Moteurs électriques, tout ce qu’il faut savoir 15 mar 2023
Un moteur est un système capable de transformer toute source d’énergie en énergie mécanique afin de créer un mouvement, un déplacement. Le moteur thermique, qui équipe les véhicules diesel ou essence, brûle du carburant et exploite l'énergie ainsi libérée, d’où leur nom de moteur à combustion. Celui que l’on trouve sur les véhicules hybrides ou tout-électriques, convertit quant à lui du courant pour les faire avancer. Comment fonctionne le moteur électrique ? Y a-t-il un seul modèle ? Quels sont ses avantages ? Gest’Europe se fait votre guide !
Principe et genèse du moteur électrique
Tout commence avec un stator et un rotor qui sont les deux pièces essentielles à tout moteur électrique.
Grâce à un procédé physique vieux de plus d’un siècle, on obtient du courant en créant un champ magnétique sur la partie fixe, le stator, qui déclenche la rotation de la partie mobile, le rotor. La vitesse de rotation dépend de l’intensité du courant.
Ce moteur est alimenté soit :
- avec du courant continu (DC), dans lequel le flux d’électrons ne va que dans un sens,
- avec du courant alternatif (AC) où, comme son nom l’indique, les électrons changent de sens périodiquement.
Électroménager, outillage, deux-roues, voitures, de nombreuses machines fonctionnent aujourd’hui avec un moteur électrique.
Ces dernières années, de grandes avancées ont permis à la voiture propre de s’imposer peu à peu sur les routes et de voir les moteurs évoluer. Cela est vrai grâce aux performances accrues des batteries, notamment la batterie lithium-ion, et de l’électronique de puissance.
L’électronique de puissance des véhicules électriques
Il s’agit d’un circuit de conversion qui transforme le courant continu en courant alternatif. Schématiquement, le courant qui arrive depuis la borne de recharge passe par un calculateur et chemine via un onduleur de courant triphasé, un convertisseur/survolteur, un convertisseur CC/CC avant de terminer par un compresseur de climatisation.
L’évolution de cette interface entre le moteur et la batterie a changé la donne en matière de moteur à courant alternatif. La raison en est simple : la batterie de traction, réservoir d’énergie de la voiture électrique dont la fonction est d’alimenter le moteur, ne stocke que du courant continu.
Les différents types de moteurs électriques
Comme pour les motorisations thermiques, il existe plusieurs gammes de moteurs électriques, à commencer par deux grandes familles : les moteurs à courant continu et les moteurs à courant alternatif.
Le moteur à courant continu est divisé en moteur à excitation série et moteur à excitation séparé.
Le moteur à courant alternatif regroupe quant à lui le moteur synchrone et le moteur asynchrone. Il est le grand bénéficiaire des progrès faits dans le domaine de l’électronique de puissance.
Le moteur à courant alternatif
Auparavant délaissé par les constructeurs, il est désormais le plus utilisé par l'industrie automobile en raison de son meilleur rendement.
Le moteur synchrone
Le rotor agit comme un électro-aimant et crée le champ magnétique. Il entre dans une rotation perpétuelle corrélée à la fréquence du courant qui l’alimente.
Cette motorisation est idéale pour les cycles urbains qui impliquent des arrêts et redémarrages fréquents.
Sa composition est la suivante :
- alimentation électrique 330 AC (3 phases)
- entraînement moteur
- rotor
- masse polaire
- bobinage
- stator
- liquide de refroidissement
- capteur de température de phase
- capteur de position (résolveur)
- roulement
Le moteur asynchrone
Pour ce moteur à induction, le stator génère un champ magnétique tournant qui entraîne le rotor dans une rotation permanente.
À noter que le rotor diffère de celui d’un moteur synchrone. Parfois appelé cage d’écureuil, il est constitué d’anneaux fixés par des conducteurs.
Ce mode de fonctionnement est adapté aux grands voyages et aux vitesses rapides, mais implique des pertes de rendement et un couple moteur moindre.
Moins onéreux, il est toutefois robuste, fiable et compact.
Le moteur à courant continu
Il n’est pas nécessaire de transformer la tension continue de la batterie pour le faire fonctionner. Son stator forme un champ magnétique constant à l’aide d’aimants permanents alimentés en courant continu. Son rotor est alimenté par des connexions balais-collecteurs.
Il est toutefois mis au banc par nombre de constructeurs en raison de son moins bon rendement et d’une usure prématurée du collecteur à balais et des balais de l’induit.
Le plus fréquemment rencontré est le moteur à excitation séparé que l’on retrouve sur certains véhicules de niche et sur ceux produits il y a quelques années.
Il se compose des pièces suivantes :
- inducteur (bobinage ou aimants)
- induit
- collecteur
- au minimum 2 balais
- réducteur
Les caractéristiques du moteur électrique
Le moteur électrique est beaucoup plus simple que le thermique et présente un grand nombre de qualités, raisons pour lesquelles il sera le seul à équiper les voitures à partir de 2035.
Toutes les motorisations sont réversibles. L’énergie cinétique générée par le freinage et la décélération est collectée, transformée puis stockée dans la batterie de traction.
Pour les motorisations à courant alternatif, l’onduleur convertit le courant dans un sens ou dans l’autre. Il permet au moteur de fonctionner en mode générateur et en mode consommateur.
Cette conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique redonne de l’autonomie au véhicule et diminue la consommation, principalement en cycles urbains.
Le freinage régénératif est spécifique à la voiture électrique et hybride.
Il existe plusieurs architectures de motorisations électriques, réparties entre les véhicules hybrides, hybrides rechargeables et 100 % électriques.
Ainsi, il peut être situé :
- sur l’essieu avant et être relié directement aux roues (VE et hybrides) ou entre le moteur thermique et la boîte de vitesse (hybrides)
- sur l’essieu arrière (VE)
Les moteurs des hybrides rechargeables peuvent être positionnés à l’avant ou à l’arrière.
Lorsqu’il est placé à l’arrière, la voiture est une propulsion électrique.
Le rendement du duo moteur thermique + électronique de commande est stable et supérieur à 90 %. Celui d’un moteur thermique est en général de 30 % et varie sur une plage de régimes et de charges.
Le moteur électrique n’a pas besoin de démarreur et n’a pas de régime de ralenti. Il s’arrête avec la voiture et démarre avec elle ce qui permet de réaliser des gains de consommation.
Il donne par ailleurs toujours un couple maximal lors du démarrage, et ce, sans embrayage ni vitesse à passer.
Économique, silencieuse, la voiture électrique offre un confort d’utilisation et des performances optimales avec très peu d’émissions polluantes.
Son entretien est réduit et son moteur électrique est moins sujet aux pannes que le moteur à combustion.
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Sources :
