- Innovation créatrice de nouvelles compétences
- Oui
- Innovation génératrice de nouvelles activités
- Oui
- Phase de développement de l'innovation
- Récemment commercialisé
- Date de création
- Date de mise à jour
En bref
On parle souvent du progrès sur la recharge des voitures électriques ou de leurs batteries. On en viendrait presque à oublier le rôle crucial du moteur dans l'optimisation des performances et de l'autonomie des véhicules. Celui-ci vit un changement important, il passe de moteur à flux radial au moteur à flux axial, permettant au passage de diviser le poids et le volume par 2, tout en multipliant les performances par 2. Cette fiche va nous permettre d'observer les avantages des moteurs à flux axial.
- Innovation créatrice de nouvelles compétences
- Oui
- Innovation génératrice de nouvelles activités
- Oui
- Phase de développement de l'innovation
- Récemment commercialisé
- Date de création
- Date de mise à jour
Description détaillée
La technologie de machine à flux axial remonte aux premières machines électriques. NIKOLA TESLA avait déposé un brevet dès 1889.
Tout au long de l'histoire de l'automobile, plusieurs prototypes ont été développés, mais le véritable développement et la commercialisation à grande échelle, viennent de démarrer...
La machine à flux axial a dépassé tous les records de densité de puissance, connues à ce jour dans l'automobile, toutes motorisations confondues.
La société YASA, vient de communiquer un nouveau record de 550 kW (750 cv) avec une machine de 13kg, soit une densité de puissance de 42 kW/kg. Ces performances témoignent de l'engouement pour l'amélioration des performances des machines électriques.
D'autres fabricants existent, comme MAGNAX (Belgique) ou SAIETTA (Anglais).
Dans cette fiche, nous prendrons deux sociétés qui développent des machines à flux axial, WHYLOT (Français),et YASA (Anglais), pour illustrer cette technologie.
Principe de fonctionnement
Machine à flux radial
- Orientation des forces : Les forces électromagnétiques s’exercent perpendiculairement à l'axe du rotor, c’est-à-dire radialement.
- Les machines à flux radial ont une construction plus simple mais un flux magnétique qui traverse plusieurs dents du stator, ce qui provoque des pertes fer plus importantes comparés aux machines à flux axial, en raison du trajet plus long et complexe du champ magnétique.
Machine à flux axial
- Orientation des forces : Les forces s’exercent le long de l’axe de rotation, c’est-à-dire axialement.
- Les machines à flux axial bénéficient d’un trajet du flux plus court, souvent unidimensionnel, ce qui réduit les pertes fer* (hystérésis et courants de Foucault) et améliore le rendement global.
Résultat :
La machine est beaucoup plus petite. Elle permet un positionnement plus proche des roues et un gain de place considérable dans le véhicule. Mais elle est surtout beaucoup plus efficace, car elle subit moins de pertes fer*.
Les pertes fer
Les pertes fer dans les machines électriques sont des pertes dues au matériau ferromagnétique du circuit magnétique (notamment dans le stator). Elles se composent principalement de deux types :
-
Les pertes par hystérésis : ce sont les pertes causées par la répétition continue de l'aimantation et démagnétisation du matériau ferromagnétique (cycle d'hystérésis magnétique) sous l'effet d'un champ magnétique variable. À chaque cycle magnétique, une partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur.
- Les pertes par courants de Foucault : lorsqu'un champ magnétique variable traverse un matériau conducteur, il induit des courants parasites (courants de Foucault) dans ce matériau. Ces courants génèrent de la chaleur par effet Joule, contribuant ainsi aux pertes fer.
En résumé, les pertes fer correspondent à l'énergie magnétique perdue principalement par ces deux phénomènes, ce qui impacte le rendement de la machine électrique en générant de la chaleur dans le fer magnétique.
Machine à flux axial et machine dans les roues
La machine à flux axial n'est pas encore une machine équipant les roues, pour deux raisons :
- La gestion thermique reste délicate à côté d'un disque de frein.
-
La gestion de l'augmentation des masses non suspendues, résultant de l'ajout d'une machine électrique, est complexe, et demande un long travail d'ingénierie, car, elle affecte le comportement global du véhicule (Tenue de route, motricité, etc...)
