Les moteurs des voitures électriques fonctionnent selon des processus physiques mis au point à la fin du XIXe siècle. Ce procédé consiste à utiliser un courant électrique pour créer un champ magnétique dans la partie fixe de la machine (le « stator ») qui, lorsqu’il est déplacé, fait bouger la partie tournante (le « rotor »). Ces deux parties sont expliquées plus en détail plus loin dans cet article.
Le principe d’un moteur électrique
Quelle est la différence entre un moteur thermique et un moteur électrique ? Les deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable. Par conséquent, il est important de les distinguer dès le début. Aujourd’hui, ils sont utilisés presque de manière interchangeable, mais dans l’industrie automobile, un « moteur électrique » désigne une machine qui convertit l’énergie en énergie mécanique (et donc en mouvement), et un moteur thermique fait le même travail, mais spécifiquement Il utilise de l’énergie thermique. Ainsi, quand on parle de conversion d’énergie thermique en énergie mécanique, on parle de combustion, pas d’électricité.
Par conséquent, le type d’énergie convertie détermine si le type de moteur est thermique ou électrique. En ce qui concerne les véhicules électriques, l’énergie mécanique est produite par l’électricité, c’est pourquoi le terme « moteur électrique » est utilisé pour décrire le système qui propulse un véhicule électrique. C’est ce qu’on appelle la traction.
Comment fonctionne un moteur électrique dans un véhicule électrique ?
Puisque nous parlons de moteurs électriques et non de moteurs thermiques, voyons comment fonctionnent les moteurs dans les véhicules électriques. Les moteurs électriques peuvent être trouvés dans de nombreux articles de tous les jours aujourd’hui. Tout ce qui a un moteur à courant continu (DC) a des fonctionnalités assez basiques.
Le moteur étant directement connecté à la source d’énergie, sa vitesse dépend directement du courant. Bien que ces moteurs électriques soient faciles à fabriquer, ils ne répondent pas aux exigences de performance, de fiabilité ou de taille des véhicules électriques. Cependant, il peut être utilisé pour faire fonctionner les essuie-glaces, les vitres et d’autres petits mécanismes à l’intérieur du véhicule.
Le stator et le rotor
Comprendre le fonctionnement d’un véhicule électrique nécessite de se familiariser avec les composants physiques d’un moteur électrique. Commencez par vous familiariser avec les principes des deux pièces principales, le stator et le rotor. Un moyen facile de se souvenir de la différence entre les deux : le stator est « statique » tandis que le rotor « tourne ». Dans un moteur électrique, le stator utilise de l’énergie pour créer un champ magnétique qui fait tourner le rotor.
Alors, comment un moteur électrique alimente-t-il un véhicule électrique ? Cela inclut un moteur à courant alternatif (CA) qui nécessite l’utilisation d’un circuit de conversion pour convertir le courant continu (CC) fourni par la batterie. L’utilisation est requise. Examinons deux types de courant.
Alimenter un véhicule électrique : courant alternatif (AC) vs courant continu (DC)
Pour comprendre le fonctionnement d’un moteur de véhicule électrique, il faut d’abord comprendre la différence entre le courant alternatif et le courant continu (courant électrique).
Le courant peut circuler dans un conducteur de deux manières. Le courant alternatif (AC) fait référence au courant dans lequel les électrons changent périodiquement de direction. Comme son nom l’indique, le courant continu (DC) ne circule que dans un seul sens.
Les batteries des véhicules électriques fonctionnent en courant continu. Or, pour le moteur de traction qui entraîne les véhicules électriques, ce courant continu doit être converti en courant alternatif via un onduleur. Que se passe-t-il lorsque cette énergie atteint le moteur électrique ?Tout dépend du type de moteur utilisé (synchrone ou asynchrone).
