Moteur de meilleur rendement, densité de puissance doublée, couple stable jusqu'à deux fois la vitesse de synchronisme

Il s'agit à priori d'un concept connu, mais dont la forme sans balais n'avait pas pu déboucher sur un fonctionnement stable jusqu'à présent.

La société bestelectricmachine prétend y être parvenue avec son concept synchro-sym  :
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Voir aussi cette page :
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tout ça dans la langue de Mr Bean (Shakespeare c'est bien aussi, mais soyons modernes, même s'il ne parle pas beaucoup).

Les "simple facts" ne sont pas si simples que ça et il faut quand même s'accrocher un peu...

De ce que j'en comprends, on a deux jeux de bobinages triphasés un au rotor, et un au stator (par exemple), tous deux alimentés et consommant de la puissance active et tous deux jouant un rôle moteur, ce qui pour moi signifie que non seulement le stator tire le rotor mais en plus le rotor se repousse lui-même sur le stator (via champs et moments magnétiques intermédiaires, naturellement) et les deux actions s'ajoutent. On a pratiquement deux moteurs en un et on peut contrôler entièrement la machine en n'agissant que sur un un seul des jeux de bobines.

Ils annoncent 22 kW/L et 5 kW/kg de puissance crête, en incluant le contrôleur électronique. Pour le moteur de 65 kW de la Zoe, ça ferait 3 l et 13 kg (mais on ne tiendrait pas la puissance max en permanence avec cette compacité).

Le rendement serait de 95%, toujours contrôleur compris contre 90 % pour un moteur à aimant permanent muni lui aussi de son électronique de pilotage. Je suis toujours persuadé que le chiffre de 95 % fourni par les commerciaux de Renault ne concerne que le moteur seul.

Le rendement semble cependant chuter à faible vitesse, si on en croit leur tableau.

Par ailleurs, l'argument selon lequel on a besoin de faire passer un seul des deux jeux de bobinages par l'électronique de puissance ne tient plus à bord d'un VE, où le secteur n''est pas disponible, et il faut dans tous les cas passer par un onduleur.

Mais tout ça pour montrer que quelques progrès sont encore possibles. À batterie égale, on pourrait profiter du gain de poids pour augmenter l'autonomie, et peut être un peu aussi du rendement amélioré (en dehors du contrôleur, on peut gagner sur les pertes électriques en répartissant le courant entre les deux bobinages et donc en divisant l'intensité par deux dans chacun des circuits).

Les moteurs à aimant permanents type LRK (utilisés en particulier dans l'aéromodélisme ont des rendement supérieurs à 97% et un couple très important.
Voir le principe :

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Cdlt

C'est un "outrunner" ton exemple ? Ca participe à produire un couple élevé, mais je n'ai pas vu le principe appliqué aux EV jusqu'à présent...

Cette même valeur de 97% avait aussi été revendiquée pour un moteur à aimants permanents conçu pour la course de voitures solaires en Australie.

Mais attention, il s'agit du rendement moteur seul ! D'après le site que j'ai indiqué, le rendement chute à 90% si on prend en compte l'électronique de puissance, alors que leur proposition à moteur bobiné reste à 95 % en incluant l'ensemble.

Le site pointe par ailleurs un certain nombre d'arguments contre les aimants permanents:
- dépendance aux terres rares sous monopole chinois et en plus susceptible d'épuisement rapide (pour rappel théoriquement 2012 sera la fin du terbium)
- risque de perte d'aimantation s'ils sont soumis à des champs trop intenses
- beaucoup moins de souplesse dans le pilotage du moteur car on ne peut plus faire varier le moment magnétique du rotor, ce qui fait que le moteur bobiné sera capable de maintenir ses bonnes performances sur une plage de fonctionnement plus large que les aimants permanents. De mémoire ça doit aussi empêcher d'ajuster le Cosinus Phi à volonté.

Je crois que le choix du moteur synchrone à rotor bobiné restera le meilleur dans les années à venir. Le plus de Synchro-sym par rapport aux moteurs Renault, c'est aussi de supprimer les balais, sans pour autant recourir aux aimants permanents.

Bof bof,
J'ai du mal à prendre au sérieux cette société qui s'appelle en toute modestie "bestelectricmachine" :
- il n'y a aucun schéma explicatif , uniquement ce qui me semble être du verbiage, mais bon, mon niveau d'anglais est peut-être insuffisant...; un bon schéma est souvent plus efficace que 10 pages de texte.
- d'autre part le site se réfère à Wikipedia, qui lui, se réfère à ce site.
- je ne vois pas comment on peut alimenter un rotor sans bagues ni système inductif; s'il y a une alimentation par induction, alors c'est de la masse et une perte de rendement
- la notion de puissance crête n'a pas d'intérêt, ce qui est intéressant, c'est la puissance que peut fournir le moteur en continu, ou alors il faut au minimum préciser la durée pendant lequel on fonctionne, et pendant combien de temps on est à l'arrêt pour laisser refroidir la machine.
J'attends de voir un schéma clair pour y croire...

On ne peut pas dire non plus "tel type de moteur a un rendement de x%"; le rendement dépend du dimensionnement du moteur, mais aussi de sa taille; il est plus facile d'obtenir un bon rendement sur un moteur de forte puissance que sur un moteur de faible puissance.
D'autre part, les lois de la physique font que tous les phénomènes n'ont pas la même importance suivant les échelles : par exemple, il est plus intéressant d'utiliser des aimants dans un petit moteur que dans un gros.

