Moteur électrique sans terres rares

 (renaultgroup.com)
2 points par GN⁺ 19 시간 전 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • Le moteur synchrone à excitation électrique (EESM) met en mouvement le rotor grâce au champ magnétique créé par le courant du stator et convertit l’électricité de la batterie en énergie mécanique pour entraîner les roues du véhicule, sans utiliser ni aimants ni terres rares
  • Sur le marché automobile, 90 % des véhicules électriques utilisent des moteurs avec aimants, mais Renault Group commercialise à grande échelle des moteurs électriques EESM depuis 2012
  • Le moteur EESM de Renault Group a débuté sur Kangoo Z.E et Zoe, puis a été adopté sur Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech Electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric, Renault 4 E-Tech electric, etc.
  • Prévu pour 2027, le E7A vise une puissance de 200 kW, un couple de 400 Nm, une taille réduite de 30 % par rapport à la génération précédente, un impact carbone réduit de 30 % et un rendement d’environ 92 %
  • La production de terres rares et d’aimants dépend très fortement de la Chine, ce qui fait du choix d’un rotor bobiné une décision stratégique pour éviter la dépendance aux matières premières et aux pays producteurs d’aimants

Contexte des moteurs électriques sans terres rares

  • Renault Group s’est imposé comme un acteur historiquement pionnier dans la technologie des moteurs électriques sans aimants, autrement dit sans terres rares
  • Sur un marché où 90 % des véhicules électriques utilisent des moteurs avec aimants, Renault Group se différencie avec des moteurs sans terres rares {p:90}

Principaux types de moteurs électriques

  • Les moteurs de véhicules électriques convertissent l’énergie électrique de la batterie en énergie mécanique, sans pistons ni cylindres
  • Dans le stator, le courant crée un champ magnétique, et ce champ met en mouvement le rotor pour entraîner les roues du véhicule
  • Les moteurs électriques se répartissent en trois grandes familles aux différences technologiques marquées

  • Moteur synchrone à aimants permanents

    • Le moteur synchrone à aimants permanents est fabriqué à partir de terres rares et constitue aujourd’hui la technologie dominante sur le marché automobile
    • Cette technologie combine un haut rendement et des contraintes d’encombrement optimisées

  • Moteur asynchrone

    • Le moteur asynchrone (ASM) est aussi appelé moteur à induction asynchrone (IM)
    • Cette technologie est moins efficiente et est aujourd’hui généralement utilisée comme moteur auxiliaire sur l’essieu avant

  • Moteur synchrone à excitation électrique

    • Le moteur synchrone à excitation électrique (EESM) est légèrement plus volumineux, mais offre un rendement élevé sans aimants
    • Ce moteur électrique n’utilise pas de terres rares
    • Renault Group a commencé à commercialiser à grande échelle des moteurs électriques EESM en 2012, et cette expertise a débouché sur une gamme de moteurs électriques compétitive

La gamme de moteurs 100 % électriques de Renault Group

  • Renault Group est actif comme pionnier du véhicule électrique depuis 2011 et a fait le choix de commercialiser à grande échelle la technologie EESM

  • 1re génération de moteurs

    • Les moteurs de première génération ont été installés sur le Renault Kangoo Z.E en 2011 et sur la Renault Zoe en 2012
    • Ce moteur utilisait la référence de composant 5A et développait une puissance de 57 à 100 kW
    • En 2020, la dernière évolution de ce groupe motopropulseur a été appliquée à la Twingo Electric, avec la référence 5AL et une puissance de 60 kW

  • 2e génération de moteurs EESM

    • La 2e génération de moteurs EESM de Renault Group est entrée en production en 2021 sous la référence 6A
    • La Renault Megane E-Tech electric a été le premier modèle à recevoir ce nouveau moteur au début de 2022, avec le moteur référencé 6AM, plus compact, plus léger et plus puissant, jusqu’à 160 kW
    • Elle a ensuite été suivie par la Renault Scenic E-Tech Electric et la première Alpine 100 % électrique, l’Alpine A290
    • Lancée en octobre 2024, la Renault 5 E-Tech electric embarque un moteur électrique 6AK de 110 kW
    • La Renault 4 E-Tech electric, commandable à partir de mars 2025, embarque elle aussi un moteur électrique 6AK de 110 kW
    • L’Alpine A390 a reçu un nouveau groupe motopropulseur dévoilé en septembre 2025, avec à l’essieu avant le même moteur électrique 6AM que l’Alpine A290, et à l’essieu arrière une nouvelle configuration à double moteur
    • Les trois moteurs électriques de l’Alpine A390 sont tous fabriqués à Cléon, pour une puissance totale estimée à environ 345 kW, soit environ 470 ch

