Υγρό ψύξης κινητήρα και ελεGκτη: πότε γίνεται αναγκαίο

Un moteur et un contrôleur ne sont presque jamais limités par leur électricité, mais par leur température. Tant que l'air suffit à évacuer la chaleur, le refroidissement liquide n'apporte que du poids et de la complexité. Il devient nécessaire quand la machine doit tenir une forte puissance longtemps, dans un espace fermé ou sans vitesse d'air : endurance, véhicule lent et lourd, moteur enfermé dans une carrosserie. Ce guide explique comment il fonctionne et à partir de quand il vaut le coup.

Pourquoi la chaleur fixe la puissance

Un moteur dissipe de la chaleur dans ses bobinages (pertes cuivre, qui croissent avec le carré du courant) et dans son fer (pertes qui croissent avec la vitesse). Un contrôleur chauffe dans ses transistors. Notre guide sur l'échauffement d'un moteur détaille ces pertes.

Ce qui compte, c'est l'équilibre entre la chaleur produite et la chaleur évacuée. Pendant une accélération courte, les pièces absorbent la chaleur dans leur masse : on peut demander beaucoup plus que la puissance « continue ». Sur la durée, la température monte jusqu'à ce que l'évacuation compense la production. Si cet équilibre se trouve au-dessus de ce que supportent l'isolant des bobinages, les aimants ou les transistors, il faut réduire la puissance, ou mieux refroidir.

C'est pour cela qu'un refroidissement plus efficace augmente surtout la puissance que l'on peut tenir longtemps. La puissance de pointe, elle, dépend davantage du courant que le contrôleur et la batterie savent fournir.

Comment fonctionne un refroidissement liquide

Le principe est celui d'une voiture : un liquide circule en boucle fermée, poussé par une pompe. Il traverse la pièce à refroidir, s'y réchauffe, puis passe dans un radiateur où l'air le refroidit avant de repartir.

• Côté moteur : on entoure le stator d'une chemise, un carter à double paroi dans lequel le liquide circule au plus près des bobinages. Cela suppose un moteur dont le stator est fixé au carter, comme un moteur à sortie d'arbre ; sur un moteur-roue, dont la cloche extérieure tourne, c'est beaucoup plus difficile.
• Côté contrôleur : les transistors sont montés sur une plaque froide, une plaque métallique percée de canaux où passe le liquide.
• Le liquide : de l'eau additionnée d'antigel et d'anticorrosion, en général. Il doit être compatible avec les métaux du circuit.
• Le radiateur : placé là où l'air passe, éventuellement avec un ventilateur pour les phases lentes.

Le grand avantage est de pouvoir transporter la chaleur loin. Un moteur enfermé dans un carter ou un contrôleur logé dans un caisson étanche peuvent ainsi être refroidis par un radiateur placé à l'avant de la machine, dans le flux d'air.

L'air, première solution à épuiser

Avant de passer au liquide, on vérifie que l'air est bien utilisé :

• Le contrôleur fixé sur du métal : vissé sur un châssis ou un dissipateur en aluminium, avec une pâte ou un tampon thermique, il tient bien mieux ses chiffres qu'enfermé dans un plastique.
• Un moteur qui respire : sur nos moteurs-roues MHS, MHT, XHS et XHT, notre ventilation moteur à 6 pales se monte sur le flasque côté câbles et force l'air à travers le moteur. Un moteur ainsi ventilé n'est plus étanche : c'est une solution pour le sec et le circuit. Voir notre guide ventiler un moteur de trottinette.
• Un liquide dans l'entrefer : sur un moteur-roue, un ferrofluide peut aider la chaleur à passer du stator à la cloche. Voir notre guide sur le ferrofluide.
• Des réglages raisonnables : limites de courant adaptées, sondes de température branchées et seuils réglés dans le contrôleur.

Quand le liquide devient nécessaire

Quelques situations où l'air ne suffit plus :

• Une forte puissance tenue longtemps : endurance, longue montée chargée, travail continu d'un engin de chantier ou de manutention.
• Une machine lente et lourde : à faible vitesse, il y a peu de vent relatif pour refroidir, alors que l'effort est grand.
• Des composants enfermés : moteur dans un carter étanche, électronique dans un caisson protégé de l'eau et de la poussière.
• Une contrainte de poids sur le moteur : un moteur refroidi par liquide peut tenir la même puissance continue avec moins de masse qu'un moteur refroidi par air, ce qui compense en partie le poids du circuit.

Les pièges

• La pompe est un point de défaillance : si elle s'arrête, la température monte très vite. Il faut une sonde de température sur le composant, pas seulement sur le liquide, et une réduction automatique de puissance.
• Les fuites près de la haute tension : le circuit passe près de l'électronique ; raccords et colliers doivent être soignés et contrôlés.
• L'air dans le circuit : une bulle coincée dans la plaque froide crée un point chaud. Le circuit se purge au remplissage.
• Le gel : un liquide sans antigel peut geler l'hiver et fendre une pièce.

Sur une machine à concevoir

Le choix du refroidissement se fait dès le début, avec celui du moteur et du contrôleur : il conditionne leur taille, leur poids et leur place. Quand nous concevons un contrôleur dédié à une machine, le refroidissement fait partie de ce que nous adaptons, avec le format, la connectique et l'étanchéité. Décrivez votre projet à notre bureau d'études : la solution est dimensionnée pour la machine et son usage.