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Ce qu’il faut savoir sur le moteur des voitures électriques

Moteur-tesla

Dans le paysage automobile contemporain, les voitures électriques se distinguent comme une alternative de plus en plus attrayante et pertinente aux véhicules traditionnels à essence. 

Au cœur de cette transition vers une mobilité plus propre se trouve le moteur électrique, une pièce maîtresse qui incarne l’innovation et le progrès technologique. Loin d’être simplement un remplacement de moteur à combustion interne, le moteur électrique représente une refonte fondamentale de la manière dont nous concevons et utilisons les voitures. Pour apprécier pleinement leur impact et leur potentiel, il est essentiel de plonger dans les rouages internes de ces moteurs électriques, de comprendre leur fonctionnement, leurs caractéristiques et leurs avantages.

Dans cet article, nous nous attarderons à explorer en détail tout ce qu’il faut savoir sur le moteur des voitures électriques, mettant en lumière son rôle central dans la transformation de l’industrie automobile et dans la construction d’un avenir plus durable et plus prometteur.

Table des matières

De quoi est composé un moteur de voiture électrique ?

Un moteur de voiture électrique se compose principalement d’un rotor et d’un stator. Le rotor est la partie mobile du moteur, généralement constituée d’un noyau magnétique entouré de bobines de fil de cuivre. 

Le stator, quant à lui, est la partie fixe du moteur qui entoure le rotor et qui est également composée de bobines de fil de cuivre disposées autour de celui-ci. 

Lorsque le courant électrique circule à travers les bobines du stator, il génère un champ magnétique qui fait tourner le rotor et pour réguler la vitesse et le couple du moteur, un commutateur ou contrôleur électronique est utilisé pour ajuster la quantité de courant envoyée aux bobines du stator. 

Le boîtier, qui constitue la structure extérieure du moteur, abrite l’ensemble des composants internes et protège le moteur contre les éléments extérieurs. 

En fonction des besoins de refroidissement, certains moteurs électriques peuvent être équipés de systèmes de refroidissement tels que des radiateurs ou des ventilateurs pour évacuer la chaleur générée pendant le fonctionnement.

Quelle est la différence entre un moteur thermique et un moteur électrique ?

La différence entre un moteur thermique et un moteur électrique dans une voiture électrique réside dans leur mode de fonctionnement et la source d’énergie qu’ils utilisent.

  • Moteur thermique:

  • Le moteur thermique transforme l’énergie calorifique en énergie mécanique.
  • Il fonctionne grâce à la combustion de carburant (essence ou diesel) dans les cylindres.
  • Les moteurs thermiques ont un régime maximal généralement inférieur à 8000 tours par minute.
  • Ils ont une plage de puissance et de couple élevée, mais seulement sur une petite plage de régime.
  • Ils émettent du bruit et des vibrations lorsqu’ils fonctionnent.
  • Leur entretien est plus complexe en raison des pièces mécaniques sensibles et des liquides (huile, carburant) à gérer.


  • Moteur électrique:

  • Le moteur électrique transforme l’énergie électrique en énergie mécanique et vice versa.
  • Il fonctionne grâce à la force électromagnétique générée par des aimants.
  • Il existe trois types de moteurs électriques : à courant continu, à courant alternatif synchrone et à courant alternatif asynchrone.
  • Les moteurs électriques peuvent atteindre des régimes élevés, parfois jusqu’à 16 000 tours par minute, tout en maintenant un bon niveau de couple et de puissance sur toute cette plage.
  • Ils sont silencieux, nécessitent peu d’entretien et ont moins de pièces mécaniques sensibles.
  • Les voitures électriques utilisent des moteurs à courant continu ou alternatif.

En gros, le moteur thermique utilise la combustion de carburant, tandis que le moteur électrique fonctionne grâce à l’électricité. 

Les voitures électriques privilégient les moteurs électriques pour leur efficacité, leur silence et leur simplicité d’entretien.

Comment fonctionne un moteur électrique dans un véhicule électrique ?

Un moteur électrique dans un véhicule électrique fonctionne en convertissant l’énergie électrique stockée dans la batterie du véhicule en mouvement mécanique pour propulser les roues. Voici les étapes principales du fonctionnement d’un moteur électrique dans un véhicule électrique :

  1. Alimentation électrique : L’électricité est fournie par la batterie du véhicule. Cette batterie stocke généralement l’électricité sous forme de courant continu (CC), mais elle peut également être utilisée pour stocker de l’énergie sous forme de courant alternatif (CA), selon la conception du système.

  2. Conversion en courant alternatif : Si la batterie fournit de l’électricité sous forme de courant continu (CC), un convertisseur de courant continu en courant alternatif (CC-CA) est utilisé pour transformer l’électricité en courant alternatif (CA). La plupart des moteurs électriques utilisent du courant alternatif pour fonctionner.

  3. Activation du moteur : Une fois que l’électricité est convertie en courant alternatif, elle est envoyée au moteur électrique. Le moteur est équipé de bobines de fil de cuivre disposées autour d’un stator et d’un rotor, généralement composé d’aimants permanents. Lorsque le courant alternatif est appliqué aux bobines du stator, cela crée un champ magnétique tournant.