Le moteur EESM 100 % électrique de nouvelle génération pour 2027

  • Les ingénieurs de Renault Group ont commencé en 2021 le développement d’un moteur électrique EESM de 3e génération baptisé E7A
  • La phase de développement est encore en cours, mais les spécifications sont déjà arrêtées
  • Le E7A vise 200 kW, soit environ 270 ch, ainsi qu’un couple de 400 Nm
  • Grâce à une architecture tout-en-un, le E7A est 30 % plus compact que le moteur de génération précédente
  • Le E7A vise une réduction de 30 % de son impact carbone et un rendement d’environ 92 %
  • Ce moteur électrique fait passer la tension du système de l’architecture 400 V, standard actuel de la gamme Renault, à 800 V afin de réduire le temps de recharge

Pourquoi les moteurs sans terres rares sont devenus un enjeu encore plus stratégique

  • Renault Group cherche à éviter la dépendance aux terres rares et aux pays producteurs d’aimants en choisissant un rotor bobiné plutôt que des aimants permanents
  • Dans un moteur électrique, la présence ou non de terres rares n’est pas un détail, mais un enjeu stratégique
  • La Chine produit 85 % des terres rares légères raffinées utilisées dans le monde et 100 % des terres rares lourdes
  • Aujourd’hui, la Chine ne propose que rarement la vente de ces matières premières, privilégiant son propre marché et les produits à plus forte valeur ajoutée comme les aimants permanents
  • Résultat, la Chine occupe une position proche d’un quasi-monopole, avec plus de 90 % de la production mondiale issue du pays
  • Dans le même temps, la Chine est aussi le plus grand producteur mondial de véhicules électriques

Cléon, l’usine de moteurs électriques de Renault Group

  • L’usine Cléon fabrique des groupes motopropulseurs Renault Group depuis 2015
  • C’est cette usine qui a lancé la production de moteurs électriques pour la Renault Zoe, la Twingo ZE, le Kangoo ZE et le Master ZE
  • Les moteurs des Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric et Renault 4 E-Tech electric y sont également tous produits
  • À partir de 2027, l’usine de Cléon produira le moteur électrique nouvelle génération de 200 kW

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1 commentaires

 
GN⁺ 19 시간 전
Avis de Hacker News

  • Un titre qui prétend avoir ouvert une voie historique dans la technologie complexe des moteurs électriques sans aimant est assez risible pour quiconque connaît l’histoire des machines électriques
    Les moteurs sans aimants permanents ont été les premiers moteurs pratiques, et les moteurs à rotor bobiné existent déjà depuis plus de 100 ans
    Les plus gros moteurs sont souvent conçus ainsi depuis longtemps, car la taille des aimants nécessaires les rend trop coûteux et dangereux, avec en plus une puissance insuffisante au regard de leur taille
    Une bobine d’excitation peut créer un champ magnétique tant que le courant et la chaleur due à la résistance des enroulements le permettent, alors que les aimants en terres rares ont une limite fixe en intensité de champ

