Evaluation expérimentale des matériaux conducteurs thermiques (résines) pour l'accroissement des performances continues des moteurs électriques

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Evaluation expérimentale des matériaux conducteurs thermiques (résines) pour l’accroissement des performances continues des moteurs électriques

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Notamment, son action sur la thématique de la mobilité durable vise à développer des solutions pour des transports efficients, à faible impact environnemental et à coût limité.

Les véhicules électriques et électrifiés sont la solution privilégiée choisie afin de réduire les émissions de CO2 liées à la mobilité. Quelque-soit l’architecture du système de propulsion des véhicules de demain (pile à combustible, hybride thermique/électrique ou électrique à batterie), la présence d’à minima une machine électrique à bord est certaine, et sur ce composant stratégique reposent de nombreuses contraintes (coût composant et système GMPe, impact environnemental, la résilience de l’approvisionnement, la compacité, le traitement en fin de vie…) auxquelles s’ajoutent le besoin croissant de performances permanentes et de densité de performances. IFPEN travaille sur le développement des motorisations à haut rendement avec objectif désormais la réduction de la masse des matière premières stratégiques d’une part et l’accroissement des performances permanentes des chaînes de traction de demain. Le verrou commun à ces 2 objectifs est la charge thermique fortement accrue, la tenue des matériaux et leurs caractéristiques en lien avec le rendement du système complet.

Pour répondre à cet enjeu, la solution de substitution de l’air, faible conducteur thermique, par des résines conductrices thermiques appelées « potting » ou encapsulation est utilisée dans les moteurs électriques à forte densité de puissance IFPEN.

Le potting est un processus au cours duquel un matériau à faible viscosité à base de polyuréthane, époxy ou silicone est coulée dans une forme prédéfinie pour encapsuler un élément source de chaleur. Dans une machine électrique ce procédé est utilisé sur le stator, qui une fois encapsulé transfert directement par conduction la chaleur produite par des pertes du cuivre et du fer au système de refroidissement.

Cependant, le gain thermique de cette solution est complexe à quantifier par la diversité des types de produits utilisés, leur méthode de mise en œuvre, leur vieillissement, sensibilité à l’humidité ou encore par la géométrie imposée par la machine pour que le produit réalise efficacement sa fonction.

Les effets de la dilatation thermique qui provoque des contraintes thermomécaniques sur les composants de la machine sont aussi mal connus ce qui impose de laisser du jeu au montage qui pénalisant la qualité de refroidissement par l’absence de contact entre le potting et la source froide situé dans le carter.

Nous proposons une activité ayant pour objectif de :

• Définir et mettre en place des méthodes d’évaluation des résines,
• Caractériser expérimentalement des matériaux de potting,
• Modéliser les matériaux (thermique et mécanique) et les appliquer au moteur électrique.
• Définir les méthodes et les règles d’implémentation des potting en phase de conception des machines

Cette activité sera appuyée par une synthèse bibliographique, des simulations (Ansys) et la proposition de protocole expérimentale pour caractériser les éléments. 

Profil recherché :

3e année d’école d’ingénieur où Master 2 à dominante thermique et/ou mécanique.

• Connaissances des logiciels ANSYS Mechanical, Fluent est un plus.
• Ouverture d’esprit et force de proposition.

Mots-clefs : Génie thermique, moteur électrique, calcul par éléments finis
Durée et période du stage : 6 mois entre janvier et décembre 2024
Lieu du stage : Rueil-Malmaison

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