanents, le moteur à excitation séparée et même le moteur à flux axial dans les domaines de l'efficacité de la chaîne cinématique, du poids des matériaux actifs et du coût des matériaux. Deep Drive prévoit une commande en grande série dans les 18 prochains mois. Le démarrage de la production est prévu pour 2028, mais des applications en petite série pourraient voir le jour avant cette date.
Texte Stephan Hauri / Images zVg