Par exemple, si on prend un moteur et si on multiplie toutes ses dimensions par 10, en gardant la même vitesse et le même nombre de spires :
- le moteur sera en théorie 1000 fois plus lourd et donc 1000 fois plus puissant
- le flux dans le moteur est multiplié par 100 (car il est proportionnel à la surface, et l'intensité du champ magnétique est limitée par le matériau), la tension est multipliée par 100, et donc le courant doit être multiplié par 10 pour fournir 1000 fois plus de puissance.
- la section de cuivre est multipliée par 100, et la longueur par 10 : la résistance est donc divisée par 10 donc au final les pertes Joule sont multipliées par 10
- les pertes fer sont proportionnelles au volume de fer, et sont donc multipliées par 1000

En pratique, on rééquilibrera les sections de fer et de cuivre, mais malgré tout, plus un moteur est gros, plus les pertes fer deviennent prépondérantes sur les pertes joule, et l'intérêt économique des aimants s'amenuise.

Si on revient au moteur LRK, c'est un très bon moteur pour des petites puisssances par exemple pour entrainer une hélice de modèle réduit; mais c'est un moteur qui a besoin d'une masse importante d'aimants par rapport à sa taille et utilise très mal son circuit magnétique (on le voit sur le lien proposé), puisque seules 2 dents du stator sur 12 sont magnétisées, et 2 aimants sont utiles à un instant donné. Si on voulait le grossir pour en faire un moteur de VE, ce serait une catastrophe économique, et son rendement serait déplorable.

OK
de toutes façons Renault a fait le bon choix de ne pas avoir recours aux terres rares.
Je me demandais juste si le principe LRK aurait permis d'éviter le recours au réducteur mécanique...
Cdlt et merci pour vos intéressantes contributions

C'est vrai qu'on peut avoir des doutes sur ce site, qui ne donne pas tellement de signes de mise à jour récentes. Néanmoins, ce concept de moteur à double alimentation n'y est pas forcément lié. Ca reste une voie de recherche vers une amélioration des moteurs électriques que cette compagnie ait réellement abouti ou non.

Je l'ai compris comme étant effectivement un système inductif et donc tu as raison de penser qu'il doit y avoir des pertes à la transmission d'energie vers le rotor. Pour moi, l'avancée supposée de cette société résidait plutôt dans des algorithmes particuliers de pilotage du moteur et convertisseurs statiques permettant d'en assurer la stabilité malgré cette alimentations inductive.

Pour la puissance crête je suis d'accord que ce n'est pas très parlant, j'ai quand même voulu faire le calcul dans le cas où on considèrerait que la puissance max du moteur du VE n'est utilisée que lors de courtes accélérations. Si c'est à cause d'une montée qui peut être longue, ça ne tient plus.

Bien d'accord aussi sur le fait que le rendement dépend de la taille. Je ne connaissais pas par contre ces considérations intéressantes sur l'évolution relative des pertes fer et joule.
Dans leur tableau de comparaison, ils donnent les valeurs des puissance à laquelle les mesures sont faites.

Pour compléter ce fil, je vois qu'une vidéo a été mise sur youtube:

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(en 2015 mais les divers parasites présents suggèrent une source analogique plus ancienne)

Que c'est ennuyeux, ce type immobile, son monologue interminable et ces titres tournants !
Et ce moteur qui semble sorti des années 30 !
Je n'ai pas tenu plus de 4 minutes !

Si tu peux nous dire à quel moment de la vidéo il explique vraiment les choses, ça serait sympa.

C'est vrai qu'il aurait pu améliorer de beaucoup sa prestation en dansant avec des claudettes pendant qu'il expliquait le moteur synchrone à double alimentation

Mais sinon rien de bien marquant: à partir de 8:24, il énumère les avantages de ce type de moteur (assez long, 8 points, de mémoire). Vers 18:00 il passe aux spécificités de sa compagnie, dont imprimante de moteurs 3D..

Il n'explique à aucun moment comment le rotor est alimenté sans contact. Tout au plus parle-t-il de topologie en transformateur douple port, mais le rotor voyant un champ statique, ça ne m'éclaire pas...

Il  y a un papier sur leur site qui donne un peu plus de détail

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Apres une lecture tres rapide, le rotor serait alimenté à travers un transformateur rotatif à haute frequence monté sur l'arbre et piloté par un convertisseur ne passant pas par une étape DC ( a vue de nez on fait du découpage de l'AC à haute frequence en conservant l'enveloppe).

Pas simple, tout ça.
Un collecteur à trois bagues lisses, ça fonctionne bien aussi.
C'est pas un drame de changer les balais tous les 5 ans.

Il proposent même des moteurs pour la traction electrique:
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Je ne suis pas sûr que ça marche avec les balais, il me semble qu'un des principes de base est que le système s'autorégule du fait que l'alimentation inductive via le transfo subit les mêmes variations de vitesse/fréquence que les bobinages principaux du rotor.

Tu as lu plus loin que moi, alors.

Ça devient intéressant autour de la figure 1, avant il reprend les avantages du système comme dans les autres documents.

Ils proposent même un de leur moteurs comme remplacement de ceux des Tesla !
(http://www.bestelectricmachine.com/50KW-SS-EMS-design_T.htm)
Ce modèle fait 16 kg pour 400 kW pic, si je lis bien les specs.

Après le mode "ludicrous", à quand le mode "Supersynchrone"  (sur un gros bouton rouge au tableau de bord) ?

J'ai un lien sur les différents types de moteurs, intéressant pour les non spécialistes : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]