Moteurs électriques: design et fonctionnement

Comment fonctionne un moteur électrique? 10 questions et réponses

Comment fonctionnent les voitures électriques? En quoi diffèrent-elles des voitures à moteur à combustion? Quelle est leur fiabilité? Nous avons des réponses claires et faciles à comprendre à toutes vos questions brûlantes.

 

L’ère électrique a commencé. Les voitures électriques feront bientôt partie intégrante de notre vie quotidienne. À elles seules, les marques du groupe Volkswagen devraient lancer une cinquantaine de modèles purement électriques sur le marché d’ici 2025. Et pourtant, leur fonctionnement reste un grand mystère pour de nombreux conducteurs. Les voitures électriques sont futuristes, complexes et déroutantes; leur technologie nous est étrangère, même si, à bien des égards, elles fonctionnent de manière plus simple que les voitures à moteur à combustion.

1. Quelle est la différence entre un moteur électrique et un moteur à combustion?

Le principe de conversion d’énergie en un mouvement mécanique est différent. Un moteur à combustion repose sur la thermodynamique pour la combustion du carburant, alors que les moteurs électriques utilisent les forces électromagnétiques. Celles-ci sont générées lorsqu’un courant électrique passe à travers un champ magnétique. Un moteur à combustion possède un mécanisme à manivelle (cylindre, piston, soupape, vilebrequin, etc.), tandis que les moteurs électriques ne dépendent de rien d’autre que du stator et du rotor (et de leur interaction mutuelle) pour propulser les véhicules. De plus, ce moteur électrique peut agir comme un générateur, de sorte que l’énergie peut être renvoyée à la batterie et rechargée lors du freinage ou de la décélération.

2. Dans quelle mesure le moteur électrique et le moteur à combustion se comportent-ils différemment dans la pratique?

Les plages de puissance et les couples des deux moteurs sont très différents. Alors que la puissance et le couple d’un moteur à combustion augmentent avec la vitesse jusqu’à ce que le régime supérieur soit atteint, le couple maximal de presque zéro tour est délivré dans un moteur électrique et diminue lorsque la vitesse maximale est atteinte. Dans la pratique, cela signifie qu’une voiture électrique a la plus grande traction au départ, et donc une réponse dynamique relativement élevée. De plus, la très large plage de vitesses d’un moteur électrique permet de ne pas avoir besoin d’une boîte d’embrayage à plusieurs vitesses. Cela signifie que votre voiture électrique se débrouille avec un seul rapport ou un rapport de réduction de l’arrêt à la vitesse maximale.

3. Comment calcule-t-on la puissance d’une voiture électrique ?

Le calcul de la puissance n’est pas aussi facile que pour les voitures conventionnelles. Dans une voiture électrique, la puissance totale n’est pas seulement basée sur ce que le groupe motopropulseur fournit, mais est également influencée par la puissance de la batterie. Comme il s’agit toujours de la valeur déterminée par l’ensemble du système d’entraînement, ce dernier peut également être conçu de telle sorte que, par exemple, sa base technique soit la même pour différentes variantes de performances et que les performances finales du véhicule dépendent uniquement des tailles de batterie auxquelles il est associé.

4. Comment mesure-t-on la consommation?

Dans le cas des voitures électriques, la consommation est la consommation d’énergie en kilowattheures par 100 kilomètres parcourus (kWh/100 km). Le tableau de bord vous fournit des informations sur la consommation actuelle et moyenne, tout comme pour les voitures conventionnelles. Il affiche également la quantité d’énergie régénérée qui est retournée aux batteries.

5. Qu’en est-il de l’entretien et de la durée de vie des moteurs électriques?

Comme le rotor est la partie principale et la seule partie mobile d’un moteur électrique, l’effort de maintenance est relativement faible par rapport à un moteur à combustion. Aucune vidange d’huile et aucun remplacement des filtres à carburant ou à air ne sont nécessaires. Ce sont généralement des machines à grande vitesse, elles doivent donc être bien conçues (en particulier les roulements). Néanmoins, l’entraînement électrique requiert généralement moins d’entretien qu’un moteur conventionnel.