    • Il y a longtemps, chez les Cub Scouts, on avait un projet de fabrication de moteur électrique, et il fallait une planche en bois comme support, plusieurs clous de 6 pouces, du fil, une boîte de conserve pour la tôle, et du ruban adhésif
      Il n’y avait pas d’aimant, mais une fois branché à une pile, ça tournait très bien
      En bon petit scientifique, j’ai pensé qu’en le branchant sur du courant alternatif ça marcherait encore mieux, alors j’ai attaché un cordon d’alimentation et je l’ai branché : il a fortement vibré puis a pris feu, ce que ma mère n’a pas apprécié
    • Je suis d’accord sur le fait que la formulation est drôle
      Les gros générateurs ont tous des bobines d’excitation qui créent le champ magnétique, avec l’avantage de pouvoir régler l’excitation bien plus efficacement que par des ajustements a posteriori pour contrôler la tension
      Les moteurs comme les générateurs doivent fournir de l’énergie pour créer le champ magnétique, donc il y a une perte de rendement, mais plus le système est grand, plus l’usage d’électroaimants devient en pratique plus efficace
      En tenant compte en plus de la pénurie de minéraux de terres rares, cela a encore plus de sens
    • Dans ce cas, je me demande pourquoi on ne fabrique pas tous les moteurs sans aimants permanents, et quel est l’avantage des aimants permanents
    • Ce n’est pas tout à fait exact
      Il y a aussi des limites liées à la résistance mécanique des enroulements et du noyau, et c’est même cette contrainte qui fixe la borne supérieure pour les aimants supraconducteurs du CERN ou des installations de fusion

  • Le fait de construire un moteur utilisant des champs magnétiques induits à la fois dans le stator et le rotor n’est clairement pas en soi l’innovation ici
    Une grande partie des moteurs industriels n’utilisent pas d’aimants permanents
    L’innovation serait plutôt de le rendre compact et efficace tout en produisant un couple significatif, car les affirmations de moteur électrique à 93 % de rendement correspondent souvent à une énorme machine de 2 kW utilisée à 400 W
    Si quelqu’un sait ce que Renault fait ici précisément, ça m’intéresse

  • BMW développe aussi des moteurs sans terres rares pour les voitures électriques, et à l’heure actuelle ils semblent très nettement en avance
    La puissance est presque deux fois plus élevée (jusqu’à 300 kW contre 160 kW), et ils utilisent une architecture 800V

    • La voiture électrique la moins chère de Renault coûte environ 20 k€, et celle de BMW environ 65 k€
      J’ai du mal à voir les deux entreprises comme présentes sur le même segment de marché
    • C’est assez contrasté avec le nouveau moteur électrique à flux axial de Mercedes
      Cette conception utilise activement des terres rares et repose sur des aimants permanents haut de gamme et très performants
      Cela dit, le volume de production visé par Mercedes sera probablement inférieur à celui de BMW ou Renault

  • Dire qu’on remplace les aimants par des aimants contrôlables est peut-être la formulation la plus typiquement automobile de l’ingénierie automobile

    • Autrement dit : « nous avons supprimé les terres rares et ajouté du logiciel »

  • Le fait que ce soit un système à balais est intéressant
    Dans la communauté des voitures RC, on considère généralement les moteurs brushless comme supérieurs, mais bien sûr ils ont ce problème d’aimants en terres rares
    Sur le plan technique, les balais peuvent s’user, mais on voit aussi des affirmations selon lesquelles ils tiendraient entre 150 000 et 250 000 miles

    • À proprement parler, ce ne sont pas des balais mais des bagues collectrices
      Cette conception de moteur ressemble beaucoup à celle d’un alternateur automobile, mais en gros multiplié par 100 en puissance
    • Si les moteurs DC à balais s’usent, c’est parce qu’ils changent constamment de polarité, ce qui provoque des arcs au niveau des balais
      Les balais ne servent pas à alimenter le rotor ; au final, le rotor est un aimant, et ils servent à indiquer au stator quand changer de polarité
      Les moteurs DC brushless changent la polarité du stator grâce à des circuits électroniques qui détectent la position du rotor sans pièces en friction, donc il n’y a pas d’arc
      Ils peuvent aussi ajuster finement les impulsions de courant du stator pour améliorer le rendement sur une large plage de vitesses, ce qu’un moteur DC à balais ne peut pas faire
      Plus que l’absence de contact rotatif, c’est surtout l’absence d’arc qui compte
      Les moteurs AC à balais ont des contacts rotatifs sous forme de bagues collectrices, mais idéalement sans arc, donc la dégradation des contacts n’est pas aussi rapide que dans les moteurs DC à balais
      Il faut cependant exciter le rotor, donc y faire passer un fort courant
      Les moteurs AC à balais ne sont pas idéaux, mais le gain à rendre un moteur AC « brushless » n’est pas aussi important que pour un moteur DC
      Au final, tous les moteurs ont besoin d’un courant en variation continue, et la différence entre moteurs AC et DC tient au fait qu’on injecte déjà de l’alternatif sinusoïdal depuis l’extérieur, ou bien que le moteur lui-même transforme le DC externe en une forme d’AC

