Premiers pas vers des moteurs à grande vitesse pour composants de pile à combustible


Premiers pas vers des moteurs à grande vitesse pour composants de pile à combustible

Prototype d’un moteur à grande vitesse pour un compresseur à pile à combustible. Crédit : projet Fraunhofer HABICHT

Le secteur des transports évolue vers des groupes motopropulseurs respectueux du climat avec une réduction significative des émissions de CO2 émissions. L’électrification des groupes motopropulseurs reste un défi majeur non seulement pour les camions, les bus, les trains et les navires, mais aussi pour les avions. Ces applications ne pourront pas être réalisées à l’avenir avec des batteries en raison des besoins énergétiques. La pile à combustible est un fournisseur d’énergie extrêmement prometteur pour ces applications, qui fournit de l’énergie électrique à partir de l’hydrogène stocké et de l’air ambiant.

Les instituts Fraunhofer LBF, IFAM, IISB et SCAI ont uni leurs forces pour développer des composants avancés et hautement efficaces pour les piles à combustible. Le projet HABICHT vise à concevoir et développer un moteur à grande vitesse pour un compresseur à pile à combustible afin de permettre l’innovation dans le domaine des véhicules utilitaires et de l’aviation. La machine électrique doit atteindre au moins une densité de puissance de 30 kW/kg en utilisant des matériaux innovants pour le refroidissement direct du stator et en maximisant la capacité à grande vitesse du rotor (

Etat actuel : Première conception basée sur des calculs analytiques et numériques

Sur la base de la définition rapide des spécifications, un concept viable de conception électromagnétique a été développé avec un support analytique et numérique. Les travaux ont été réalisés en interaction avec des investigations structuralo-mécaniques sur la stabilité de la vitesse des aimants permanents ainsi qu’avec des investigations thermiques sur la capacité de refroidissement nécessaire, qui est garantie par la combinaison de la chemise de refroidissement, de l’arbre creux du rotor et de la connexion thermique des la tête de bobinage avec un fluide diélectrique. Au sein de HABICHT, Fraunhofer SCAI est responsable de la modélisation multi-physique et de la mise en place d’un environnement de conception intelligent pour les moteurs électriques.

Travaux futurs : Optimisation et benchmarking

Les travaux futurs sont axés sur l’optimisation de la conception et de l’exécution de travail actuelles d’une manière adaptée à la production. À cette fin, des supports de test réduits doivent être utilisés pour l’enroulement du stator, l’isolation électrique, le cerclage, la découpe de la tôle, le collage et la mise en forme de l’aimant, entre autres, avant la construction de l’ensemble du système. La formation de canaux de refroidissement formés lors de l’enrobage est à résoudre en termes de technologie de procédé et de matériau sur la base des études de la littérature déjà réalisées. L’adaptation de la machine HABICHT à un turbocompresseur existant doit être réalisée avec une technologie d’arbre et de roulement appropriée mais en même temps conventionnelle, dans laquelle la dynamique inhérente en fonction de la fréquence des pièces mobiles mécaniques doit être déterminée à l’avance.

Le projet HABICHT est soutenu par des conseillers externes de l’aviation, de la mobilité électrique, des fournisseurs et du milieu universitaire. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Ulm de l’Université des sciences appliquées de Heilbronn voit un excellent potentiel dans les résultats du projet pour les futures exigences et applications de l’industrie :

« Le projet implique le développement de nouvelles technologies dans le domaine des entraînements électriques à grande vitesse dans l’application des piles à combustible et établit de nouvelles normes, qui à leur tour ouvrent la voie à des développements futurs. Le rotor à grande vitesse, qui pose un défi dans en termes de conception mécanique, thermique et électromagnétique, est d’une grande importance ici. Ce projet est un excellent exemple de développement de produits de haute technologie pionniers en conjonction avec le développement simultané de matériaux et de mesures et la technologie de simulation.


Moteur électrique à refroidissement direct en matériaux polymères


Fourni par l’Institut Fraunhofer pour les algorithmes et le calcul scientifique (SCAI)

Citation: Premiers pas vers des moteurs à grande vitesse pour composants de pile à combustible (2022, 22 juillet) récupéré le 22 juillet 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-07-high-speed-motors-fuel-cell-components.html

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