01 Qu'est-ce qu'un moteur à flux axial ?

Selon le sens du flux magnétique, les moteurs peuvent être divisés en moteurs à flux axial et moteurs à flux radial. Bien que les sens du flux magnétique diffèrent, leurs principes de fonctionnement respectent les lois fondamentales de l'électromagnétisme.

Autrement dit, le moteur contrôle l'intensité et la direction du champ magnétique de la bobine (rotor) en modifiant le sens et l'intensité du courant qui la traverse. Les pôles magnétiques du stator étant fixes, lorsque la direction et l'intensité du champ magnétique du rotor changent, celui-ci interagit pour générer la force de Lorentz, entraînant ainsi le rotor en rotation.

Schéma de la direction du trajet du flux magnétique

Les pôles magnétiques du stator du moteur à flux axial sont disposés le long de l'axe. Le rotor est généralement de structure cylindrique. Le flux magnétique traverse l'axe central du rotor. Lorsque le courant traverse l'enroulement du stator, le champ magnétique généré traverse le rotor le long de l'axe. Selon la loi de Lorentz, ce champ magnétique génère un couple dans le rotor, entraînant ainsi sa rotation.

L'entrefer du moteur à flux axial est plan, la longueur axiale est courte et il s'agit d'une forme de disque mince, il est donc également appelé moteur à disque.

Schéma des structures de moteurs à flux axial et à flux radial

La structure topologique des moteurs à flux axial est flexible et adaptable aux applications réelles. Selon la structure stator-rotor, les moteurs à flux axial se répartissent en quatre structures :

Structure à stator unique/rotor unique : 1 rotor + 1 stator, structure simple et compacte, mais grande attraction magnétique unilatérale, grande charge de roulement, grandes vibrations et bruit, et risque de frottement stator-rotor, ce qui réduit la durée de vie du moteur ;

Structure à stator simple/rotor double : 2 stators extérieurs + 1 rotor intérieur, densité de puissance élevée, plus adaptée aux systèmes de traction, à l'aérospatiale et à d'autres domaines ;

Structure à double stator/rotor unique : 2 rotors extérieurs + 1 stator intérieur, avec une bonne symétrie, une attraction magnétique unilatérale relativement faible, plus adaptée aux systèmes de production d'énergie éolienne ;

Structure à stators multiples/rotors multiples : stators multiples + rotors multiples, adaptée aux scénarios de couple élevé, tels que les systèmes de propulsion de navires, la production d'énergie éolienne à grande échelle et les générateurs hydroélectriques.

02 Avantages et limites des moteurs à flux axial

Avantages des moteurs à flux axial

Compact et léger : le volume et la masse des moteurs à flux axial sont respectivement de 5 L et 24 kg, tandis que ceux des moteurs à flux radial classiques pour automobiles sont respectivement de 10 L et 50 kg. Les moteurs à flux axial s'inscrivent dans la tendance des automobiles légères. Ils présentent également une structure compacte, une longueur radiale réduite et une grande liberté d'installation.

Paramètre	Moteur à flux axial	Moteur à flux radial
Volume (L)	5	10
Poids (kg)	24	50
Couple (Nm)	800	400
Puissance (kW)	358	186
Densité de couple (Nm/L)	160	40
Densité de puissance (kW/kg)	14.9	3.7

Densité de couple et densité de puissance élevées : la surface magnétique effective des moteurs à aimants permanents à flux axial est située sur la surface du rotor du moteur, et non sur le diamètre extérieur, de sorte qu'ils peuvent généralement fournir plus de couple dans un certain volume, améliorant ainsi la densité de couple et la densité de puissance.

Rendement élevé : Grâce au trajet de flux unidimensionnel plus court, le rendement des moteurs à flux axial est très élevé, généralement supérieur à 96 %, ce qui est comparable, voire supérieur, à celui des meilleurs moteurs à flux radial bidimensionnel du marché. Les moteurs à flux axial économisent environ 15 à 25 % d'énergie par rapport aux moteurs radiaux classiques, quelle que soit leur puissance, et peuvent maintenir leur puissance de pointe plus longtemps.

Structure du moteur à flux axial

Faible bruit et vibrations : Grâce à la répartition uniforme du champ magnétique, le moteur à flux axial génère peu de bruit et de vibrations pendant le fonctionnement, ce qui est particulièrement adapté aux scénarios d'application avec des exigences strictes en matière de bruit et de vibrations.

Économies d'énergie et réduction des émissions de CO50 : Les avantages du moteur à flux axial en termes de volume et de poids permettent de réduire d'environ 34 % la consommation de cuivre, de fer, d'aimants permanents et d'autres matériaux lors de la production et de la fabrication par rapport aux moteurs à aimants permanents radiaux. Grâce à la technologie du stator sans noyau PCB, la consommation de cuivre du moteur axial peut être réduite de XNUMX % par rapport à celle du moteur radial.

Parallèlement, son poids propre est réduit et son rendement est supérieur. En pratique, le moteur consomme moins d'énergie et offre une meilleure maniabilité, favorisant ainsi les économies d'énergie et la réduction des émissions de carbone.

Limitations des moteurs à flux axial

Problèmes de coût : Les moteurs à flux axial nécessitent des matériaux et des procédés de fabrication spécifiques, ce qui rend leur coût de fabrication généralement plus élevé que celui des moteurs à flux radial traditionnels. Par exemple, l'utilisation d'une topologie sans culasse et d'une conception stator-rotor spécifique augmente les coûts.

Complexité de conception et de production : La conception et la production des moteurs à flux axial sont généralement plus complexes. Par exemple, l'entrefer entre le rotor et le stator doit être uniforme. La force axiale exercée pendant le fonctionnement peut entraîner de fortes tensions sur l'arbre moteur. Le procédé de fabrication et les équipements mécaniques ne sont pas aussi matures que ceux des moteurs radiaux, ce qui limite la capacité de production en série.

Coupe transversale d'un moteur à flux axial

Problèmes de dissipation thermique : Les enroulements d'un moteur à flux axial étant situés profondément à l'intérieur du stator, entre les deux disques du rotor, la dissipation thermique est très difficile. Des problèmes de surchauffe peuvent survenir lorsque le moteur fonctionne sous forte charge, ce qui affecte ses performances et sa durée de vie.