  • Je trouve un peu intéressant qu’une société spécialisée utilise des points de suspension dans une phrase du genre « At the same time, China is also the world's leading producer of electric cars... »

  • Je me demande à quel moment un moteur sans terres rares sera associé à une batterie sodium CATL
    J’ai l’impression qu’une guerre des prix et de l’autonomie va bientôt commencer

    • Je peux me tromper, mais il me semble que la batterie sodium de CATL n’est pas encore descendue jusqu’au prix du LFP
      Avant cela, il y a de fortes chances qu’on voie peu de véhicules à batterie sodium
      Comme le poids par Wh est plus élevé, il faudrait qu’elle soit nettement moins chère que le LFP, et je pensais aussi que sa durée de vie était plus courte
      Cela dit, pour corriger ce point, CATL semble promettre 15 000 cycles, ce qui est bien plus long que les 7 000 à 10 000 cycles habituels du LFP
      Si le prix des batteries sodium s’effondre, il paraît beaucoup plus probable qu’elles arrivent d’abord dans le réseau électrique et les solutions de batteries domestiques plutôt que dans les véhicules
    • Cela semble peu probable
      Les machines synchrones à excitation électrique (EESM) sont principalement fabriquées par des OEM européens comme ZF, MAHLE, Schaffler, AEM, ainsi que par leurs partenaires de coentreprise en Inde, Sona Comstar, Sterling, et les filiales indiennes de ces OEM
      Ces dernières années, leur accès à la technologie chinoise des batteries a été bloqué par les contrôles à l’exportation, et l’une des grandes raisons de la poussée vers les EESM était justement de créer une chaîne d’approvisionnement hors de Chine, surtout après que la Chine a commencé à imposer des contrôles à l’exportation des terres rares vers l’UE [6]
      En outre, contrairement aux véhicules électriques européens et, plus récemment, indiens, les véhicules électriques chinois et américains utilisent généralement des moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM)
      Dans le cadre de l’EU Industrial Accelerator Act, l’UE exerce une forte pression sur les exportations automobiles et les OEM des pays sans accord de libre-échange avec elle, ce qui a provoqué une vive réaction de la Chine [2][3][4][5]
      À l’inverse, le Japon et la Corée étant des partenaires de libre-échange de l’UE, il semble plus probable qu’ils utilisent les batteries tout solide qu’Idemitsu Kosan est en train de mettre en production [0][1], ou celles de LG [7]
      [0] - https://www.chiyodacorp.com/en/projects/solidelectrolytefaci...
      [1] - https://battery-tech.net/battery-markets-news/idemitsu-kosan...
      [2] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1361926.shtml
      [3] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362200.shtml
      [4] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362161.shtml
      [5] - https://www.ft.com/content/5903318c-319b-426e-b05d-062f7620f...
      [6] - https://www.reuters.com/world/china/eu-lawmakers-rebuke-chin...
      [7] - https://blog.lgchem.com/en/2026/03/25_solid_state_battery/

