Chaque jour, des moteurs électriques sont utilisés dans des environnements extrêmes. Cependant, rares sont ceux qui sont confrontés à des conditions telles que celles d’un déploiement en eaux profondes, où la pression ambiante peut atteindre des niveaux extrêmement élevés. Dans de tels environnements, la fiabilité est indispensable. Ces applications nécessitent des moteurs spécialisés, conçus pour fonctionner sans faille pendant de longues périodes, sans entretien ni accès à l’équipement.
IKM Subsea Motor Solutions AS a bâti sa réputation en relevant ces défis. Depuis plus de 25 ans, cette entreprise conçoit des moteurs spécifiquement destinés aux applications sous-marines, en perfectionnant chaque nouvelle génération grâce à son expérience sur le terrain et à une étroite collaboration avec ses clients. À mesure que les architectures des systèmes sous-marins ont commencé à évoluer, IKM a dû trouver une nouvelle approche pour préserver cette fiabilité durement gagnée.
Le défi
Les moteurs sous-marins traditionnels sont alimentés par des navires de surface au moyen de longs câbles d'alimentation. La solution classique a toujours été d'utiliser des moteurs asynchrones haute tension. Toutefois, les nouvelles architectures des systèmes exigent une approche différente.
Alors que de plus en plus de plateformes sont alimentées par batterie, l'efficacité des moteurs basse tension à aimant permanent est essentielle. Toutefois, cette transition ne se fait pas sans contraintes. Le moteur doit être compact et performant. Il doit respecter les objectifs de coût et permettre une production à des volumes annuels relativement élevés. Et, surtout, il doit fonctionner de manière fiable lors de déploiements prolongés à des profondeurs avoisinant les 4 000 mètres, où la pression externe atteint environ 400 bars.
IKM dispose de ses propres capacités internes de conception et de fabrication de bobinages pour les moteurs haute tension, mais recherchait un partenaire capable de compléter son architecture de moteurs pour des modèles à basse tension, plus petits et haute performance, destinés aux applications sous-marines.
La solution
Les ingénieurs d'IKM ont collaboré étroitement avec ceux de Kollmorgen pour évaluer les plateformes de moteurs disponibles. Finalement, les moteurs à entraînement direct sans boîtier de la série KBM ont été adaptés pour servir de base à une nouvelle gamme de moteurs sous-marins à aimant permanent.
La configuration sans châssis a permis une intégration directe dans la structure mécanique, éliminant ainsi le recours à des réducteurs, des courroies et des accouplements susceptibles d'introduire du jeu et des points de défaillance supplémentaires. En outre, la connexion directe à la charge a amélioré la réactivité et simplifié l'empilement mécanique.
Les stators et rotors haute performance de Kollmorgen ont offert une puissance électromagnétique constante et une grande répétabilité, quel que soit le volume de production. La plateforme KBM a également permis d'apporter des modifications ciblées sans nécessiter une conception entièrement personnalisée. IKM intègre le noyau électromagnétique et un codeur haute résolution dans son boîtier sous-marin éprouvé sur le terrain. Chaque moteur est ensuite assemblé, testé et homologué selon des normes de qualité sous-marines rigoureuses afin de garantir une fiabilité absolue. Le résultat de cette collaboration est un servomoteur sous-marin en acier inoxydable, prêt pour le mouvement sous-marin et d'autres applications en eaux profondes.
Le résultat
L'approche utilisée pour ce nouveau moteur vient compléter le portefeuille classique des moteurs haute tension d'IKM, offrant un fonctionnement basse tension efficace pour les systèmes sous-marins alimentés par batterie qui sont déployés à des profondeurs de 4 000 mètres, sous une pression externe ambiante de 400 bar.
En construisant un kit de moteurs éprouvé avec des adaptations conçues en collaboration, l'équipe a évité les incertitudes et les délais de mise en service qu'aurait impliqué une conception à aimant permanent entièrement sur mesure. Cette approche a permis d’obtenir une conception compacte adaptée aux espaces d’installation restreints, une fiabilité sous pression extrême et une structure de coûts adaptée à la production en série. De plus, cette architecture favorise une réduction de la consommation d’énergie, ce qui diminue les coûts d’exploitation tout au long du cycle de vie du système.
Alors que les systèmes sous-marins ne cessent d’évoluer, cette approche ouvre clairement la voie à la mise au point de solutions de mouvement fiables, conçues pour les profondeurs les plus extrêmes.
« Il nous semblait évident que la nouvelle génération de moteurs destinés aux grands fonds marins devait être compacte, efficace et d’une fiabilité à toute épreuve. En Kollmorgen, nous avons trouvé un partenaire qui comprend nos exigences et qui est en mesure d’y répondre parfaitement grâce à sa technologie. »
— Tore Aarsland, directeur technique
