Pour extraire plus de couple d'un volume limité, le moteur à flux axial est souvent construit avec une architecture multipolaire : seize ou vingt pôles ne sont pas rares. Mais dès que le nombre de pôles augmente, le problème apparaît : lorsque le moteur tourne à des dizaines de milliers de tours, la fréquence fondamentale du courant alternatif qui le pilote peut grimper à plusieurs milliers de hertz.
Principe du couple de l'architecture multipolaire Torque Principle of Multi-Pole Structure
Une fréquence fondamentale élevée signifie que l'onduleur doit commuter de façon répétée à une vitesse extrême. À une fréquence de commutation aussi élevée, sur les IGBT traditionnels, les pertes de commutation montent en flèche, l'échauffement est sévère et le rendement s'effondre : ils ne tiennent tout simplement pas. C'est aussi la raison pour laquelle de nombreuses solutions de moteurs à flux axial incluent d'emblée l'onduleur en carbure de silicium en équipement de série.
Risque de défaillance des IGBT en régime haute fréquence IGBT Failure Risk under High-Frequency Working Conditions
C'est précisément là que réside l'avantage des MOSFET en carbure de silicium : leur vitesse de commutation peut atteindre le niveau du mégahertz et leurs pertes de commutation sont extrêmement faibles, ce qui les rend naturellement adaptés pour piloter des moteurs multipolaires haute fréquence. On peut dire que la maturité des composants en carbure de silicium est en soi une pièce clé du puzzle pour que le flux axial accède à la production en série. Vu sous un autre angle, c'est aussi la demande de haute fréquence et de multipolarité du flux axial qui, en retour, stimule le déploiement rapide des composants en carbure de silicium sur le marché automobile : les deux se renforcent mutuellement.
Évolution des tendances de concurrence en propulsion électrique Evolution of Electric Drive Competition Trends
Vu sous l'autre angle, sans carbure de silicium, l'avantage multipolaire du flux axial ne s'exprime pas et la fréquence fondamentale élevée devient une charge. S'obstiner à utiliser des IGBT n'apporte que de l'échauffement ou une perte de rendement : cela n'en vaut pas la peine. C'est pourquoi, lorsqu'on évalue une solution, on ne regarde souvent pas seulement le moteur en lui-même, mais le moteur et l'onduleur comme un binôme dont les performances doivent se correspondre. En observant le déploiement de ce type de solutions, Jiuju a également relevé une tendance : le moteur et la commande électronique ne se développent plus chacun de leur côté, et de nombreux clients apparient systématiquement les moteurs multipolaires haute fréquence avec des onduleurs en carbure de silicium. La concurrence en propulsion électrique passe de la performance sur un point donné à la coordination globale du moteur et de la commande électronique.
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Sur l'aire d'expédition, à l'extérieur de l'atelier, l'activité est intense. Après plusieurs séries de mise au point de la machine complète, de validation de production simulée et de contrôle qualité en usine, une ligne d'assemblage automatisée de moteurs à courant continu de Jiuju a achevé tout le processus de sortie d'usine et a été chargée dans le camion à temps ; elle partira bientôt vers la base de production du client pour soutenir l'avancement du projet conformément au plan.
Le point d'application effectif de la force magnétique se situe au bord du diamètre extérieur ; à vitesse égale, la contrainte centrifuge supportée par les aimants dépasse de loin celle du moteur radial allongé et étroit. Dans des conditions de haute vitesse, la manière de fixer solidement les aimants sur le disque du rotor est un aspect clé de la conception structurelle.
L'entrefer est ramené au niveau du millimètre et, en fonctionnement, l'intérieur du moteur passe de la température ambiante à plus de cent degrés ; la carcasse en aluminium, l'arbre en acier, le fil de cuivre et les aimants ont des coefficients de dilatation différents, si bien que la déformation axiale peut agrandir l'entrefer ou comprimer le stator.
Le NdFeB à hautes performances est effectivement cher, mais le coût par unité de couple du moteur à flux axial n'est pas désavantageux : la quantité d'aimants et de cuivre utilisée est moindre et permet en outre au système de se passer de la boîte de réduction ou d'une partie de la capacité de batterie, si bien que la nomenclature globale est finalement plus rentable.
L'architecture multipolaire génère une fondamentale haute fréquence ; à des dizaines de milliers de tours, la fréquence fondamentale peut atteindre plusieurs kilohertz. Avec les IGBT traditionnels, les pertes de commutation s'envolent et l'échauffement est sévère : la capacité de commutation au niveau du mégahertz des MOSFET en carbure de silicium est le partenaire adapté des moteurs à flux axial multipolaires haute fréquence.
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