  4. Rotation du rotor : Le champ magnétique tournant induit dans le rotor une force magnétique qui le fait tourner. Ce mouvement rotatif est transmis aux roues du véhicule via un système de transmission approprié, tel qu’un différentiel et un arbre de transmission, ce qui finalement propulse le véhicule en avant.

  5. Contrôle de la vitesse et du couple : Le moteur électrique peut être contrôlé électroniquement pour ajuster la vitesse de rotation du rotor et le couple produit. Cela permet d’optimiser les performances du véhicule dans différentes conditions de conduite, telles que l’accélération, le freinage et la vitesse de croisière.

Moteur voiture électrique : quels avantages ?

Performance et efficacité énergétique

Les moteurs de voitures électriques offrent plusieurs avantages en termes de performance et d’efficacité énergétique par rapport aux moteurs à combustion interne traditionnels. Voici quelques-uns de ces avantages :

 

  • Rendement énergétique élevé : Les moteurs électriques convertissent une plus grande proportion de l’énergie électrique en mouvement par rapport aux moteurs à combustion interne, qui dissipent une grande partie de l’énergie sous forme de chaleur.

     

  • Couple instantané : Les moteurs électriques produisent un couple maximal dès le démarrage, offrant une accélération rapide et fluide sans nécessiter de temps de montée en régime comme c’est le cas pour les moteurs à combustion interne.

     

  • Réponse rapide : Les moteurs électriques réagissent rapidement aux commandes, ce qui se traduit par une meilleure sensation de conduite et une réponse immédiate de l’accélérateur.

  • Maintenance réduite : Les moteurs électriques ont moins de pièces mobiles et moins de composants sujets à l’usure par rapport aux moteurs à combustion interne, ce qui réduit les besoins en entretien et les coûts associés.

  • Silence de fonctionnement : Les moteurs électriques sont beaucoup plus silencieux que les moteurs à combustion interne, offrant une expérience de conduite plus paisible et réduisant la pollution sonore.

  • Aucune émission locale : Les voitures électriques ne produisent pas d’émissions nocives à l’échappement, ce qui contribue à améliorer la qualité de l’air dans les zones urbaines et à réduire l’empreinte carbone globale, en particulier lorsqu’elles sont alimentées par des sources d’énergie renouvelable.

  • Régénération d’énergie au freinage : Les systèmes de récupération d’énergie au freinage permettent de convertir une partie de l’énergie cinétique de la voiture en énergie électrique, ce qui peut être réinjecté dans la batterie et augmenter l’autonomie globale du véhicule.

  • Flexibilité de conception : Les moteurs électriques sont plus compacts et peuvent être agencés de manière plus flexible dans un véhicule, offrant aux concepteurs davantage de liberté pour créer des agencements intérieurs innovants et optimiser l’espace disponible.


Moins de pièces mobiles

Avec moins de pièces mobiles que les moteurs à combustion interne, les moteurs des voitures électriques offrent une fiabilité accrue, des besoins d’entretien réduits, une conception plus simple et une expérience de conduite plus silencieuse. 

En éliminant la complexité des systèmes de pistons et de soupapes, les voitures électriques bénéficient d’une alternative plus efficace et durable pour la propulsion des véhicules.

Longévité de batterie électrique

La longévité de la batterie d’un moteur de voiture électrique dépend de plusieurs facteurs, notamment la technologie de la batterie, les conditions de charge, les habitudes de conduite et l’entretien. Les batteries lithium-ion modernes sont conçues pour durer plusieurs années avec une utilisation et un entretien appropriés, souvent couvertes par des garanties allant jusqu’à 8 ans ou 160 000 kilomètres.

 Les constructeurs et les conducteurs peuvent adopter des pratiques pour prolonger la durée de vie de la batterie, comme éviter les cycles de charge complets répétés et maintenir une charge optimale. 

En cas de dégradation de la batterie, certaines options de remplacement ou de réparation peuvent prolonger la durée de vie utile du véhicule électrique.

À lire: Autonomie, Puissance, batterie : comment fonctionne une voiture électrique ?

Quels sont les différents types de moteurs voitures électriques

Les moteurs à courant continu

Les moteurs électriques à courant continu (CC) sont des machines électriques qui convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique. Ils sont alimentés par une source d’alimentation en courant continu, telle qu’une batterie ou un redresseur. Les moteurs à courant continu sont utilisés dans une large variété d’applications, des petits appareils électroniques aux grands véhicules électriques.

Le principe de fonctionnement d’un moteur à courant continu est basé sur l’interaction entre un champ magnétique et un conducteur porteur de courant. Le champ magnétique est créé par des aimants permanents ou par des électro-aimants. 

Le conducteur porteur de courant est généralement enroulé autour d’un noyau de fer doux. Lorsque le courant traverse le conducteur, il crée un champ magnétique qui interagit avec le champ magnétique créé par les aimants permanents ou les électro-aimants. Cette interaction crée une force qui fait tourner le rotor du moteur.

