Association nationale pour le développement de la mobilité électrique
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Les moteurs

Quelle que soit la source du courant – hydrogène, autre pile à combustible ou batterie chimique - un des enjeux du véhicule électrique est le choix moteur permettant la propulsion des roues à partir de la puissance délivrée par la batterie.
Les moteurs

Le principe de fonctionnement d'un moteur électrique est bien plus simple que celui d'une voiture à moteur thermique.C'est pourquoi la première voiture fonctionnait à l'électricité. Et c'est pourquoi lorsqu'un moteur thermique est condamné par son rendement de Carnot à ne pas dépasser les alentours de 30%, le moteur électrique, lui, laisse envisager des rendements proches de 100%.

Les avantages d'un moteur électrique, comparé à un moteur thermique, sont nombreux :


Il est important de noter que contrairement au moteur thermique, qui a un couple maximal pour une vitesse de rotation de plusieurs milliers de tours par minute, le moteur électrique a un couple disponible instantanément, permettant une accélération plus rapide au démarrage. Ci-dessous, l'exemple de la machine asynchrone :

Alors qu'un moteur thermique devra constamment tourner, même à l'arrêt, pour fournir du couple, le moteur électrique peut être « éteint » aux feux rouges et conserver un couple disponible. Ce couple pourra être conservé sur une large gamme de fréquence, c'est à dire de vitesse de rotation des roues, éliminant ainsi l'intérêt d'une boite de vitesse.


Les différents types de moteurs utilisés


Les moteurs à courant continu

Les premiers moteurs électriques à alimenter les véhicules étaient des moteurs à courant continu. Le moteur à courant continu à excitation séparée est celui qui équipait la Peugeot 106 électrique dans les années 90. Le choix de ce moteur était guidé pas la facilité du pilotage en vitesse. L'électronique de puissance permettant de l'alimenter est très simple car la tension continue venant de la batterie peut être utilisée sans être ondulée.

Le moteur à courant continu est constitué de deux parties :

  • Un stator (inducteur) générant un champ magnétique constant soit à partir d'enroulements alimentés en courant continu, soit à l'aide d'aimants permanents ;
  • Un rotor (induit) alimenté en courant à l'aide de connections balais-collecteurs.

La façon d'alimenter les deux parties du moteur différencie les moteurs séries des moteurs à excitation séparée :

Le pilotage en vitesse se fait aisément en ajustant le courant rotorique. En commandant les interrupteurs présentés sur la figure ci-dessous avec un rapport cyclique a variable, on peut moduler la tension d'entrée moyenne et donc le courant injecté dans l'induit :

Le problème de ces moteurs est que la connexion au niveau du collecteur et des balais génère des pertes et sont sujets à l'usure. L'évacuation des pertes joules pose problème car elles sont générées au niveau du rotor. Enfin, un rendement maximum de 90% rend ce modèle un peu obsolète pour l'utilisation dans un véhicule électrique.


Les moteurs à courant alternatif

C'est l'émergence de nouvelles technologies en électronique de puissance qui permet l'apparition des moteurs à courant alternatif dans l'application véhicule électrique. En effet, afin d'alimenter les moteurs asynchrones et synchrones, le système doit comprendre entre la batterie et le moteur un onduleur de courant triphasé. Cet onduleur doit être réversible en courant afin de pouvoir utiliser la machine en mode générateur lors de la décélération. Afin de commander ces moteurs, deux grandeurs doivent être maîtrisées : la tension et la fréquence du signal alternatif fourni par l'onduleur. Afin de fixer la fréquence, il suffit de piloter les six interrupteurs avec une fréquence variable. Pour la tension, l'onduleur doit également inclure une fonction de modulation des largeurs d'impulsion (MLI).


Le moteur asynchrone

Le plus communément utilisé aujourd'hui est le moteur asynchrone. On le retrouve par exemple dans le Roadster de la société californienne Tesla Motors. Dans ce moteur, le stator est alimenté en courants triphasés sinusoïdaux. Un champ statorique tournant est donc généré. Ce dernier induit des courants dans les enroulements du rotor et entraine ainsi le rotor en rotation à une vitesse ?R plus faible que celle du champ statorique tournant à ?S. L'écart de vitesse est caractérisé par le glissement. C'est ce glissement qui est la grande faiblesse des moteurs asynchrones : plus il est important, plus le rendement du moteur est faible.


Le moteur synchrone

Les moteurs synchrones présentent, eux, un glissement nul. Ils sont donc ceux vers qui se tournent aujourd'hui les constructeurs : avec de meilleurs rapports couple/poids et puissance volumique et avec des rendements supérieurs, ils sont divisés en deux catégories : les bobinés et les aimants permanents.

Tandis que les bobinés ont un rotor aimanté à l'aide de courants, les moteurs synchrones à aimants permanents n'ont pas besoin d'enroulements au rotor. Ils sont donc plus légers et n'ont plus de pertes joules au rotor, les pertes au stator étant faciles à évacuer.

Ce dernier type de moteur peut donc paraître supérieur, mais les aimants permanents étant, comme de nombreuses terres rares, un matériau dont l'approvisionnement dépend beaucoup des conditions d'échange économique avec la Chine, il y a lieu de débattre entre le rendement du moteur et la volatilité de son prix…

Tandis que PSA et Toyota se dirigent vers cette technologie avec respectivement la Ion et la Prius, Renault-Nissan et Bolloré lui préfèrent le rotor bobiné.

L'avenir du moteur électrique est certainement en passe de devenir un sujet annexe dans les discussions sur les performances des véhicules électriques, la batterie représentant le réel défi technologique. Son encombrement sera peu à peu réduit en divisant le moteur en quatre petits moteurs, un par roue, inclus dans le châssis.

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