Les moteurs à flux axial représenteront une avancée majeure pour les véhicules électriques, offrant ainsi un avantage secondaire considérable

Les constructeurs automobiles mettent principalement l'accent sur les batteries lorsqu'ils cherchent à améliorer les voitures électriques, en se concentrant sur l'augmentation de leur densité énergétique et la réduction des temps de charge. Cependant, il ne faut pas négliger l'importance des moteurs électriques dans cette évolution.

Les constructeurs semblent privilégier l'utilisation des moteurs à flux axial, car ces derniers ont un impact bénéfique sur la conception globale de la voiture et de la batterie.

Les moteurs à flux radial et axial se distinguent par la direction du déplacement du flux électromagnétique. Dans les moteurs à flux axial, le flux se déplace le long de l'axe de rotation du moteur, tandis que dans les moteurs à flux radial, le flux se déplace perpendiculairement à l'axe de rotation.

De manière simplifiée, on peut considérer le moteur axial comme une inversion du moteur radial. Dans un moteur radial, c'est le rotor qui se trouve à l'intérieur des bobines et qui tourne, tandis que dans un moteur axial, ce sont les deux disques extérieurs qui tournent autour du disque central fixe (stator) avec le bobinage.

Quels avantages offre le moteur à flux axial ?

Selon le Dr Tim Woolmer, fondateur et CTO de YASA, l'un des principaux fabricants de moteurs à flux axial récemment acquis par Mercedes-Benz, la principale différence réside dans la taille et le poids réduits du moteur à flux axial par rapport à une puissance équivalente. Dans cette vidéo explicative, il souligne que les économies réalisées en termes de poids et de taille ont un impact en cascade sur l'efficacité globale des voitures électriques.

Actuellement, les voitures électriques sont souvent considérées comme étant en surpoids, au point d'être potentiellement dangereuses, selon certaines sources aux États-Unis. En Europe, l'idée d'une taxe basée sur le poids est même envisagée. Il est vrai que les moteurs électriques ne constituent pas la partie la plus lourde d'une voiture électrique, puisque c'est la batterie qui prend généralement ce rôle. Par exemple, un pack de batterie de 80 kWh peut peser près de 500 kg. Toutefois, si le poids du moteur est réduit, cela entraîne une réduction proportionnelle du poids des autres composants, allant de la batterie au châssis en passant par le système de refroidissement.

Un moteur à flux axial de 400 Nm occupe environ le même diamètre et représente seulement un sixième de la taille d'un moteur à flux radial. Par conséquent, il possède une densité de couple six fois plus élevée que le moteur à flux radial, ce qui signifie qu'un moteur à flux axial de taille similaire peut fournir six fois plus de couple. Par exemple, un moteur axial YASA produit 800 Nm de couple et près de 500 CV de puissance, tout en ne pesant que 25 kg.

Cette conception présente plusieurs avantages en termes de réduction de poids et de coûts. Un moteur plus léger nécessite moins de matériaux lors de sa fabrication (par exemple, un moteur à flux radial de 50 kg contient environ 25 à 30 kg de fer). En réduisant la quantité de matériaux utilisés, on réduit également la consommation d'énergie nécessaire à sa production, ce qui contribue à diminuer l'empreinte carbone du processus.

Moteur à flux axial à gauche et moteur à flux radial à droite.

En revanche, YASA affirme que ses moteurs sont entre 5% et 10% plus performants qu'un moteur à flux radial équivalent. Ainsi, pour maintenir la même autonomie qu'un modèle équivalent, la taille de la batterie pourrait être réduite proportionnellement.

En même temps, le poids d'autres systèmes pourrait être réduit, tels que le système de refroidissement ou les freins, qui n'auraient plus besoin d'être aussi volumineux, car le moteur est plus léger, la batterie est plus légère, le châssis est plus léger, etc.

Ainsi, selon les calculs de YASA, jusqu'à 200 kg pourraient être économisés sur une voiture électrique, ce qui se traduirait par une consommation d'énergie moindre et une plus grande autonomie.

Pourquoi les moteurs à flux axial n'ont-ils pas été fabriqués jusqu'à présent ?

Bien que le concept de moteur à flux axial soit connu depuis le 19e siècle, la difficulté d'industrialiser ce type de moteur, comparée à la facilité relative de fabrication d'un moteur à flux radial, a empêché jusqu'à présent son arrivée sur le marché.

En outre, contrairement aux moteurs à flux radial, les moteurs à flux axial ont généralement un diamètre beaucoup plus grand. Cependant, YASA a réussi à réduire le diamètre de ses moteurs à flux axial en utilisant un processus unique. Plutôt que d'avoir un stator (le "disque central" du moteur) comme un seul bloc, YASA l'a divisé en sous-éléments plus petits, réduisant ainsi son poids de 80%. Cette approche a permis de créer une armature considérablement plus légère.

D'autre part, le refroidissement est crucial pour les moteurs à flux axial, mais cela a été un défi jusqu'à présent. Les bobines internes ont tendance à chauffer, augmentant la résistance à la rotation et réduisant finalement la puissance. YASA a résolu ce problème en utilisant un système de refroidissement liquide à base d'huile.

Pour éviter ces inconvénients, YASA a choisi de se concentrer sur la production de séries très limitées. Au départ, cela a été pour les prototypes, qui ont notamment été utilisés lors de la course de Pikes Peak. Ensuite, la production s'est étendue à des modèles à diffusion très restreinte, tels que la Koenigsegg Regera ou la McLaren P1, et maintenant YASA accélère le rythme pour équiper des voitures comme la Ferrari SF90 et la McLaren Artura.

Bien que YASA soit désormais propriété de Mercedes-Benz, le constructeur allemand permet à YASA de fabriquer des moteurs pour d'autres marques. Cependant, la priorité de YASA est de servir les futures Mercedes-AMG.