Le refroidissement des moteurs électriques est crucial pour garantir leur performance, leur fiabilité et leur durée de vie. Les moteurs électriques, utilisés dans une variété d’applications allant des véhicules électriques aux équipements industriels, génèrent une quantité importante de chaleur pendant leur fonctionnement. Cette chaleur peut entraîner une surchauffe et réduire l'efficacité et la longévité des moteurs. D’autre part, le refroidissement est un aspect fondamental du dimensionnement des moteurs, un dimensionnement optimal requiert d’avoir un système thermique performant.
Dans le cadre du projet CE2I, un démonstrateur a été conçu et installé au laboratoire LSEE. Ce démonstrateur est un moteur synchrone intégré à 2x5 phases de 45kW refroidi par un caloduc oscillant (PHP : Pulsating Heat Pipe), une technologie passive et innovante de gestion thermique. Les caloducs oscillants utilisent des principes avancés de transfert thermique par changement de phase (évaporation et condensation), permettant un transfert de chaleur efficace et autonome à travers un tube scellé. Ce mécanisme exploite les cycles d'évaporation et de condensation d’un fluide caloporteur, pour dissiper la chaleur de manière fiable et économique, sans nécessiter d'énergie externe.
Le concept des caloducs oscillants repose sur des mécanismes thermiques complexes, souvent étudiés dans le domaine de la thermodynamique et des transferts de chaleur. Cependant, leur application spécifique pour le refroidissement des moteurs électriques est encore relativement novatrice, nécessitant des recherches approfondies pour optimiser leur efficacité dans ce contexte particulier.
Sur le plan socio-économique, ce projet répond aux enjeux croissants liés à la transition vers les véhicules électriques et à l’adoption de technologies industrielles avancées, où la gestion thermique et l’efficacité énergétique sont devenues des priorités stratégiques. Les moteurs électriques, étant au coeur de ces technologies, nécessitent des solutions de refroidissement optimisées pour améliorer leur performance tout en réduisant les coûts de maintenance et en prolongeant leur durée de vie. Ainsi, le développement de caloducs oscillants adaptés à ces moteurs pourrait non seulement accroître leur efficacité, mais aussi offrir des avantages économiques en termes de réduction des coûts opérationnels et de compétitivité. Les secteurs du transport et de la production industrielle bénéficieraient directement de telles innovations.
Le principal défi scientifique est de valider l’efficacité des caloducs oscillants pour le refroidissement des moteurs électriques. Les essais prévus sur le banc d’essai développé permettront de répondre à des questions clés concernant la capacité de cette technologie à transférer efficacement la chaleur dans un moteur en fonctionnement. L’objectif est de s'assurer que cette solution permet une gestion thermique suffisante dans des environnements restreints et dynamiques (vibration, variation de température, variation de charge, rotation…) tout en maintenant des performances optimales pour le moteur.
Les principaux verrous à surmonter dans ce projet incluent :
- La validation expérimentale : Tester les caloducs oscillants dans des conditions réelles pour confirmer leur performance et leur compatibilité avec les moteurs électriques modernes.
- L’optimisation thermique : Assurer que les caloducs oscillants dissipent la chaleur de manière efficace et sont suffisamment compacts et robustes pour résister aux contraintes mécaniques, thermiques et électromagnétiques des moteurs électriques.
- Durabilité : Garantir que les caloducs oscillants résistent aux vibrations, aux variations de température et aux contraintes d’un fonctionnement prolongé sans perte de performance
- La généralisation du principe : A partir de la connaissance fine des performances des caloducs, il faut pouvoir intégrer leur caractéristique dans le processus de dimensionnement d’une machine, d’une part et dans le processus de sa fabrication, d’autre part.