Le prototype de moteur sans aimant d’un ingénieur de 17 ans pourrait rendre les véhicules électriques plus durables
Son nouveau prototype présentait un couple supérieur de 39 % à celui d’un moteur traditionnel.
Robert Sansone avec son moteur. Society for Science
Un jeune ingénieur du nom de Robert Sansone a remporté le premier prix et une somme de 75 000 dollars lors du Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) de cette année, le plus grand concours international de STEM pour les lycées.
Selon le Smithsonian Magazine, sa nouvelle invention pourrait un jour transformer l’industrie des véhicules électriques (VE). Il s’agit d’un moteur à réluctance synchrone dont les performances ont été améliorées par rapport aux modèles précédents.
Ces types de moteurs sont généralement utilisés pour les pompes et les ventilateurs, mais ils ne sont pas assez puissants pour les véhicules électriques. Le nouveau modèle de Sansone améliore le couple de ces moteurs, qui ne nécessitent pas de métaux de terres rares coûteux et souvent obtenus de manière non éthique.
Un jeune ingénieur prometteur
Sansone, qui n’a que 17 ans, estime avoir réalisé environ 60 projets d’ingénierie pendant son temps libre. Cet inventeur basé en Floride a construit des mains animatroniques, un kart à 70 km/h et des bottes de course à grande vitesse, parmi plusieurs autres innovations.
Il y a environ deux ans, Sansone est tombé sur une vidéo expliquant les avantages et les inconvénients des voitures électriques. La vidéo décrivait comment les moteurs des VE utilisent généralement des métaux de terres rares, qui sont chers et dont l’approvisionnement est souvent mauvais pour l’environnement.
Le lycéen a donc décidé d’améliorer les modèles existants de moteurs à réluctance synchrone, car ils ne nécessitent pas de métaux de terres rares. Pendant un an, il a créé un prototype pour un nouveau type de moteur à réluctance synchrone qui a un couple et un rendement supérieurs aux modèles existants. Le prototype a été fabriqué à partir de plastique imprimé en 3D, de fils de cuivre et d’un rotor en acier. Le travail sur ce prototype, qui a été testé à l’aide d’un tachymètre laser pour déterminer le couple, a valu à M. Sansone le premier prix de l’ISEF, le George D. Yancopoulos Innovator Award.
Repenser le moteur à réluctance synchrone
De grandes entreprises, dont BMW et MAHLE, développent des moteurs sans aimant pour les mêmes raisons que Sansone. En effet, la production de moteurs à aimant ordinaire fait tache dans l’industrie des VE, qui est par ailleurs orientée vers la durabilité. La grande majorité des métaux de terres rares nécessaires sont extraits en Chine, ce qui signifie que l’industrie occidentale des VE est actuellement très dépendante de leurs importations.
Le moteur électrique de cinquième génération de BMW, qui équipera sa nouvelle BMW iX M60, est sans aimant et n’utilise pas de métaux de terres rares. BMW a annoncé que la puissance combinée standard du moteur avant et arrière de sa nouvelle iX M60 sera de 532 ch et 749 lb-pi de couple. Le fabricant de pièces automobiles MAHLE, quant à lui, a également publié son propre moteur électrique sans aimant qui ne nécessite pas d’éléments de terres rares. Ce moteur utilise une conception spéciale pour générer un couple via une transmission de puissance sans contact, ce qui le rend inusable et très efficace à haute vitesse.
Le moteur de Sansone utilise un autre type de conception. Les moteurs à réluctance synchrones utilisent un rotor en acier, dans lequel sont découpés des entrefers, alignés avec un champ magnétique rotatif. Le moteur génère un champ magnétique en utilisant la réluctance magnétique. Sansone a modifié la conception typique du moteur à réluctance synchrone en supprimant les entrefers pour incorporer un autre champ magnétique en ajoutant d’autres matériaux. Malheureusement, il n’a pas encore divulgué d’autres informations, car il espère faire breveter sa conception.
M. Sansone explique qu’il lui a fallu 15 tentatives pour fabriquer un prototype qui fonctionne. Après avoir effectué quelques tests, il a constaté que le nouveau modèle présentait un couple supérieur de 39 % et un rendement supérieur de 31 % à 300 tours par minute (RPM) par rapport à un moteur à réluctance synchrone traditionnel qu’il a utilisé à titre de comparaison. À 750 tours par minute, le rendement était supérieur de 37 %. Sansone n’a pas pu tester son moteur à un régime plus élevé, car le prototype en plastique aurait fondu. Maintenant qu’il a été acclamé et remarqué pour sa conception, il espère pouvoir effectuer des tests sur un prototype de moteur entièrement fonctionnel en utilisant des matériaux plus solides. Nous vous tiendrons au courant de l’évolution de la situation.
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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche
