[Technique] Refroidissement motorisations électriques

Les moteurs que nous utilisons ne sont pas du tout prévus pour l'usage que l'on en fait, et les carters qui entourent les bobinages ne sont absolument pas munis d'ailettes...

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Comme on leur fait passer des successions de fortes intensité, la température grimpe beaucoup trop haut (130° pour le moteur et 90° pour le boitier électronique), les aimants internes au moteur perdent de leur efficacité.
On s'est tous servi d'une perceuse à piles en insistant "lourdement", elle chauffe!

Sans en arriver à un refroidissement liquide assez cher à réaliser, et mangeur d'énergie, on peut imaginer que les deux temps des années 60 avaient du rencontrer les mêmes soucis, les commentaires, même les plus farfelus sont les bienvenus, afin de nous aider à trouver des solutions simples et "relativement" économiques.
Attention on ne fait pas une moto de GP, mais d'initiation, de loisir sur circuit.

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BONSOIR , je tente ma chance ; pourquoi pas un ventilateur co axial comme sur les scooters , une turbine entrainee par votre moteur comme sur certains cyclos italiens ; les vieilles VW ou les moteurs de camions a refroidissements par air ?
OU

Une autre idée surement farfelue: le bain d'huile... avec un radiateur air/huile.
reste à voir si ca fait pas trop perdre en frottements ?

En modélisme y'a trois solutions qui sont employées :

- Le moteur est autoventilé, soit par une mini turbine en bout d'axe, soit l'axe fait office de turbine.

- les radiateur avec refroidissement liquide (utilisé sur les bateau)

- soit des radiateur avec ventilateur :



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A voir si une des solutions est transposable.

Le moteur présenté par Yves intègre déjà un "ventilateur".
Mais la circulation d'air est insuffisante et les échanges thermiques internes (entre éléments qui chauffent et carters) sont médiocres.

Il n'est pas envisagé de refroidissement liquide pour ce moteur même si nous l'avons déjà utilisé sur d'autres moteurs.
Le refroidissement par eau ou par huile existe pour des moteurs électriques. Cela devient une solution obligatoire quand les performances sont très élevées.

Une image d'un modèle proche :
(En bleu la circulation d'air sur le moteur de série ; en rouge, une modification envisagée par D. Ripperton.)
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(Voir les travaux "Ripperton" : DIY electric car )

Les problèmes de température sont bien connus de Danny Ripperton, comme on peut l'entendre dans cette interview :
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"...Le refroidissement liquide est de plus en plus imposant. Des pompes électriques, un radiateur de GSXR...la moto ressemble à une moto"normale" à essence..."

Danny Ripperton a construit sa moto à partir de moteurs Motenergy profondément remaniés.
Yves a déjà publié des images :
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Le message subliminal d'Yves illustrant l’invitation à s'exprimer sur le refroidissement des moteurs électriques est une attention délicate caractéristique du personnage qui incite à révéler nos échanges en la matière avec des "croquis au crayons" vus ailleurs.

C'est en voisin du circuit Carole que j'ai assisté à 3 sorties des Luciole / First avec le constat de difficultés techniques à améliorer.
Les essais presse du 24 avril sous un soleil radieux ont mis en évidence que l'écart de 15° par rapport aux essais de la semaine précédente avait des conséquences...
C'est cet écart qui est à combler, plus une marge de sécurité supplémentaire.

Etat des lieux :
Il faut commencer par poser les éléments en présence dans leur contexte économique et industriel pour trouver la solution qui convient, en clair, pas la variante pour le refroidissement d'une boîte steamless de chez Honda

L'ensemble motorisation vient des motos Zero, qui... fonctionnent.
Ça met en confiance, ce n'est sans doute pas la Lune à décrocher que de réussir l’adaptation à des conditions d’usage plus sévères.
Sa conception se rapproche des standards industriels où le rapport poids / puissance est secondaire : on dimensionne et ça marche. Dès lors, le rendement moteur est secondaire, mais pas les pertes thermiques qui en sont le complément.
Le cas de l’aéromodélisme que j'ai un peu connu est différent où le poids est vraiment l'ennemi et où le rendement devient primordial. Il a beaucoup progressé dans ce domaine.
Hélas, il n’est pas question de trouver des moteurs de cette conception pour cet usage moto confidentiel (temps de développement et hauteur de l’investissement, résultat… aléatoire en prime).

L'équipe HKer est brillante et réactive mais de dimension réduite à tous points de vue.
Il faut exploiter ses domaines de prédilection.

On garde donc l'existant et on cherche l'amélioration graduelle (au fur et à mesure des résultats expérimentaux).
On pointe l’origine du problème, on traite au plus simple, économique et facile à mettre en œuvre, on complexifie (pas trop) si besoin ensuite.

Je précise qu’ex dessinateur industriel aux connaissances moins que rudimentaires dans ces domaines, c’est la dialectique, la science des relations, qui sera d’un grand secours à la résolution du problème et les fines lames de ces spécialités qui nous liront.

Espoir : La vue des carters moteurs montre qu’on ne peut faire pire en matière d’échange thermique. La marge de progression est donc considérable et facile à obtenir.

Les surfaces d’échange disponibles sont la bande centrale non ventilée et le carter gauche. Leur surface venant de fonderie est rugueuse, peu propice à un contact de qualité.

On peut largement ailetter la totalité de ces surfaces par des radiateurs à la façon de ceux utilisés en électronique à trouver dans le commerce, à adapter ou usiner pour des essais rapides (voir croquis).

IL FAUT ASSURER UN CONTACT INTIME avec les surfaces concernées par collage à l’époxy à haute conductibilité thermique, ou à défaut avec une pâte thermique (usage microprocesseurs) si accrochage mécanique.

Cette partie la plus fondamentale et simple à réaliser étant acquise, il reste à favoriser l’échange thermique en canalisant l’air au plus près des zones concernées (plaques prolongeant le bac à batteries devant et derrière au dessus de l’arbre de transmission, ajustées au carénage, cloison verticale à gauche éventuelle séparant le refroidissement des carters centraux et du latéral accessible, le droit étant contre la platine support.
Pour que l’air rentre… il faut surtout qu’il puisse sortir !
On garde le carénage actuel qui constitue un tunnel divergeant à sa sortie. Des becquets latéraux discrets et plus important en dessous sur les bords en sortie favorisent la dépression à l’intérieur du carénage.
On pourra plus tard ajouter un ventilateur extracteur.

Comment vivre quand la belle Catia vous a quitté ? Reste la main.

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Y-a-t il dans les spécifications des moteurs, la résistance thermique entre les bobines et le carter externe ?

Si celle là est suffisamment basse, il ne serait pas trop difficile de réaliser un refroidissement liquide par l'extérieure,
ou bien même si on refaisait les carters avec des ailettes chez ADM :)

Si par contre les bobines ont peu de conduction de chaleur vers le carter, il va falloir les refroidir directement... et intuitivement je ne suis pas trop convaincu qu'un courant d'air fasse l'affaire sans un gros effort à le conduire où il faut...

Vous faisiez des essaie en banc, c'est quoi l’efficacité de l'engin, afin de savoir combien de W il faut acheminer ?

En plasturgie nous utilisions des "caloduc" pour refroidir les noyaux, c'est très efficace quand on ne peut mettre un fluide mais ils fonctionnent bien en position vertical. L'avantage c'est de dissiper la chaleur au plus prêt de la source sans problème d'étanchéité qu'engendrent les liquides et les dilatations.
Ci joint un lien mais il y en d'autres:
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GrahamB a écrit:

....
Si par contre les bobines ont peu de conduction de chaleur vers le carter, il va falloir les refroidir directement... et intuitivement je ne suis pas trop convaincu qu'un courant d'air fasse l'affaire sans un gros effort à le conduire où il faut...

Oui, il semble que ce soit un souci. le flux de chaleur des bobines passe mal jusqu'aux carters.

Merci pour ton étude ! (NB : c'est pas du Catia mais du Solidworks chez H-KER, on n'est pas à l'Aérospatiale !)

En parlant de spatial, les caloducs y sont utilisés là-aussi.

yves kerlo a écrit:

les commentaires, même les plus farfelus sont les bienvenus, afin de nous aider à trouver des solutions simples

Pisse dessus !

quel est le sens du flux d'air autour du moteur ( dans le carénage?) il y a deux flux perpendiculaires, le "vent " d'avance de la meule et le refroidissement ventilé du moteur?

pour les colles thermiques, c'est un peu mon boulot, donc MP.

le tremper dans l'huile?

une souris verte , etc ....

Pour ce que j'imagine, il me parait vital pour préserver le concept industriel de départ, de ne pas augmenter les couts, soit interventions marginales et temps de main d’œuvre minimaux pour la série, pas de démontage du moteur par exemple ou usinages complexes très couteux en micro série répétitive.
C'est ce qui balise les solutions proposées, graduelles, transposables instantanément pour la série.

Je suppose que les Zéros fonctionnent dans leurs conditions spécifiques sans fondre leur moteur à tous les coins de rue.
L'écart à réduire est quantifiable par l'écart de température avec les essais précédents + sécurité supplémentaire.

PS : Si le problème est plus interne, on peut essayer de mieux maîtriser chaque zone à refroidir en cloisonnant dans le plan vertical, devant et derrière le moteur, de la même façon, en définissant 4 zones en tout :
Les 2 zones perforées des carters pour forcer l'air à entrer, la zone centrale à ailettes rapportées, le carter gauche à ailettes rapportées, toujours obsédé par la mise en dépression dans l'arrière du carénage.
Ça coute 2 tôles, c'est tout.

Il n'y a pas de surprise... En auto électrique immatriculée, tout est refroidi par eau. Le moteur, la batterie et l'électronique de puissance. Dans l'électronique de puissance, il faut comprendre gestion et pilotage du moteur, mais aussi circuit de charge batteries.
Dans le cas du moteur de la luciole, il faudrait peut-être se rapprocher de l'informatique/électronique où l'on refroidi par exemple les processeur en appliquant dessus différents procédés.
1) Faire une rectif de la mort qui tue sur les zones à refroidir, rugo très faible limite polissage miroir.
2) Pâte thermique et refroidisseur au choix, radiateur à ailettes, ailettes + caloducs, boîte à eau et circuit de refroidissement liquide ou, puisque l'on est en électrique, une plaque de Peltier munie d'un refroidisseur comme précédement...

le refroidissement par effet peltier prend trop de temps pour quelques degrés... et dépend aussi de la température extérieure.

Ce qu'il faut savoir: pour une epoxy: 130° n'est pas une haute température. à partir de 200°C, ça commence à causer. Il existe des epoxy très bonnes conductrices, avec une charge alumine, mais le choix se fait en fonction des matériaux à coller, de la souplesse de l'assemblage, et des contraintes mécaniques à venir. ( et environnementales)
tu peux assembler 2 matériaux si ils ont le même coef de dilatation ( à peu près) sinon tu vas cisailler le collage.
après il existe des colles tenant à plus de 1000°C avec charge acier/ céramique, etc etc. on peut coller à peu près tout si on prend le temps de mettre à plat le cahier des charges.
Pour les radiateurs, ce n'est pas dans l'électronique qu'il faut regarder, les composants sont trop petits, par contre tu trouveras ton bonheur avec des radiateurs pour les ascenseurs qui refroidissent l'électronique de puissance. i.e. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Ceci étant, je ne suis pas sur que de vouloir refroidir le carter soit la solution, puisque la montée en température de celui ci n'est qu'un effet secondaire de l'échauffement des bobinages. Refroidir le carter peut à la limite descendre la température de l'air qui circulera autour du rotor.
pour refroidir le rotor, il faudrait peut être refroidir l'arbre.

On se sent moins seul, non?

“....About 15 minutes into the session, I noticed the temperature light went from blinking to solid. And while I did notice a very minor drop in power, it appeared as though the others had experienced it too. With all of us seemingly on a level playing field, I ignored the light and latched on to Page for the remainder of the session. At least I tried to anyway...”


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Suite à la remarque de Graham pointant la difficulté d'échange de chaleur entre les bobines et leur support, et la proposition de Bentou de refroidir le moteur à l'huile, je vous propose cet article trouvé sur le web qui propose de refroidir le stator directement par immersion dans de l'huile de transfo ou même de l'eau pure. Il semble que la densité de courant admissible dans les bobinages pourrait passer de 20A/mm^2 à 30 A/mm^2...
Une autre proposition est de pulvériser de l'huile sur les dits bobinages, pour les refroidir directement.

Cooling concepts

Un autre article parle d'un moteur BLDC refroidi par huile développant 100Kw et pesant 21 kg mais je n'ai pas trouvé confirmation

Ben voilà, reste plus qu'a trouver la crèmerie qui détaille ces choses là et l'époxy chargé à haute conductibilité thermique

Édition : j'ai raté des épisodes précédents.
Forcer l'air à entrer par les cloisonnements extérieurs est la solution la plus simple, reste à en mesurer l'efficacité...

yves kerlo a écrit:

On se sent moins seul, non?

“....About 15 minutes into the session, I noticed the temperature light went from blinking to solid. And while I did notice a very minor drop in power, it appeared as though the others had experienced it too. With all of us seemingly on a level playing field, I ignored the light and latched on to Page for the remainder of the session. At least I tried to anyway...”


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On lit ça aussi :"...Chris Ancien, on the Motoczysz E1PC clocked a 1:15.839 to lead all TTXGP qualifiers. After setting his fast lap time, however, Ancien’s machine developed a severe overheating issue, causing one of the batteries to burn..."