Face à la demande croissante de moteurs électriques compacts et à haut rendement, notamment dans les véhicules électriques (VE), l’aérospatiale, la robotique et l’électromobilité, les moteurs à flux axial (AFM) suscitent l’intérêt pour leur puissance et leur couple supérieurs. Cependant, ces performances élevées posent le défi de la dissipation thermique. Le refroidissement devient un facteur crucial pour maintenir les performances, la fiabilité et la longévité.

L’importance du refroidissement dans les moteurs à flux axial

Contrairement aux moteurs à flux radial, les moteurs à flux axial présentent une structure plate en forme de disque, avec un trajet de flux magnétique plus court et un rapport surface/volume plus élevé. Cela les rend thermiquement avantageux, mais également sensibles à la surchauffe localisée, notamment dans les applications à grande vitesse ou à couple élevé.

Les principales préoccupations thermiques sont les suivantes :

• Surchauffe des bobinages et des aimants permanents
• Chute d’efficacité due à l’augmentation de la résistance
• Dégradation de l’isolation ou des matériaux
• Durée de vie réduite ou emballement thermique

Sources de chaleur dans les moteurs à flux axial

Source	Description
Pertes cuivre (I²R)	Échauffement par résistance dans les enroulements du stator
Pertes fer (pertes dans le noyau)	Hystérésis et courants de Foucault dans les noyaux magnétiques
Courants de Foucault dans les aimants	Surtout à des fréquences de commutation élevées
Pertes par frottement et mécaniques	Pertes dans les roulements et traînée d’air, bien que minimales dans la conception

 

Un système de refroidissement adapté n’est donc pas seulement une fonction de support : il est essentiel pour exploiter toute la puissance des moteurs à flux axial.

Refroidissement par air : simplicité et rentabilité

Fonctionnement

Le refroidissement par air utilise la convection naturelle ou forcée (ventilateurs ou canaux de circulation d’air) pour évacuer la chaleur des surfaces du stator et du rotor.

Refroidissement par air naturel : Dissipation passive par le flux d’air ambiant

Refroidissement par air forcé : Des soufflantes ou des ventilateurs axiaux propulsent l’air à travers les canaux du moteur ou sur les ailettes

Avantages	Inconvénients
√ Conception simple	× Capacité thermique limitée (~1–3 W/cm²)
√ Coût réduit	× Moins efficace dans les espaces compacts et fermés
√ Pas d’entretien du liquide de refroidissement	× Sensible à la température ambiante
√ Léger

Meilleurs cas d’utilisation

• Applications à densité de puissance faible à moyenne
• Vélos électriques, scooters, petits drones
• Environnements avec une bonne circulation d’air

Tableau des performances de refroidissement par air

Paramètre	Valeur typique
Puissance continue max	< 10–15 kW
Capacité de flux thermique	1–3 W/cm²
Plage de température	30–90 °C
Pénalité de poids	Minimale
Besoin de maintenance	Faible

 

Refroidissement liquide : gestion thermique haute puissance

Comment ça marche

Le refroidissement liquide consiste à faire circuler un fluide – généralement de l’eau, du glycol ou un fluide diélectrique – dans des canaux intégrés dans ou autour du stator, et parfois du rotor. Le liquide absorbe et transfère la chaleur à un échangeur de chaleur ou à un radiateur.

Il existe plusieurs configurations :

• Refroidissement par chemise de stator : canaux de fluide autour du stator extérieur
• Refroidissement par canaux intégrés : contact liquide direct avec les enroulements en cuivre ou le noyau
• Refroidissement par immersion : immersion du moteur dans un fluide diélectrique

Avantages	Inconvénients
√ Efficacité de refroidissement élevée (10–100 W/cm²)	× Complexité et coût supplémentaires du système
√ Conception compacte et modulaire	× Risque de fuites
√ Fonctionnement stable à des cycles de service élevés	× Nécessite des pompes à liquide de refroidissement et des radiateurs

 

Meilleurs cas d’utilisation

• Véhicules électriques haute performance
• Aéronautique et aérospatiale
• Robotique industrielle à grande vitesse

Performances du refroidissement liquide

Paramètre	Valeur typique
Puissance continue max	Jusqu’à 300 kW
Capacité de flux thermique	10–100 W/cm²
Plage de température	30–130 °C
Pénalité de poids	Modérée
Besoin de maintenance	Moyen à élevé

 

Technologies de refroidissement avancées : au-delà des systèmes traditionnels

L’évolution des moteurs à flux axial s’accompagne d’une évolution de leurs besoins en refroidissement. Voici les techniques de refroidissement de nouvelle génération actuellement explorées ou déployées dans les prototypes et la fabrication avancée :

Caloducs et chambres à vapeur

Ces systèmes utilisent des fluides à changement de phase pour transporter rapidement la chaleur du stator vers un dissipateur thermique.