Les moteurs à courant alternatif

L’avènement de nouvelles avancées en électronique de puissance a facilité l’intégration des moteurs à courant alternatif dans les véhicules électriques. Pour alimenter efficacement les moteurs asynchrones et synchrones, un système doit désormais inclure un onduleur de courant triphasé entre la batterie et le moteur. Cet onduleur doit être capable de commuter le courant dans les deux sens, permettant ainsi l’utilisation de la machine en mode générateur lors de la décélération.

Pour contrôler ces moteurs, deux paramètres clés doivent être régulés : la tension et la fréquence du signal alternatif fourni par l’onduleur. Pour ajuster la fréquence, il suffit de contrôler les six interrupteurs avec une fréquence variable. Quant à la tension, l’onduleur doit également intégrer une fonction de modulation de largeur d’impulsion (MLI) pour la réguler efficacement.

Le moteur à réluctance variable

Ce moteur repose sur le principe de la réluctance, avec un rotor constitué uniquement de tôles et des enroulements situés au niveau du stator. L’avantage principal de ce type de moteur réside dans ses faibles pertes au niveau du rotor, avec une quantité de courant induit minime et des températures de roulement relativement basses. 

Cependant, malgré son attrait en termes de coût et de simplicité de fabrication, ce moteur présente des défis, notamment en matière de contrôle complexe, de courants non sinusoïdaux, d’entrefer réduit et d’une structure d’onduleur spécifique (en 4 ou 6 phases) propre à cette technologie. De plus, des problématiques telles que la gestion des bruits générés et les importantes oscillations de couple à basse vitesse doivent être prises en compte.

Le moteur asynchrone

Dans ce type de moteur, le stator est alimenté par des courants triphasés sinusoïdaux, ce qui engendre la création d’un champ magnétique rotatif. Ce champ magnétique induit des courants dans le rotor, entraînant ainsi sa rotation à une vitesse légèrement inférieure à celle du champ magnétique statorique rotatif. L’écart de vitesse entre ces deux éléments est appelé glissement, qui constitue la principale faiblesse des moteurs asynchrones : plus cet écart est important, plus le rendement du moteur diminue. 

Ce type de moteur fonctionne sans balais ni aimants et est équipé d’un capteur de régime. Bien que sa dynamique en termes de couple soit moins performante que celle d’une machine à aimants, sa commande s’avère plus simple que celle des machines synchrones. Les moteurs asynchrones présentent un rendement satisfaisant à faible charge, mais nécessitent un entrefer réduit, ce qui les rend inadaptés à une utilisation dans des moteurs de roue. Ils génèrent des pertes significatives à des niveaux de couple élevés et à bas régime (dues à la magnétisation du rotor) et ont tendance à être plus encombrants et plus lourds que les machines à aimants.

Le moteur synchrone

Les moteurs synchrones, caractérisés par un glissement nul, attirent actuellement l’attention des constructeurs de véhicules électriques en raison de leurs performances supérieures en termes de rapport couple/poids, de puissance volumique et de rendement. Ces moteurs se divisent en deux catégories principales : les moteurs bobinés et les moteurs à aimants permanents.

Le moteur synchrone bobiné utilise un bobinage au rotor pour générer le champ magnétique, offrant une densité de couple similaire aux moteurs asynchrones. Son contrôle est plus simple que celui des moteurs à aimants permanents, impliquant la régulation du champ du rotor via un régulateur électronique de faible puissance et des balais pour acheminer le courant au rotor. Bien qu’il présente des pertes à charge partielle faibles et un bon rendement à forte charge, il occupe plus d’espace et offre une dynamique en couple moindre par rapport aux moteurs à aimants.

En revanche, les moteurs synchrones à aimants permanents ne nécessitent pas de bobinage au rotor, ce qui les rend plus légers et exempts de pertes joules au rotor, les pertes au stator étant plus aisées à évacuer. Ces moteurs offrent un couple massique maximal pour les machines à flux radial, une dynamique en couple élevée et un temps de réponse très rapide. 

Cependant, leur contrôle est plus complexe avec des courants sinusoïdaux et un capteur de position, et ils présentent des pertes significatives à charge partielle et à haut régime. Leur coût est également plus élevé en raison du prix des aimants NdFeB, qui représentent environ 30 % du coût total de fabrication.

Tableau comparatif entre les différents types de moteurs électriques

Machine à courant continu Machine synchrone bobinée Machine à aimants Machine à réluctance Machine Asynchnone
Compacité - + ++ + -
Pertes à basse vitesse - + ++ + -
Pertes à haute vitesse + ++ - ++ ++
Acoustique + + + - +
Fiabilité - + ++ ++ ++
Maturité industrielle pour la traction automobile ++ + ++ - +
Simplicité de fabrication - - + ++ ++
Coût - + - ++ ++

Conclusion

En conclusion, les moteurs électriques révolutionnent la mobilité automobile grâce à leur efficacité, leur durabilité et leur impact environnemental réduit. 

Avec des innovations constantes et le soutien d’experts en mobilité électrique comme Beev, l‘avenir promet des véhicules électriques plus performants et plus durables. 

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Imane BENSALAH

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