Un moteur électrique à haute efficacité conçu par une équipe de recherche de l’École de génie et d’informatique Gina-Cody de l’Université Concordia pourrait mener à des véhicules électriques plus efficaces, économiques et dotés d’un moteur plus compact.
Dirigée par Pragasen Pillay du Département de génie électrique et informatique, l’équipe a travaillé à un moteur synchrone à aimants permanents (un choix populaire pour les véhicules électriques) en s’attardant au stator et au rotor.
Le stator est la partie fixe du moteur qui génère un champ magnétique rotatif faisant tourner le rotor, la partie comptant des aimants qui produit le couple mécanique. Ces deux composantes sont des pièces maîtresses de tout véhicule électrique. Dans sa publication, l’équipe compare sept configurations de moteur et analyse différentes combinaisons d’encoches et de pôles. Les encoches dans le stator abritent le bobinage, et les pôles magnétiques se forment dans le rotor. La configuration à 12 encoches et 10 pôles se prêtait le mieux à un moteur à traction haute vitesse développant la puissance requise dans un véhicule électrique. Il est possible d’obtenir d’autres configurations au moyen de spécifications et de contraintes différentes.
L’étude repose sur l’utilisation de matériaux composites magnétiques doux, faits de particules de fer enveloppées d’une couche d’isolant. Ces matériaux augmentent la souplesse de configuration et la compacité du moteur. L’étude en présente les avantages, comme le couple supérieur produit par unité de volume du moteur. Il est donc possible d’obtenir un couple élevé avec un petit moteur.
Autre conclusion notable de l’étude, le facteur de remplissage de cuivre accru dans le stator améliore le rendement électrique et réduit les pertes dans le cuivre. Ce facteur correspond au pourcentage d’espace dans les encoches du stator occupé par le bobinage de cuivre.
La nouvelle configuration a été comparée à celle des véhicules Prius de Toyota et Accord de Honda. Elle s’est avérée de même niveau que celle du moteur original de l’Accord pour une même masse magnétique. Toutefois, ce résultat s’appuie uniquement sur des calculs théoriques. Pour en faire la preuve, il faudrait construire l’appareil et procéder à des essais.
L’équipe a aussi cherché à réduire l’ondulation de couple (production de couple inégale pendant la rotation du moteur) et le couple de crantage (variations indésirables du couple dans les moteurs à aimants permanents). Le nouveau rotor créé dans le cadre de l’étude réduit l’ondulation de couple et le couple de crantage. Le moteur fonctionne donc mieux et une contrainte mécanique moindre s’exerce sur les composantes.
Ces travaux de recherche novateurs annoncent une nouvelle ère de véhicules électriques qui offriront un rendement supérieur, une efficacité accrue et un meilleur rapport coût-efficacité. La viabilité améliorée des véhicules électriques en fera une solution judicieuse en matière de transport durable.
Consultez l’étude « Design of a Spoke Type PMSM With SMC Stator Core for Traction Applications » parue dans IEEE Transactions on Industry Applications.