Le moteur électrique a été créé et utilisé efficacement une décennie avant le début des années 1900. Il génère de l’électromagnétisme à partir d’une source de courant alternatif ou continu et peut-être inversé, ce qui permet de le transformer en générateur électrique, notamment en cas de décélération (freinage régénératif).
Moteur électrique : principe de fonctionnement
Une machine capable de convertir l’énergie électrique en énergie mécanique et vice versa est appelée machine rotative. Les moteurs électriques rotatifs se composent d’un stator électromagnétique fixe et d’un rotor électromagnétique rotatif. Le stator produit un champ magnétique à l’aide d’aimants permanents ou d’électro-aimants à fil conducteur. Les électroaimants du rotor génèrent un autre champ magnétique qui interagit avec le champ magnétique du stator, entraînant la rotation du rotor. Pour l’essentiel, les moteurs électriques utilisent les propriétés d’attraction des aimants ou des électro-aimants pour générer un mouvement.
Actuellement, les véhicules électriques ont la possibilité d’utiliser des moteurs à courant alternatif synchrones ou asynchrones grâce aux progrès de l’électronique de puissance. Toutefois, ce dernier type de moteur nécessite un onduleur pour générer le moteur à partir du courant continu des batteries du véhicule, ce qui entraîne une perte d’efficacité. Pour améliorer l’autonomie du véhicule, l’onduleur électronique peut être réversible afin d’utiliser l’énergie du frein moteur récupérateur du système de propulsion électrique. En outre, la vitesse de rotation du moteur dépend de la fréquence fournie par l’onduleur, tandis que le couple et la puissance du moteur electrique peuvent être ajustés en modulant la tension.
Moteur électrique à courant continu
La « Jamais contente » a été la première voiture à moteur électrique et est entrée dans l’histoire en franchissant la barre des 100 km/h en 1899. Entièrement fabriquée en France, elle était équipée d’un moteur électrique de 50 kW et de batteries Fulmen. Les moteurs à courant continu sont généralement dotés d’aimants permanents dans leurs stators pour les faibles puissances, mais pour les fortes puissances, ils utilisent un stator bobiné qui agit comme un puissant électro-aimant. Les voitures électriques de la première génération du début des années 90, dont la Citroën AX et la Peugeot 106, ont opté pour des moteurs électriques parce qu’elles pouvaient facilement contrôler la vitesse de rotation en utilisant le courant continu des batteries embarquées.
Moteur électrique à courant alternatif synchrone
Le rotor, composant essentiel d’un moteur synchrone, possède une qualité magnétique avec des pôles Nord et Sud distincts. Le stator, enroulé autour du rotor, génère un champ électromagnétique qui tourne avec une intensité variable. Grâce au principe de l’attraction magnétique, le rotor s’aligne sur la vitesse de rotation du stator, ce qui donne un moteur synchrone. Avec un glissement nul, son rendement dépasse celui d’un moteur asynchrone, allant de 90 à 95 %. La version légère du moteur synchrone, équipée d’un rotor à aimant permanent, élimine les pertes du bobinage du rotor et simplifie le refroidissement du stator. Cette version s’est donc imposée sur les véhicules électriques récents : Mitsubishi I-Miev, Peugeot Ion, Citroën C-Zero, hybrides de Toyota et de PSA.
Moteur électrique à courant alternatif asynchrone
Le moteur à induction est connu pour être compact, robuste et fiable. Il doit son nom au fait que son rotor est enroulé, mais il n’a qu’un seul enroulement de rotor qui est séparé du stator, contrairement à son homologue synchrone qui en a trois. Le rotor du moteur à induction ne reçoit pas d’électricité directe, mais génère des courants grâce au mouvement du champ électromagnétique. Ces courants créent un autre champ électromagnétique qui fait tourner le rotor, mais avec un léger glissement, ce qui explique pourquoi on parle de moteur asynchrone. Le glissement est déterminé par la fréquence du courant alternatif qui alimente le moteur et se situe généralement entre 2 et 10 %. Malheureusement, ce glissement a un impact négatif sur le rendement du moteur, qui peut chuter entre 75 et 80 %.
Afin d’obtenir une puissance et une efficacité accrues à partir de 5 000 W, nous passerons d’une alimentation monophasée traditionnelle de 230 V à une alimentation triphasée de 380 V. En commutant deux phases d’alimentation, les moteurs asynchrones triphasés peuvent également tourner dans les deux sens. En commutant deux des phases d’alimentation, les moteurs asynchrones triphasés peuvent également tourner dans les deux sens. Ces caractéristiques les rendent particulièrement adaptés aux applications de transport, notamment dans les véhicules hybrides ou électriques tels que ceux de Tesla et de Renault Zoe.
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