Moteurs-roues à bas coût pour véhicules électriques et hybrides

Promoteur principal : TM4 Inc.
Lieu : Boucherville (Québec)
Contribution de l’Initiative : 3,719,000 $
Total du projet : 5,681,000 $
Domaine stratégique : Transports

Contexte du projet

Le développement de la filière du transport électrique est stratégique pour le Canada. Depuis de nombreuses années, plusieurs petites et moyennes entreprises (PME) canadiennes font office de pionniers dans leurs domaines respectifs et ont permis au Canada de se doter d’une solide réputation en matière d’innovation au niveau de certaines composantes clés. Après avoir prouvé la pertinence et la faisabilité de plusieurs scénarios techniques, l’industrie mondiale du transport électrique cherche maintenant à développer des solutions plus intégrées, plus efficaces et plus spécialisées. Afin de répondre à une demande croissante du marché pour les véhicules électriques ou hybrides, les compagnies automobiles recherchent des composantes performantes et fiables à bas coût.

Le moteur-roue est une solution idéale car il permet d’éliminer la transmission, permettant ainsi un gain en efficacité. De plus, il permet de dégager de l’espace à l’intérieur du véhicule où normalement le système de propulsion et le différentiel se situent, un élément important dans le développement de véhicule compact. Finalement, le moteur-roue permet une plus grande performance du véhicule en ce qui a trait à l’adhésion à la route. Plusieurs difficultés techniques empêchaient la commercialisation de la technologie du moteur-roue. Le poids du moteur lui-même pose des défis quant au système de suspension. Cependant, les coûts élevés reliés au système (moteur-onduleur) étaient le principal obstacle à la commercialisation de cette technologie.

Reconnaissant la nécessité de faire progresser la technologie du moteur-roue, TM4 (une compagnie ayant de l’expertise dans les technologies des moteurs électriques) a proposé le projet « Moteurs-roues à bas coût pour véhicules électriques et hybrides » aux fins de financement par l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation. Le projet a reçu 3 719 k$ pour concevoir un système de propulsion électrique à moteurs-roues pour les véhicules électriques, avec une densité de puissance parmi les plus élevées au monde et au plus bas coût possible.

Résultats

Système de motorisation électrique pour le CNTA

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L’image contient 3 dessins d’ingénierie 3D. Le dessin du haut est un onduleur de forme rectangulaire de couleur gris. Le dessus de la forme est plat et le dessous est de forme dentelé. Le métal dentelé représente des ailettes pour le refroidissement à l’air. Sur le milieu de l’onduleur il y un petit connecteur noir rectangulaire. Les 2 dessins du bas situés à gauche et à droite sont symétriques. Ce sont les moteurs électriques de forme circulaire et gris. Toute la surface du rayon extérieur des moteurs comportent des ailettes. Sur la face des moteurs il y a 4 point de connections noirs ainsi que le logo bleu de TM4.

Pendant la première année (phase I) du projet, on a réalisé une étude de faisabilité pour identifier des technologies innovatrices ayant le potentiel d’accroître la densité de puissance du système de moteur-roue original de TM4. Les résultats de l’étude ont contribué à la conception et à la mise au point mécanique et électrique du premier prototype de système de moteur-roue, l’année suivante. Le prototype a été mis au point conformément aux exigences du partenaire du projet CNTA (Centre national du transport avancé). Les exigences étaient les suivantes : une tension nominale de 350 V, une capacité nominale de 20 kW par moteur, un couple de 400 Nm et un diamètre maximal de 30,48 cm. Le prototype de système était constitué d’un onduleur alimentant deux moteurs. On a mesuré la densité de puissance maximale du prototype à près de quatre fois la densité de puissance du moteur-roue original de TM4. La densité de couple du prototype de moteur-roue a doublé par rapport au moteur-roue original de TM4, c.-à-d. de 4 Nm/kg pour le moteur initial et 9.3 Nm/kg pour le prototype de moteur. En outre, le coût par kW du prototype était inférieur de 89 % par rapport au moteur-roue original.

Moteur électrique du CNTA sur banc d’essai

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Version textuelle

L’image montre un moteur en aluminium de forme cylindrique et argenté installé sur un banc d’essai. Le moteur est fixé à un support en aluminium à sa gauche. Sur sa droite est connecté un moteur de charge vert et l’arbre de transmission est caché derrière un garde orange .Derrière le moteur il y a un ventilateur gris de large taille qui achemine de l’air via un tuyau rectangulaire bleu.

Après la deuxième année, CNTA n’a pas été en mesure d’obtenir le financement nécessaire pour poursuivre les activités d’intégration qui étaient prévues pour la troisième phase. TM4 a cherché des intégrateurs potentiels intéressés par les applications du moteur-roue aux véhicules de promenade. Le Centre de technologies avancées BRP - UdeS (CTA) a manifesté de l’intérêt pour la technologie afin de l’intégrer dans l’un de ses véhicules hors-route de loisir. Le véhicule choisi était doté d’un moteur à essence, et sa transformation en véhicule électrique a obligé TM4 à réduire encore davantage la taille et le coût que pour le premier prototype. Les autres exigences étaient les suivantes : un couple maximal de 125 Nm et un couple continu de 50 Nm, une vitesse maximale de 6 500 tours-minute, une puissance continue de 20 kW de même qu’une longueur maximale de 210 mm et un diamètre maximal de 240 mm. Un nouveau prototype P1 a été conçu et assemblé afin de répondre aux exigences du CTA. Le P1 intégrait de nouvelles technologies, y compris un système de refroidissement innovateur et des cales en composite de poudre magnétique douce (pour la réluctance variable de l’aimant permanent) dans les composantes magnétiques du moteur. TM4 a mis le P1 à l’essai sur banc d’essai et a fourni les résultats au CTA. Le système P1 a dépassé l’exigence de production de puissance continue par 13 kW.

Avantages pour le Canada

Les progrès technologiques dans la fiabilité et la durabilité des véhicules électriques accroîtront la confiance des acheteurs et des consommateurs et permettront aux intervenants canadiens de renforcer leur position dans l’industrie. La présence d’un plus grand nombre de véhicules à émissions nulles sur les routes réduira les émissions de gaz à effet de serre par le secteur des transports du Canada.

Prochaines étapes

TM4 entend poursuivre l’intégration du prototype P1 dans les systèmes et les essais routiers du système achevé. Le promoteur entend également réaliser des tests et explorer de nouveaux concepts de moteurs qui peuvent faire usage des cales en composite de poudre magnétique douce.