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23/11/2018 - SAMMY SOETAERT

LA TECHNOLOGIE DE FLUX AXIAL PREND SON ENVOL

Magnax axialeflux motor

Magnax: Une histoire a succes Belge

La Belgique est un pays de connaissances, c’est une lapalissade. A tout moment, nous voyons apparaître de magnifiques innovations partout dans le pays, le plus souvent le fruit d’une collaboration entre nos centres de connaissances qualitatifs et d’ambitieuses initiatives privées. Magnax est l’une des perles récentes de cette symbiose. Depuis Gand et Courtrai, l’entreprise a développé des entraînements qui fonctionnent selon la technologie de flux axial. Une technologie prometteuse qui implorait un entretien.

 

HISTOIRE VIA DEUX VOIES

Comment est né Magnax?

Daan Moreels: “Magnax est le résultat d’un développement via deux voies, qui ont été réunies à un certain moment. Le fondateur et CTO Peter Leijnen s’est vu confier une mission, en sa qualité de concepteur mécanique indépendant, par un client qui voulait concevoir un nouveau type d’éolienne. Dans ce secteur, limiter l’entretien est l’une des principales questions. C’est surtout important dans les régions éloignées, car là, l’accès avec une grue est difficile. Pour contrer ce problème, le client a voulu développer une éolienne rabattable, pour laquelle il existe un grand marché. L’aspect rabattable n’est pas évident, car votre générateur qui se situe dans la nacelle, doit être très léger pour le permettre."

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Peter Leijnen, Daan Moreels et Kester Goh

“Depuis 2008, l’UGent menait déjà des recherches sur la technologie à flux axial, plusieurs études de doctorat avaient cette technologie comme sujet. Mais à un certain moment, leurs constatations théoriques devaient être transposées dans la pratique. Il y a trois ans, Peter Leijnen et l’UGent se sont rencontrés, l’union idéale entre la pratique et la théorie. En 2016, je me suis ajouté comme cofondateur afin de commercialiser la technologie. Pas beaucoup plus tard, Kester Goh nous a aussi rejoints comme troisième cofondateur & CFO. Du reste, nous ne sommes pas une spin-off de l’UGent au vrai sens du terme. Il y a bel et bien un brevet partagé et nous leur payons une redevance pour l’utilisation exclusive de leurs informations, mais pour le reste, nous sommes entièrement indépendants.“

 

PRINCIPE DE LA TECHNOLOGIE

Comment fonctionne exactement la technologie à flux axial?

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Daan Moreels: “La technologie à flux axial est enfin devenue, après dix ans de R&D, une technologie de moteur adulte pouvant être produite à grande échelle. Une grande différence par rapport au moteur traditionnel (qui fonctionne selon le principe du flux radial) est qu’aucun rotor ne tourne dans le stator. Dans notre disposition, vous avez le stator qui se situe entre deux disques de rotor. Sur chaque disque de rotor, se trouvent les aimants permanents, tandis que le stator est constitué d’un certain nombre de noyaux autour desquels se situent les bobinages fixés. L’interaction des aimants avec la tension qui traverse les enroulements, crée le flux magnétique qui fait se déplacer les disques du rotor. Comme un disque de rotor est placé des deux côtés, nous pouvons utiliser les deux côtés du stator pour générer le couple. C’est déjà une facette qui contribue à une plus grande densité de puissance."

radiale flux axialeflux motor

“L’efficacité est meilleure que celle des moteurs à aimant permanent (flux radial) traditionnels, et bien meilleure que celle des moteurs à induction. Dans un moteur à flux radial, le moteur tourne aussi du fait qu’un flux magnétique déplace le rotor, mais le flux sur une machine à flux radial doit parcourir un plus long chemin à cause de la présence d’une culasse et de la topologie de moteur avec un seul rotor. Du fait que le flux de notre moteur flux radial se déplace dans une direction unidirectionnelle, nous avons la possibilité d’utiliser un acier électrique, les grains d’acier étant orientés dans une seule direction. Ceci résulte dans des pertes encore plus basses. La conséquence est que notre densité de puissance est jusqu’à 4x plus élevée par rapport aux moteurs à flux radial classiques. En comparaison des concepts à flux axial compétitifs, notre densité de puissance est aussi deux fois plus élevée grâce au concept de refroidissement breveté, à l’absence d’une culasse (yoke) et de l’utilisation de l’acier électrique."

Le développement initial était pour les éoliennes. Existe-t-il encore des applications permettant d’utiliser cette technologie?