6. Quel axe le moteur électrique entraîne-t-il?

Un moteur électrique peut être monté sur l’essieu avant ou arrière. En général, une propulsion arrière est cependant plus appropriée pour une voiture électrique vu qu’elle permet au moteur électrique de mieux transmettre son couple puissant au sol, avec une plus grande efficacité. Pour obtenir une transmission intégrale entièrement électrique, il suffit d’ajouter un deuxième moteur électrique à l’essieu avant.

7. Toutes les voitures électriques ont-elles le même type de moteur?

Tout comme les différents types de moteurs à combustion qui ont été développés, il existe également de nombreuses possibilités et variations pour les moteurs électriques. Le type dépend toujours des caractéristiques du véhicule. En termes un peu plus détaillés, les moteurs synchrones triphasés, souvent à aimants permanents, sont les plus courants, tout comme les moteurs asynchrones ou leurs variantes. L’électronique de puissance fait généralement partie intégrante de ces moteurs et est soit intégrée directement dans le moteur, soit montée séparément et ensuite reliée au moteur à l’aide de trois conducteurs de phase forts.

8. Y a-t-il une différence entre les moteurs électriques des véhicules hybrides rechargeables et ceux des véhicules purement électriques?

Oui. La conception d’une voiture purement électrique est basée sur l’hypothèse qu’il n’y aura pas d’autre type de conduite dans la voiture, il n’est donc pas nécessaire de prendre cela en compte. Cela permet au moteur d’être conçu de manière optimale en fonction du couple, de la puissance, du régime et des options du véhicule requis. La conception du moteur hybride, en revanche, doit également tenir compte des caractéristiques du moteur à combustion qui doit fonctionner avec le moteur électrique. L’accent est mis ici sur les possibilités de raccordement mécanique, les températures de fonctionnement, le régime et la plage de puissance. Le contrôle de l’entraînement est également plus complexe. Le véhicule doit pouvoir se déplacer uniquement à l’électricité, avec un moteur à combustion ou en mode combiné et toujours en utilisant l’énergie de manière optimale.

9. Est-il vrai que les véhicules électriques existaient déjà il y a plus d’un siècle?

Les premières tentatives de construction d’une voiture électrique remontent à 1835 (48 ans avant la construction du premier moteur à essence) et ont été faites indépendamment les unes des autres en Italie et aux Pays-Bas. Au tournant du siècle, des personnalités comme Ferdinand Porsche et l’inventeur tchèque František Křižík ont travaillé au développement de véhicules électriques (Křižík a même dévoilé une voiture Laurin & Klement à l’époque). En 1900, il y avait aux États-Unis plus de véhicules électriques que de voitures équipées d’un moteur à combustion, et la première voiture à franchir le cap des 100 km/h était également électrique. Toutefois, ces voitures utilisaient des batteries au plomb lourd et avaient une courte autonomie. L’introduction de la production en série de voitures et l’utilisation en masse de moteurs à combustion à l’autonomie plus confortable ont finalement conduit, pendant de nombreuses années, à négliger le développement des moteurs électriques.

10. Pourquoi les moteurs électriques sont-ils à nouveau développés aujourd’hui?

L’essor de la mobilité électrique moderne est dû à la fois à la nécessité de réduire les émissions de gaz d’échappement et de CO2 et au développement ainsi qu’à la disponibilité rapides de nouvelles technologies. Les batteries au lithium modernes sont nettement plus aptes à stocker et à libérer l’énergie nécessaire. Elles disposent de leur propre électronique de commande, communiquent avec l’ensemble du système de la voiture, et leur développement progresse rapidement. De même, les composants semi-conducteurs d’aujourd'hui peuvent transmettre des courants beaucoup plus importants générant de faibles pertes et commander et réguler efficacement de puissants moteurs électriques. La disponibilité croissante d’électricité verte produite à partir de sources renouvelables aussi bien que les projets d’extension de l’infrastructure des stations de recharge ont également joué un rôle important dans la récente promotion de la mobilité électrique.