Un nouveau fil, refroidi de l’intérieur, double la densité de puissance
Les moteurs électriques sont de plus en plus utilisés dans des applications de haute puissance et de haute performance, comme les voitures et les avions. Un facteur limitant l’utilisation des moteurs électriques dans les véhicules est leur densité de puissance. Pour l’instant, celle-ci reste peu compétitive par rapport aux moteurs à carburant. La densité de puissance désigne la quantité de puissance produite à partir d’un volume donné d’espace moteur. Une locomotive à vapeur dispose d’une faible densité de puissance, car elle produit peu de puissance par rapport à son énorme volume. En revanche, le moteur d’une voiture de course a une densité de puissance extrêmement élevée, produisant une puissance énorme dans un espace réduit. La densité de puissance des moteurs électriques dépend essentiellement de la température. L’électricité circulant dans un fil crée de la chaleur. En augmentant le courant, on augmente la densité de puissance, mais cela génère également plus de chaleur. À un moment donné, les fils vont brûler. Pour éviter les incendies, les appareils électriques sont équipés de coupe-circuits. La température que peuvent supporter les fils limite également la densité de puissance potentielle. Il serait très utile de refroidir les fils, mais ce refroidissement est très difficile à mettre en œuvre dans la pratique. Les fils sont isolés électriquement, ce qui les rend également pratiquement impossibles à refroidir de l’extérieur.
Refroidis de l’intérieur
Le projet Capcooltech, financé par l’UE, a résolu ce problème grâce à un nouveau type de fil. Il s’agit d’un fil creux dans lequel on fait circuler un liquide de refroidissement grâce à une pompe. Le projet a permis de développer et de commercialiser la nouvelle technologie, initialement pour des applications automobiles. Les bobines – littéralement, des bobines de fil enroulées autour d’un noyau métallique – sont un composant important des moteurs électriques. «En utilisant des fils creux, qui sont enroulés en bobines, nous pouvons refroidir les bobines aux points les plus chauds, directement dans le cuivre», explique Michael Naderer, coordinateur du projet. Les chercheurs ont également mis au point des connecteurs spéciaux qui relient les fils remplis de fluide aux bobines. L’équipe a étudié les configurations optimales des bobinages et des connexions.
Densité de puissance et performances accrues
Le refroidissement permet d’augmenter le courant et, proportionnellement, la densité de puissance. Pour le moment, l’équipe a doublé la puissance de sortie normale. En conséquence, les performances sont près de deux fois plus élevées également. Accroître la densité de puissance signifie que la puissance est supérieure pour un poids inférieur. Et comme c’est exactement ce que les industries de l’aviation et de l’automobile électriques s’efforcent de réaliser, les développements du projet Capcooltech présentent un grand intérêt pour ces industries. L’industrie automobile sera en effet en mesure de produire des moteurs moins chers, plus efficaces et plus puissants. «Concrètement, vous pourrez conduire une voiture électrique tractant une remorque jusqu’en haut d’une montagne sans que la voiture ne tombe en panne», ajoute Michael Naderer. «L’industrie aéronautique construira des taxis électriques, et des drones qui pourront transporter des charges utiles plus lourdes et plus longtemps.» La technologie Capcooltech permettra également à l’industrie manufacturière d’accroître sa productivité grâce à des machines plus rapides et plus efficaces. Les chercheurs du projet avaient espéré cibler le marché automobile des 48 volts. Il s’agira probablement de la nouvelle norme pour les futures voitures électriques, et leur valeur devrait se chiffrer en milliards d’euros dans les années à venir. Mais l’équipe n’a pas encore pénétré ce marché. La pandémie de COVID-19 a également perturbé d’autres plans du projet. L’équipe s’est adaptée et cherche maintenant des marchés alternatifs. Le nouvel objectif est d’atteindre la pleine production d’ici 2024.
Mots‑clés
Capcooltech, électrique, moteurs, fils, refroidissement, puissance, densité de puissance