• Système passif, aucune pompe requise
• Excellent pour les points chauds localisés
• Utilisé dans l’aérospatiale et les systèmes de micromoteurs

Refroidissement par immersion diélectrique

Au lieu de faire circuler de l’eau ou du glycol, le moteur est entièrement immergé dans un fluide diélectrique non conducteur (comme du Novec 3M ou de l’huile minérale).

• Refroidissement par contact direct du stator et du rotor
• Aucun risque de court-circuit
• Hautes performances thermiques

Matériaux à changement de phase (PCM)

Les PCM absorbent de grandes quantités de chaleur lors de la transition de phase (solide à liquide), permettant ainsi un tampon thermique lors de courtes périodes de forte charge.

• Idéal pour les cycles de service intermittents
• Fréquent dans la défense et l’aérospatiale

Structures de refroidissement intégrées

La fabrication additive (impression 3D) permet d’intégrer des canaux de refroidissement internes dans les tôles ou les carters du stator, améliorant ainsi le transfert de chaleur sans plomberie traditionnelle.

Aperçu comparatif : Méthodes de refroidissement des moteurs à flux axial

Type de refroidissement	Taux d’évacuation de chaleur	Complexité	Coût	Fiabilité	Idéal pour
Air (naturel)	Faible (1–2 W/cm²)	Très faible	Faible	Élevée	Moteurs basse puissance, systèmes ouverts
Air (forcé)	Moyen (2–5)	Faible	Faible	Élevée	E-mobilité grand public, ventilateurs basse vitesse
Chemise liquide	Élevé (10–50)	Moyenne	Moyenne	Élevée	Véhicules électriques, robotique, moteurs compacts haute puissance
Immersion directe dans liquide	Très élevé (jusqu’à 100)	Élevée	Élevé	Moyenne	Aéronautique, sport automobile, robotique
Immersion diélectrique	Très élevé	Élevée	Élevé	Moyenne	Applications scellées haute performance
Chambres à vapeur / caloducs	Moyen-élevé	Moyenne	Moyenne	Moyenne	Aéronautique, drones, refroidissement contraint
Matériaux à changement de phase (MCP)	Faible (tamponné)	Moyenne	Moyenne	Faible	Systèmes à cycles courts ou en rafale

 

Considérations de conception du point de vue du fabricant

Lors de la conception et de la fabrication de moteurs à flux axial, le choix de la méthode de refroidissement doit être pris en compte dès le début de la phase de développement. Nous nous concentrons sur les facteurs suivants :

Conception du noyau et du bobinage

Les assemblages stator et rotor compacts nécessitent des coefficients de remplissage en cuivre optimisés et des empilements de tôles facilitant la circulation de l’air ou le contact avec le liquide de refroidissement.

Pour le refroidissement liquide, les rainures ou les canaux encastrés doivent être usinés ou moulés avec précision.

Boîtier et enceinte

Doit accueillir des pompes, des orifices ou des ailettes selon le système de refroidissement.

Le moulage sous pression ou l’usinage CNC permet de façonner des dissipateurs thermiques externes optimisés.

Sélection des matériaux

Conductivité thermique, résistance à la corrosion et propriétés diélectriques sont des facteurs importants.

Utilisation d’alliages d’aluminium, de polymères hautes performances et de revêtements.

Sécurité et tests

Tests d’étanchéité, validation des cycles thermiques et joints redondants sont obligatoires pour le refroidissement liquide.

Les systèmes d’immersion diélectrique nécessitent des contrôles complets de l’isolation électrique.