Types de moteurs électriques
Il existe deux types de moteurs électriques à courant alternatif dans l’industrie automobile : les moteurs synchrones et les moteurs asynchrones. Dans les véhicules électriques, les moteurs synchrones et asynchrones ont chacun leurs avantages. L’un n’est pas forcément « meilleur » que l’autre.
moteurs synchrones et asynchrones
Les moteurs asynchrones, également appelés moteurs à induction, reposent sur un stator alimenté pour produire un champ magnétique rotatif. Cela fait que le rotor tourne constamment comme s’il essayait de rattraper le champ magnétique sans succès. Les moteurs asynchrones se trouvent souvent dans les véhicules électriques destinés aux longs trajets à grande vitesse.
Dans un moteur synchrone, le rotor assume lui-même la fonction d’un électro-aimant et participe ainsi activement à la construction du champ magnétique. Sa vitesse de rotation est donc directement proportionnelle à la fréquence du courant fourni au moteur. Les moteurs synchrones sont donc idéaux pour le trafic urbain, qui s’arrête et démarre généralement lentement à intervalles réguliers.
Les moteurs synchrones et asynchrones sont réversibles. Cela signifie que l’énergie mécanique peut être convertie en énergie électrique pendant la phase de décélération. Ce principe est celui du freinage récupératif généré à partir de l’alternateur.
Les composants des moteurs électriques
Intéressons-nous à quelques-uns des composants que l’on retrouve dans les moteurs de véhicules électriques, comme les aimants des moteurs électriques, les moteurs synchrones à excitation séparée ou plus généralement les chaînes cinématiques.
Aimant permanent
Certains moteurs synchrones ont un moteur à aimant permanent dans le rotor. Ces aimants permanents sont intégrés dans un rotor en acier et créent un champ magnétique constant. Les moteurs électriques à aimants permanents ont l’avantage de fonctionner sans alimentation électrique. Cependant, vous devez utiliser des métaux ou des alliages tels que le néodyme ou le dysprosium. Ces « terres rares » sont ferromagnétiques. C’est-à-dire qu’il peut devenir magnétique et se transformer en un aimant permanent.
Ils sont utilisés dans une variété d’applications industrielles telles que les éoliennes, les outils, les écouteurs sans fil, les dynamos de vélo et les moteurs de traction de certains véhicules électriques. Problématique : Le coût de ces « terres rares » est très variable. Contrairement à ce que leur nom l’indique, ils ne sont pas très rares, mais se trouvent presque exclusivement en Chine. Le pays dispose ainsi d’un quasi-monopole sur leur production, leur vente et leur distribution. Les constructeurs déploient donc d’importants efforts pour trouver des solutions alternatives aux moteurs de véhicules électriques.
Moteur synchrone à excitation externe
L’une de ces solutions, adoptée par Renault pour la nouvelle ZOE, consiste à réaliser les aimants du moteur électrique à partir de bobines de cuivre. Cette solution nécessite un processus industriel plus complexe, mais évite les problèmes d’alimentation tout en conservant un excellent rapport entre le poids du moteur et le couple généré.
Guillaume Foley, Directeur du Design de l’usine Renault de Cléon, décrit la complexité et l’ingéniosité du nouveau moteur électrique de ZOE. Les contraintes associées aux attentes de performance du produit, les objectifs de rapport poids/puissance réduits et les taux de production élevés impliquent une utilisation efficace de la technologie de pointe pour mettre en œuvre ces processus. »
Entraînement électrique
Dans un véhicule électrique, le moteur électrique, comprenant le rotor et le stator, fait partie d’un ensemble plus vaste, le groupe motopropulseur électrique, l’ensemble qui permet le fonctionnement du moteur électrique. Ce dernier abrite également l’Electronique Power Controller (PEC, abréviation de Power Electronique Controller). Rassemblez tous les éléments électroniques qui alimentent le moteur et chargez la batterie. Enfin, cette unité contient un réducteur, un élément qui permet de régler le couple et la vitesse transmise aux roues par le moteur électrique. La combinaison de ces éléments assure un fonctionnement souple et efficace du moteur électrique. Résultat? Votre voiture électrique est silencieuse, fiable, pas chère et amusante !