Même si les machines à flux axial, ont les qualités pour rejoindre les roues, elles présentent un faible encombrement, des performances élevées, avec un poids contenu, néanmoins, des fabricants de machine électrique dans les roues (In wheel machine) développent des systèmes qui reposent sur des machines à flux radial.
Exemple : PROTEAN ELECTRIC ou DEEPDRIVE
Source PROTEAN
Machines qui équiperont les roues arrières de la RENAULT 5 TURBO 3E en 2027, pour une puissance totale de 400 kW en pic.
A noter
Les machines à flux axial utilisées dans l'automobile, appartiennent à la famille des machines synchrones.
Le principe asynchrone à flux axial est possible, mais n'est pas exploité dans l'automobile. Il reste globalement moins efficace et moins compact que la version synchrone à aimants permanents. Les besoins des constructeurs automobiles en haute performance et compacité poussent donc la pratique vers le synchrone.
Machine à flux axial à double stator
Développée par la société WHYLOT (Française)
Ci-dessus, on distingue le doublement des phases U,V,W qui assurent la rotation du champ magnétique tournant dans le stator. La particularité de conception des machines WHYLOT est d'être composée de deux stators. Cela multiplie les forces des champs magnétiques, ce qui à un impact favorable sur l'augmentation du couple.
Ci-dessus la machine équipée de deux stators.
Les machines à flux axial sont considérées comme la solution d'avenir pour les véhicules électriques et hybrides, RENAULT à investi dans cette société. WHYLOT à déposé 50 brevets et 20 supplémentaires partagés avec RENAULT.
MERCEDES rachète en 2021 la société YASA, concurrent Anglais de WHYLOT, qui développe également des machines électriques à flux axial.
Ca démontre l'intérêt des constructeurs pour ces futurs machines électriques.
Caractéristique de la machine ci-dessus :
- 100 kW
Machine à flux axial à double rotor :
Développée par la socièté YASA (Anglaise) :
Un peu d'histoire...
En 2020, la FERRARI SF90 STRADALE inaugure une machine à flux axial YASA entre le moteur et la boîte.
En juillet 2021, MERCEDES-BENZ rachète YASA. Ce rachat permet à MERCEDES de s’assurer un avantage concurrentiel technologique.
Même si YASA est la propriété de MERCEDES, elle commercialise sa technologie à d'autres constructeurs. Si bien, que les premiers véhicules qui ont pris la route avec cette technologie ne sont pas des MERCEDES.
En 2024, c'est la LAMBORGHINI TEMERARIO, qui sort équipée de 3 moteurs à flux axial YASA. Un sur l'essieu arrière pour accompagner le V8 Bi-turbo de 800 cv. Deux autres machines sont greffées sur le train avant, pour assurer la motricité. Sur le train avant les machines sont pilotables indépendamment permettant une motricité en courbe incomparable.
Le développement continue et en 2025, un record est atteint de densité de puissance, avec une machine de 13kg, YASA obtient une puissance de 550kW.
En 2026, sort la première MERCEDES avec machine à flux axial, avec l'AMG-GT4 portes.
Comparatif
Source YASA
Comparatif des performances entre une machine électrique radiale actuelle, et une machine électrique axiale YASA.
Avantages
- Gain de poids,
- Plus efficace,
- Plus compact.
Le poids de la machine à flux axial ne représente qu'un tiers, de celui des machines électriques classiques, de puissance comparable. De plus, elle n'occupe qu'un tiers, de l'espace requis par une machine à flux radial.
Cette compacité offre aux ingénieurs une flexibilité de conception sans précédent, et offre de nouvelles libertés créatives dans l'architecture des véhicules électriques, comme l'illustre le design du concept-car MERCEDES Vision One-Eleven.
Inconvénients
- Complexité à industrialiser, ce qui peut augmenter les coûts de développement.
- Demande un système de refroidissement performant et des matériaux possédant des propriétés élevées de dissipation de chaleur.
Conclusion
Les machines électriques à flux axial représentent une avancée technologique majeure dans le domaine de la mobilité électrique. Grâce à leur conception innovante, elles offrent une densité de puissance supérieure, une meilleure efficacité énergétique et une compacité accrue par rapport aux machines à flux radial.