En tant que fabricant sur mesure, nous proposons :

• Laminations personnalisées du stator et du rotor optimisées pour le refroidissement
• Boîtiers moulés ou usinés avec canaux intégrés
• Analyse thermique complète et simulations de refroidissement pendant la phase de conception

Applications concrètes et études de cas

Moteur de traction électrique avec refroidissement liquide

• Puissance du moteur : 150 kW
• Refroidissement : Chemise liquide intégrée
• Résultat : Maintien de la température en dessous de 85 °C en charge continue, volume 30 % inférieur à celui d’un moteur radial équivalent

Moteur de propulsion de drone à air pulsé

• Puissance du moteur : 5 kW
• Refroidissement : Ventilateur axial intégré au moyeu du rotor
• Résultat : Système léger et simplifié, moins de 4 kg, performances constantes avec un débit d’air réduit

Joint robotisé industriel avec refroidissement par immersion

• Puissance du moteur : 20 kW
• Refroidissement : Immersion diélectrique à base de fluorinert
• Résultat : Augmentation de 40 % du cycle de service ; température de pointe localisée réduite de 18 °C

L’avenir du refroidissement des moteurs à flux axial

Avec l’électrification croissante de tous les secteurs, le besoin d’un refroidissement plus intelligent et plus intégré ne fera qu’augmenter. Parmi les tendances, on peut citer :

• Simulations de jumeaux numériques pour l’optimisation thermique
• Nano-revêtements pour réduire la résistance superficielle au transfert de chaleur
• Pompes à liquide contrôlées par IA modulant le débit en fonction de la charge
• Pompes multiphasiques compactes et mini-échangeurs de chaleur pour systèmes embarqués

L’industrie évolue vers un refroidissement intégré, où le contrôle moteur, le retour d’information des capteurs et la surveillance dynamique de la charge contribuent à optimiser les performances en temps réel.

Conclusion

Le refroidissement n’est pas un simple accessoire pour les moteurs à flux axial : c’est un facteur de performance, de fiabilité et de durée de vie. Qu’il s’agisse d’une simple convection par air ou d’une immersion diélectrique de pointe, le choix de la solution de refroidissement adaptée exige un équilibre entre performances, coût, complexité et faisabilité d’intégration.

En tant que fabricant, nous nous engageons à fournir des moteurs à flux axial et des noyaux de moteur conçus pour des performances thermiques optimales. Du prototypage à la production, notre équipe collabore avec vous pour mettre en œuvre la méthode de refroidissement la plus adaptée à votre application.

Dans le monde des moteurs électriques, l’architecture de conception joue un rôle crucial pour déterminer les performances, le rendement et l’adéquation à différentes applications. Deux grandes catégories de moteurs ont retenu l’attention : les moteurs à flux axial et les moteurs à flux radial.

Ces moteurs diffèrent par la façon dont le flux magnétique circule à travers le stator et le rotor, ce qui crée des caractéristiques uniques que les ingénieurs doivent prendre en compte lors du choix d’un moteur pour un cas d’utilisation donné.

Qu’est-ce qu’un moteur à flux radial ?

Un moteur à flux radial (RFM) est l’architecture de moteur électrique traditionnelle et la plus répandue. Dans cette conception, le flux magnétique circule radialement, du centre vers l’extérieur (ou inversement), perpendiculairement à l’axe de rotation. Le stator entoure le rotor, qui tourne sur un arbre central.

Composants clés

• Rotor : Cylindrique et placé à l’intérieur du stator.
• Stator : Abrite les bobinages et entoure le rotor.
• Sens du flux : Radial (du centre vers le bord ou inversement).

Applications typiques

 

• Véhicules électriques (VE)
• Appareils électroménagers
• Pompes et compresseurs
• Automatisation industrielle

Qu’est-ce qu’un moteur à flux axial ?

Un moteur à flux axial (AFM), également appelé moteur à galette ou à disque, présente une géométrie différente. Dans cette configuration, le flux magnétique circule parallèlement à l’axe de rotation, d’un côté à l’autre du moteur. Le rotor et le stator sont disposés face à face plutôt que concentriquement.

Composants clés

• Rotor : Disque plat, placé entre ou à côté des disques du stator.
• Stator : Également en forme de disque, souvent placé de chaque côté du rotor.
• Direction du flux : Axiale (parallèle à l’arbre).

