28 juillet 2025

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

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