Magnax axialeflux motor

Daan Moreels: "Les éoliennes sont le but initial, mais nos leads proviennent surtout du secteur e-mobility. Fin 2017, nous avons dès lors déjà décidé de développer des moteurs pour véhicules électriques à un rythme accéléré. Nonobstant le grand intérêt pour le grand générateur, nous visons uniquement ce marché pour le moment. La raison en sont les nombreuses centaines d’entreprises qui nous ont contactés l’année dernière pour leurs nouveaux concepts VE. Dans une voiture traditionnelle, il était difficile de présenter soi-même une nouvelle voiture. Le marché était détenu par les constructeurs automobiles traditionnels. Une voiture électrique est plus simple dans sa construction: l’entraînement ne comporte guère plus qu’un moteur, une batterie et un peu d’électronique. Dans ce secteur, il existe des centaines de petites et grandes entreprises qui s’affairent au développement de leur propre véhicule électrique. Je pense que le rythme auquel nous passons à la conduite électrique, est sérieusement sous-estimé. Et qu’il s’agisse d’une voiture, d’un vélo, d’une moto, d’un bateau ou d’un zeppelin électrique: ils ont tous besoin d’un moteur. Celui-ci doit être le plus léger possible, pour obtenir la plus grande autonomie possible de la batterie. Un poids nettement plus bas pour la même puissance est naturellement du pain bénit. Pour donner un exemple; Le moteur de la BMW I3 pèse environ 41 kg pour 125 kWp, c’est donc une power density d’environ 3 kW par kilogramme. Si nous plaçons à côté notre moteur type 225, nous totalisons 175 kWp, tandis qu’il ne pèse que 14 kilogrammes. C’est plus de 12 kW par kilogramme. Cette puissance plus grande pour le même poids est non seulement une bénédiction pour le secteur e-mobility, mais l’intérêt est aussi grand pour l’aéronautique, la navigation maritime et l’industrie. Je vois aussi les moteurs à flux axial dans ces branches comme l’avenir, mais en tant que start-up, vous ne pouvez pas tirer sur tout ce qui bouge. Nous devons faire des choix."

 

OBSTACLES

Quels ont été les obstacles majeurs pour commercialiser ces moteurs?

Daan Moreels: “La topologie de flux axial est connue depuis tout un temps, mais à ce jour, trois obstacles fondamentaux contrecarraient l’utilisation complète du potentiel à grande échelle."

Refroidissement

“Le refroidissement était un premier grand problème qui devait être traité, le positionnement des noyaux, qui étaient placés bien profonds dans le moteur, est ici un facteur déterminant. Les concurrents travaillent souvent sur les machines à flux axial avec une culasse, un disque sur lequel sont positionnés les noyaux. Cela coûte aussi un poids supplémentaire, mais plus important encore: le refroidissement en est aussi compliqué. Ici réside l’une des forces de notre concept, car notre équipe a trouvé une manière de positionner les noyaux sans culasse pour former ainsi un stator. Le dégagement de chaleur provenant des enroulements s’effectue sans huile, mais avec des ailettes de refroidissement. Entre les noyaux se trouve une ailette de refroidissement stratifiée qui évacue la chaleur vers l’extérieur et l’y restitue à un manteau de refroidissement par eau qui refroidit l’ensemble de façon très efficace. Comme les noyaux ne sont pas entourés de cavités pour pomper l’huile de refroidissement tout autour, nous obtenons, en outre, un ensemble très massif. Cela fait que le moteur résiste très bien aux vibrations.”

Concept mécanique

“Le concept mécanique est le second défi. Sans une culasse, les noyaux doivent quand même former un ensemble structurel massif qui doit résister aux lourdes forces (couple). Ceci a également été rendu possible par la disposition.“

Design for manufacturing

“Design for manufacturing fut le troisième problème. Pour construire un stator sans culasse, d’autres offreurs se sont faits aider par toutes sortes de méthodes artisanales qui sont difficiles à reproduire dans des volumes plus grands. Même si vous avez la meilleure technologie, si vous ne pouvez pas la produire à grande échelle, vous restez dans des niches. Nous avons travaillé pendant deux ans au design for manufacturing avec comme conséquence que les moteurs peuvent être construits via des processus de production automatisés et qu’ils sont compétitifs dans les marchés OEM actuels. La conséquence est un concept pour lequel la structure des noyaux peut être vite composée via une sorte de principe de meccano. Ceci résulte aussi dans un coût nettement plus bas, de telle sorte que les moteurs peuvent être engagés dans l’Automotive OEM.“

Magnax axialeflux motor

Comment voyez-vous évoluer ce marché? Quand pouvons-nous attendre une percée définitive??

Daan Moreels: "Nous voyons que le marché est petit à petit mature pour la transition, et nous sommes prêts à la production en série. A l’heure actuelle, nous discutons avec plusieurs acteurs du secteur automobile pour leur confier la production de nos moteurs à grande échelle. Mais par ailleurs, nous démarrons une propre ligne de production, pour voir où nous pouvons encore optimiser et automatiser les processus. Début 2019, les premiers moteurs sortiront de chaîne. Ce sera un moteur qui délivre 400 CV pour un poids de 28 kg. L’intérêt est énorme, également de quelques grosses pointures du secteur automobile. La technologie en soi percera, cela ne fait aucun doute. La technologie a peu d’inconvénients, voire aucun, et je vois peu de cas où un flux axial se voit damer le pion par un moteur à flux radial." 

 

 

MÉTAUX RARES

Aardemetalen neodymium

PowerTechnics: Les moteurs à flux axial fonctionnent aussi sur la base d’aimants. Il y a quelques années, est apparu le spectre de pénuries, lorsque la Chine détenait quasi toute la production de quelques métaux rares. Comment a évolué cette situation spécifique?

Daan Moreels: "Beaucoup a été dit et écrit à ce sujet. C’est vrai que la Chine avait un quasi-monopole sur ces métaux rares. Mais en fait, il ne s’agissait pas d’un manque de matières premières, mais bien d’un manque de mines. Les autres économies en ont tiré des leçons et des mines ont vite été ouvertes, notamment en Argentine, au Japon et en Afrique. En définitive, il s’agissait purement d’une question d’offre et de demande, cette situation s’est vite normalisée. Et on observe encore une évolution importante: au Japon, ils sont fort bien avancés dans le développement d’aimants permanents sans ces métaux rares. Je m’attends à ce que ceux-ci soient commercialisés d’ici environ dix ans.“