Applications typiques

• Systèmes de propulsion aérospatiale
• E-mobilité (vélos électriques, scooters)
• Robotique et drones
• Entraînements industriels compacts

Comparaison de conception

Caractéristique	Moteur à flux axial	Moteur à flux radial
Direction du flux	Axial (parallèle à l’arbre)	Radial (perpendiculaire à l’arbre)
Forme	Disque ou pancake	Cylindrique
Densité de puissance	Plus élevée (jusqu’à 30 % de plus)	Modérée
Densité de couple	Élevée grâce au grand diamètre du rotor	Inférieure à celle du MFA
Efficacité de refroidissement	Meilleure (chemin thermique plus court)	Standard
Efficacité dimensionnelle	Compact et plat	Longueur axiale plus importante
Complexité de fabrication	Plus élevée (assemblage de précision requis)	Plus facile à fabriquer
Coût	Généralement plus élevé	Généralement plus bas
Maturité de production en série	Technologie émergente	Hautement mature
Idéal pour	Systèmes compacts à couple élevé	Usage général et industriel

 

Indicateurs de performance : couple, puissance et efficacité

Couple

Les moteurs à flux axial offrent généralement un couple volumique plus élevé que les moteurs à flux radial en raison de leur diamètre effectif de rotor plus important. Ceci est particulièrement utile dans les applications à entraînement direct.

Par exemple :

• Un moteur à flux axial haute performance peut fournir 15 Nm/kg.
• Un moteur à flux radial comparable fournit environ 10 à 12 Nm/kg.

Densité de puissance

La géométrie plate des moteurs à flux axial permet une densité de puissance jusqu’à 30 à 50 % supérieure, un atout crucial pour des applications telles que les drones, les motos électriques ou la propulsion aéronautique.

Rendu

Les moteurs à flux axial peuvent atteindre un rendement de 96 % ou plus, notamment dans les conceptions optimisées à faible vitesse et couple élevé. Les moteurs à flux radial atteignent généralement un rendement maximal de 92 à 94 %, bien que les conceptions modernes à aimants permanents rattrapent leur retard.

Gestion thermique et refroidissement

La gestion thermique est un élément clé de la conception des moteurs. Les moteurs à flux axial présentent un chemin thermique intrinsèquement plus court, ce qui permet une meilleure dissipation de la chaleur générée dans les bobinages, notamment en cas d’utilisation de deux stators. Cela permet :

• Puissance de sortie continue supérieure
• Meilleure intégration aux systèmes de refroidissement par eau ou par huile

Les moteurs à flux radial, quant à eux, sont plus faciles à refroidir grâce à leur boîtier cylindrique, ce qui les rend plus adaptés au refroidissement par ventilateur en milieu industriel.

Critères de sélection pour les ingénieurs

Lors du choix entre un moteur à flux axial et un moteur à flux radial, tenez compte des points suivants :

Critère	Choix recommandé
Couple élevé dans un espace restreint	Moteur à flux axial (MFA)
Production de masse à coût réduit	Moteur à flux radial (MFR)
Technologie éprouvée et chaîne d’approvisionnement	MFR
Conception innovante ou poids critique	MFA
Intégration facile dans des systèmes standards	MFR

 

Une moto électrique hautes performances nécessite un moteur de moins de 10 kg délivrant un couple supérieur à 200 Nm dans un format compact. Un moteur à flux axial serait idéal en raison de son rapport couple/poids élevé. À l’inverse, une chaîne de convoyage industrielle où le coût et la disponibilité sont des critères critiques pourrait opter pour un moteur à induction à flux radial.

Fabrication et évolutivité

Si les moteurs à flux axial offrent de nombreux avantages techniques, leur complexité de fabrication est plus élevée :

• L’alignement des faces du rotor et du stator doit être précis.
• Les entrefers doivent être rigoureusement contrôlés.
• Le positionnement des aimants est plus critique.

Les moteurs à flux radial bénéficient de décennies d’expérience en matière de fabrication, ce qui conduit à :

• Coûts de production réduits
• Haute fiabilité
• Intégration simplifiée à la chaîne d’approvisionnement

Les fabricants souhaitant évoluer rapidement privilégieront peut-être les RFM pour l’instant, tandis que les AFM sont mieux adaptés aux applications haut de gamme, à espace restreint ou à hautes performances.