Ces caractéristiques permettent non seulement d'améliorer l'autonomie des véhicules électriques et hybrides, mais aussi de réduire leur impact environnemental.
Ces machines électriques vont apporter des changements important dans la façon de concevoir les véhicules de demain. Avec des machines qui finiront dans les roues, c'est toute l'architecture du groupe motopropulseur qui change, au bénéfice du volume habitacle.
| Diffusion sur le marché | Type de machine électrique plus onéreuse de par la difficulté à industrialiser sa conception, sa diffusion s'en tient pour l'instant à des marques haut de gamme. |
|---|---|
| Constructeurs concernés | MERCEDES, FERRARI, LAMBORGHINI. |
| Innovation engendrant des entretiens | Oui |
| Innovation engendrant des réparations | Oui |
| Types de réparations |
|
| Dispositif législatif en rapport avec l'innovation | NFC 18-550 Selon cette réglementation, les interventions sur la chaine de traction d'un véhicule électrique ou hybride, nécessite une habilitation pour être autorisé à intervenir. Pour en savoir plus, rendez-vous au chapitre "Impact sur les compétences en atelier" |
| Contrôle technique | Depuis le 01 janvier 2014, les centres de contrôle technique doivent être en mesure de contrôler les véhicules électriques ou hybrides comme le prévoit l'arrêté du 18 juin 1991 modifié. Ce texte impose que les contrôleurs doivent disposer d'une habilitation électrique spéciale pour contrôler les VE/VH (B2XL contrôleur technique).
Avec les mêmes conséquences que sur un véhicule thermique, un signalement sur le procès verbal d'une défaillance majeure ou critique selon l'état. Extrait : Fuite excessive de liquide autre que de l’eau susceptible de porter atteinte à l’environnement ou constituant un risque pour la sécurité des autres usagers de la route. IT VL F8/8.4.1/ défaillance majeure. A cela s'ajoute les spécificités du véhicule électrique ou hybride avec les contrôles de l'état des câbles et connecteurs haute tension. Rappel : Pour effectuer ces contrôles dans de bonnes conditions de sécurité, les contrôleurs techniques doivent porter leurs équipements de protection individuels (EPI), gants isolants et sur-gants en cuir, caque et visière de protection anti-UV... |
| Mots-clés | Moteur, électrique, synchrone, machine électrique, rotor à aimants permanents, stator, machine à flux axial, rotor à flux axial. |
Méthodes et pratiques
Les techniciens qui interviennent sur les machines électriques peuvent réaliser:
- Contrôles électriques de type résistance, et isolement "haute tension",
- Relevé de commande à l'oscilloscope,
- Remplacement de roulements de la machine électrique (soit lors de campagne SAV, soit sur une plainte de bruit moteur, ou de façon préventive pour éviter la casse moteur)
- Remplacement de la machine électrique, (suite à la casse de roulements, ou surchauffe avec démagnétisation, ou défaut d'isolement)
- Contrôle/remplacement du capteur résolveur,
- Calibrage capteur de position.
- Diagnostic de fuite d'huile,
- Diagnostic de fuite de liquide de refroidissement,
- Vidange et remplissage d'huile moteur, lors d'intervention sur la machine électrique,
- Vidange et remplissage liquide de refroidissement, lors d'intervention sur la machine électrique.
| Entreprises concernées aujourd'hui | Organismes de formation, Spécialistes, MRA, RA2, RA1 |
|---|---|
| Métiers concernés | Carrossier et Peintre, Contrôleur technique, Démonteur automobile, Encadrement d'atelier, Mécanicien technicien VI-VU, Mécanicien-Technicien Auto, Mécanicien-Technicien Moto |
Impact sur les compétences en atelier
Pour intervenir sur les machines électriques, le technicien doit:
- Savoir différencier les machines électriques,
- Connaître le fonctionnement et la gestion des machines électriques,
- Savoir appliquer une méthode de diagnostic,
- Savoir utiliser un outil de diagnostic,
- Connaitre les procédures de sécurité liées à l'intervention sur un véhicule électrique ou hybride,
- Posséder une habilitation.