  • Les machines synchrones à excitation électrique (EESM), ou machines synchrones à rotor bobiné, ont des avantages et des inconvénients par rapport aux machines synchrones à aimants permanents intérieurs (IPMSM), dominantes dans les véhicules électriques nord-américains.
    Parmi les avantages, elles sont moins exposées à la volatilité des prix et de la chaîne d’approvisionnement des aimants permanents à base de terres rares, et peuvent offrir un meilleur rendement sur cycle que les IPMSM récentes lors d’un usage surtout autoroutier.
    Les EESM ont d’excellentes caractéristiques d’affaiblissement de champ et sont généralement les plus efficaces à couple intermédiaire et à haute vitesse, ce qui semble bien convenir aux camions de classe 8 ou aux moteurs auxiliaires de voitures à deux essieux moteurs.
    Le couple de sortie ne diminue pas nécessairement avec la hausse de la température du rotor et, avec une commande adaptée, elles peuvent en théorie fonctionner à facteur de puissance 1, ce qui permet de réduire le calibre kVA de l’onduleur statorique ; elles présentent aussi un avantage de sécurité, car en cas de panne de l’onduleur statorique, il suffit de désaimanter le rotor.
    L’inconvénient est qu’il faut transmettre du courant continu à l’enroulement d’excitation tournant, ce qui impose soit des balais et des bagues collectrices, soit un transformateur haute fréquence avec redresseur tournant ; dans les deux cas, l’électronique de puissance et les composants supplémentaires effacent une partie des économies obtenues par la suppression des aimants permanents.
    Utiliser des balais et des bagues collectrices avec un refroidissement du rotor par jet d’huile nécessite un compartiment étanche séparé, et il est un peu surprenant que Renault ait conservé les balais et les bagues collectrices au lieu d’un transformateur haute fréquence inductif.
    Ce choix a probablement limité la densité de puissance.
    Dans les machines à très forte densité de couple, le refroidissement de l’enroulement d’excitation du rotor est difficile, et le refroidissement par jet d’huile semble être la meilleure option.
    À l’échelle d’encombrement automobile, il est difficile d’atteindre une vitesse de pointe aussi élevée qu’avec une IPMSM, et la conception de la structure de maintien des enroulements du rotor est essentielle pour empêcher l’enroulement d’excitation d’être repoussé vers l’entrefer à haute vitesse.
    Les EESM ont généralement une longueur axiale de zone inactive plus importante que les IPMSM à cause des extrémités de l’enroulement d’excitation et du système d’excitation, et leur rendement dépend fortement du taux de remplissage des encoches que l’on peut obtenir lors de la fabrication de cet enroulement.
    La commande haute performance du courant et du couple est aussi bien plus difficile.
    Les EESM haute performance sont utilisées depuis des décennies dans les applications de générateurs aérospatiaux, mais avec des systèmes d’excitation du rotor différents de ceux de l’automobile.
    Renault et son fournisseur Continental ont pratiquement mené la commercialisation en grande série des EESM pour l’automobile ; BMW les a désormais rejoints, et plusieurs équipementiers comme Mahle et ZF disposent aussi de conceptions EESM.
    GM a également présenté en 2014 une excellente conception d’EESM avec excitation par transformateur haute fréquence.
    Avec des collègues, nous avons développé plusieurs générations d’EESM dans le cadre d’un projet du département américain de l’Énergie (https://www.osti.gov/servlets/purl/1837809), et je pense qu’elles ont leur place comme moteurs de traction pour véhicules électriques dans certaines applications.

    • Un autre avantage est qu’un moteur sans aimants permanents peut passer en mode roue libre.
      Il me semble que, dans la configuration à deux moteurs de Tesla, le moteur avant est de type sans aimants.
      Le champ d’excitation n’est activé qu’en cas de besoin de puissance supplémentaire, et à vitesse de croisière cela ne crée pas de « traînée » additionnelle.
      Dans l’une des vidéos de démontage, on voyait même que, sur le même véhicule, Tesla utilisait des IGBT moins chers et moins efficaces pour la propulsion avant, et des SiC MOSFET plus efficaces pour le moteur arrière.
      Si cela ne sert qu’aux brèves phases d’accélération, un rendement inférieur peut être acceptable.
    • Il est intéressant que l’EESM puisse être plus efficace à haute vitesse, par exemple sur autoroute, et j’avais déjà lu cela auparavant.
      Quand on s’inquiète de l’autonomie d’un véhicule électrique, c’est généralement de l’autonomie sur longs trajets à vitesse élevée qu’on parle ; cela semble donc être un avantage clé des EESM.
      J’ai une Renault électrique et elle est excellente.
      Au-delà de la technologie moteur, elle est relativement légère, la pompe à chaleur est de série et la taille de batterie est raisonnable.

  • C’est pour cela que je conduis une Zoe.

  • Avant la Model 3, le groupe motopropulseur Tesla ACIM n’était-il pas lui aussi dépourvu d’aimants ?
    Je croyais qu’il utilisait un faisceau de fils de cuivre isolés et leur réluctance comme s’il s’agissait d’aimants.