Les ingénieurs de l'UNSW ont construit un nouveau moteur à grande vitesse qui a le potentiel d'augmenter l'autonomie des véhicules électriques.

La conception du prototype de moteur de type IPMSM s'inspire de la forme du plus long pont ferroviaire de Corée du Sud et a atteint des vitesses de 100 000 tours par minute.

La puissance et la vitesse maximales atteintes par ce nouveau moteur ont dépassé et doublé avec succès le record de vitesse élevé existant des IPMSM laminés (moteur synchrone à aimant permanent intérieur), ce qui en fait l'IPMSM le plus rapide au monde jamais construit avec des matériaux de laminage commercialisés.

Plus important encore, le moteur est capable de produire une densité de puissance très élevée, ce qui est bénéfique pour les véhicules électriques en réduisant le poids total et donc en augmentant l'autonomie pour une charge donnée.

La nouvelle technologie, développée par une équipe dirigée par le professeur agrégé Rukmi Dutta et le Dr Guoyu Chu de l'École de génie électrique et de télécommunications de l'UNSW, est une amélioration par rapport aux IPMSM existants, qui sont principalement utilisés dans la traction des véhicules électriques.

Un moteur de type IPMSM a des aimants intégrés dans ses rotors pour créer un couple puissant pour une plage de vitesse étendue. Cependant, les IPMSM existants souffrent d'une faible résistance mécanique en raison de ponts de fer minces dans leurs rotors, ce qui limite leur vitesse maximale.

Mais l'équipe de l'UNSW a breveté une nouvelle topologie de rotor qui améliore considérablement la robustesse, tout en réduisant la quantité de terres rares par unité de production d'énergie.

Traverser le futur

La nouvelle conception est basée sur les propriétés d'ingénierie du pont ferroviaire de Gyopo, une structure à double arc en Corée du Sud, ainsi que sur une technique de répartition des contraintes mécaniques basée sur des courbes composées.

Et l'impressionnante densité de puissance du moteur offre potentiellement des performances améliorées pour les véhicules électriques où le poids est extrêmement important.

"L'une des tendances pour les véhicules électriques est d'avoir des moteurs qui tournent à des vitesses plus élevées", explique le Dr Chu.

"Chaque fabricant de véhicules électriques essaie de développer des moteurs à grande vitesse et la raison en est que la nature de la loi de la physique vous permet alors de réduire la taille de cette machine. Et avec une machine plus petite, elle pèse moins et consomme moins d'énergie et donc qui donne au véhicule une plus grande autonomie.

"Avec ce projet de recherche, nous avons essayé d'atteindre la vitesse maximale absolue, et nous avons enregistré plus de 100 000 tours par minute et la densité de puissance maximale est d'environ 7 kW par kilogramme.

"Pour un moteur de véhicule électrique, nous réduirions en fait quelque peu la vitesse, mais cela augmenterait également sa puissance. Nous pouvons évoluer et optimiser pour fournir de la puissance et de la vitesse dans une plage donnée, par exemple, un moteur de 200 kW avec une vitesse maximale d'environ 18 000 tr/min. qui convient parfaitement aux applications EV.

"Si un constructeur de véhicules électriques, comme Tesla, voulait utiliser ce moteur, je pense qu'il ne faudrait que six à douze mois pour le modifier en fonction de ses spécifications.

"Nous avons notre propre progiciel de conception de machines dans lequel nous pouvons saisir les exigences de vitesse ou de densité de puissance et faire fonctionner le système pendant quelques semaines. Cela nous donne la conception optimale qui répond à ces besoins."

Le nouveau prototype de moteur IPMSM a été développé à l'aide du programme d'optimisation assisté par l'IA de l'équipe UNSW, qui a évalué une série de conceptions pour une gamme d'aspects physiques différents, à savoir électriques, magnétiques, mécaniques et thermiques.

Le programme évalue 90 conceptions potentielles, puis sélectionne les 50 % d'options les meilleures pour générer une nouvelle gamme de conceptions et ainsi de suite, jusqu'à ce que l'optimum soit atteint. Le moteur final est la 120ème génération analysée par le programme.

Outre le véhicule électrique, le moteur a de nombreuses autres applications potentielles. L'un d'eux concerne les grands systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) qui nécessitent des compresseurs à grande vitesse pour utiliser une nouvelle forme de réfrigérant qui réduit considérablement l'impact sur le réchauffement climatique.

Il peut également être utilisé dans des machines CNC de haute précision très demandées par les industries de l'aviation et de la robotique. La technologie de moteur à grande vitesse UNSW peut permettre à ces machines CNC de haute précision de fraiser ou de percer avec des diamètres minimaux.

Une autre application est en tant qu'IDG (générateur d'entraînement intégré) à l'intérieur d'un moteur d'avion pour fournir de l'énergie électrique aux systèmes de l'avion.

Le nouveau moteur de l'équipe UNSW offre également un avantage de coût significatif par rapport à la technologie existante et utilise moins de matériaux de terres rares tels que le néodyme.

"La plupart des moteurs à grande vitesse utilisent un manchon pour renforcer les rotors et ce manchon est généralement constitué d'un matériau coûteux tel que le titane ou la fibre de carbone. Le manchon lui-même est très coûteux et doit également être ajusté avec précision, ce qui augmente le coût de fabrication. du moteur », explique le Dr Chu.

"Nos rotors ont une très bonne robustesse mécanique, nous n'avons donc pas besoin de ce manchon, ce qui réduit le coût de fabrication. Et nous n'utilisons qu'environ 30 % de matériaux de terres rares, ce qui inclut une forte réduction du coût des matériaux, ce qui rend notre -des moteurs performants plus respectueux de l'environnement et abordables." + Explorer plus loin

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