- Observer une vigilance accrue lors de la manipulation de rotor à aimants permanents, afin de se prémunir du risque de blessure aux mains.(La puissance des aimants présente un risque pour l'opérateur)
Les interventions d'entretien nécessite de:
- Connaître les procédures d'intervention,
- Posséder à minima un niveau averti.
Les personnes ne possédant pas d'habilitation ou à minima d'un niveau averti ne sont pas autorisées à intervenir sur ces véhicules.
Les habilitations
Le travail sur véhicules électriques et hybrides nécessitent une habilitation selon la réglementation NF C18-550.
Il est important de bien identifier les limites d’actions de son titre d’habilitation.
Voici quelques exemples d'interventions et le titre d'habilitation nécessaire pour être autorisé à réaliser l'intervention :
Votre titre d’habilitation est lié à une norme délimitant votre périmètre d’action. Les métiers de l’automobile sont liés à la norme NFC 18-550. Cette norme ne vous autorise pas à travailler sur les infrastructures électriques (prise, borne de recharge…)
Pour cela, il est important d’identifier quel « domaine d’intervention » est couvert par votre titre d’habilitation.
Dans le domaine de l’automobile, on distingue plusieurs types d’intervenants :
•Une personne NON habilitée - Ordinaire
C’est une personne n’ayant reçu aucune formation sur les risques électriques. Ne sachant pas analyser les risques électriques et donc intervenir en sécurité, elle n’est pas autorisée à intervenir sur un véhicule électrique ou hybride.
•Une personne NON habilitée – Avertie
C’est une personne ayant suivi une formation sur les risques électriques. A travers cette formation et une évaluation, l’apprenant a justifié qu’il est en mesure de réaliser une analyse de risque avant d’intervenir. Il est donc autorisé à travailler sur un véhicule électrique (hors chaîne de traction) si le véhicule est conforme. En cas de détection d’un risque, il stoppe son activité, et alerte la personne qui devra sécuriser ce véhicule.
•Une personne habilitée – B0L
C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux non électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à travailler hors chaîne de traction. A condition que le véhicule ne présente pas de risque électrique. Elle connaît ses limites d’interventions et ne travaille pas en présence de risque électrique.
•Une personne habilité - B2L
C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sur la chaîne de traction du véhicule, si celui-ci est consigné. Elle ne travaille pas en présence de risque électrique.
•Une personne habilitée – B2VL
C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques au voisinage, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à sécuriser la chaîne de traction d’un VE/VH au voisinage d’une PNST (c’est-à-dire à moins de 30 cm), même si elle n’est pas consignée, par exemple pour isoler une pièce nue sous tension. Elle est équipée d'EPI.
•Une personne habilitée – BCL
C’est une personne habilitée à consigner un VE/VH, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est équipé d’EPI.
Un BCL seul n'est pas autorisé à travailler sur un véhicule électrique ou hybride. Il le consigne pour permettre à une personne habilitée (B2L, B2VL…) de faire les réparations.
Dans l’automobile on trouve rarement des personnes habilitées uniquement BCL !
•Une personne habilitée – B2TL
C’est une personne habilitée aux travaux sous tension, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sous tension, c’est-à-dire intervenir dans la batterie de traction.
Exemple : Remplacement d’un module dans la batterie, d’un capteur, d’un bus bar, d’un BMS, des relais de puissance...
Elle a des EPI spécifiques, et ne travaille qu’avec des outils isolés. Une habilitation sous tension ne remplace pas une habilitation hors tension.
Exemple d’outillage approprié
Outils de démontage du moteur électrique
Outils spécifiques constructeur
Outil de diagnostic
Exemple :
Selon la norme NF C18-550, L'ensemble des outils utilisés lors d'intervention sur chaine de traction doivent répondre à un niveau d'isolation de 1000 Volts.
Tous les outils classiques du mécanicien( clé plate, clé à pipe, cliquets, douilles, pinces, tournevis, etc...) existe en version isolé 1000V.
Outillage nouveau :
@Mobipolis
Outillage pour intervention sur machine électrique :
@Mobipolis
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