Point de vue de la fabrication : Notre offre

En tant que fabricant, nous sommes spécialisés dans les noyaux de moteurs à flux radial et axial. Nos technologies avancées d’emboutissage et de laminage permettent des assemblages de noyaux précis pour :

• Moteurs à flux axial avec topologies à double rotor ou double stator, garantissant une densité de couple élevée.
• Moteurs à flux radial pour applications de traction électrique, industrielles et servomoteurs, alliant performances et coût.

Nous utilisons de l’acier électrique de haute qualité (épaisseur de laminage de 0,2 à 0,35 mm), un bobinage de stator automatisé et une intégration d’aimants sur mesure pour des performances optimisées.

Avantages et inconvénients de la conception

Avantages des moteurs à flux axial

• Densité de couple élevée pour applications compactes
• Poids et longueur réduits
• Dissipation thermique supérieure
• Idéal pour les applications intégrées aux roues ou aux moyeux des véhicules électriques et des drones

Limites

• Fabrication plus complexe
• Coûts unitaires plus élevés en petites quantités
• Moins de fournisseurs et de partenaires

Avantages des moteurs à flux radial

• Technologie éprouvée avec un large réseau de fournisseurs
• Rentable et évolutif
• Plus facile à entretenir et à remplacer

Limites

• Densité de couple plus faible par unité de volume
• Moins compact dans le sens axial

Applications par industrie

Industrie	Type de moteur préféré	Raison
Véhicules électriques	Radial (courant) / Axial (premium)	Radial pour le coût ; axial pour la performance, ex. moteurs intégrés aux roues
Aérospatiale	Axial	Léger, compact, couple élevé
Automatisation industrielle	Radial	Fiabilité éprouvée, intégration plus facile
Robotique/Drones	Axial	Gain de poids et conception compacte
Vélos électriques/Trottinettes	Axial	Format compact, couple à bas régime
Pompes/Ventilateurs	Radial	Forme cylindrique standard bien adaptée

 

Cas d’utilisation réels

Exemple de flux axial : YASA Motors

YASA, entreprise britannique, a développé des moteurs à flux axial utilisés dans des voitures de sport hautes performances comme la Koenigsegg Regera et la Ferrari SF90. Ces moteurs sont ultra-fins, légers et très efficaces, offrant des densités de couple supérieures à 20 Nm/kg.

Exemple de flux radial : Tesla Model 3

La Tesla Model 3 utilise des moteurs à aimants permanents à flux radial, optimisés pour une production à grande échelle et un équilibre entre efficacité et coût. L’architecture a fait ses preuves et s’intègre parfaitement aux systèmes de refroidissement et de contrôle traditionnels.

Avec l’évolution du secteur de la mobilité électrique, les moteurs à flux axial devraient jouer un rôle croissant dans les applications où les contraintes d’espace et de poids sont prépondérantes, notamment :

• Avions eVTOL
• Véhicules électriques compacts
• Robotique à grande vitesse

Cela dit, les moteurs à flux radial resteront la norme dans les applications industrielles grâce à leur faible coût, leur simplicité et leur disponibilité. Les principaux acteurs développent également des conceptions hybrides exploitant le meilleur des deux architectures.

Les innovations comprennent :

• Stators à semi-conducteurs
• Pièces de moteur imprimées en 3D
• Matériaux composites avancés pour réduire le poids
• Plateformes modulaires à flux axial pour une intégration facile

Les moteurs à flux axial et à flux radial ont tous deux leur place dans l’univers en pleine expansion des applications des moteurs électriques.

• Choisissez le flux axial lorsque l’espace, le poids et la densité de couple sont essentiels.
• Optez pour le flux radial lorsque le coût, la disponibilité et la fiabilité sont prioritaires.

En tant que fabricants, nous continuons d’innover dans ces deux domaines, en proposant des solutions de moteurs sur mesure à nos clients des secteurs de l’automobile, de l’aéronautique, de la robotique et de l’automatisation industrielle. Que vous construisiez la prochaine génération de voitures électriques ou de systèmes d’automatisation compacts, choisir la bonne architecture moteur est la première étape vers la performance et la réussite.