Face aux enjeux environnementaux et au coût de l’essence, de plus en plus de Français optent pour un véhicule électrique. Pour comprendre leur fonctionnement, IZI by EDF vous explique comment sont fabriqués les moteurs des voitures électriques.
Les deux éléments clés d’un moteur de voiture électrique
Le fonctionnement d’un moteur électrique n’est pas le même que celui d’une version thermique. Le moteur électrique est ainsi relié à une batterie qui lui envoie du courant. Cela permet de créer un champ magnétique créant de l’électricité qui sera transformée en une énergie mécanique. Le véhicule pourra alors se déplacer. Pour cela, la fabrication d’un moteur électrique implique toujours la présence de deux composants : le rotor et le stator.
Rôle du stator
Il s’agit de la pièce statique du moteur électrique. Cylindrique, il est doté d’encoches permettant l’accueil des bobinages. C’est lui qui crée le champ magnétique.
Rôle du rotor
Cet élément est celui qui sera en rotation. Il peut être composé d’un aimant ou de deux anneaux reliés par des conducteurs.
Bon à savoir : les moteurs pour véhicules hybrides et électriques sont-ils différents ?
Le moteur électrique d’un véhicule hybride fonctionne en combinaison avec un modèle thermique. Cela implique une conception différente puisque les deux moteurs doivent cohabiter (connectiques, puissance) et collaborer (optimisation de l’utilisation de l’énergie). Un véhicule électrique disposera d’un moteur conçu en ne prenant en compte que les performances de la voiture.
Moteur synchrone ou asynchrone ?
Pour fabriquer un moteur de voiture électrique, les industriels doivent choisir entre deux modes de fonctionnement :
Fabrication d’un moteur électrique synchrone
Sur un moteur synchrone, le rotor est un aimant ou un électro-aimant qui tourne à la même vitesse que le champ magnétique. Un moteur synchrone ne pourra démarrer que grâce à un moteur auxiliaire ou un convertisseur électronique. Le synchronisme entre le rotor et le stator permettra d’éviter les pertes de puissance. Ce type de moteur se retrouve dans les voitures électriques citadines ayant besoin d’un moteur qui réagit bien aux variations de vitesse et aux arrêts et démarrages fréquents.
Fabrication d’un moteur électrique asynchrone
On l’appelle également moteur à induction. Le stator va être alimenté par de l’électricité pour créer son champ magnétique. Le mouvement perpétuel du rotor (composé ici de deux anneaux) est alors engagé. Il ne pourra jamais rattraper la vitesse du champ magnétique, ce qui provoque des glissements. Afin que le moteur conserve de bonnes performances, le glissement doit être compris entre 2 % et 7 % selon la puissance du moteur. C’est le moteur privilégié pour les véhicules conçus pour les longs trajets et pouvant atteindre des vitesses élevées.
La partie du moteur électrique qui contient le rotor et le stator fait partie du groupe motopropulseur électrique. Cet ensemble contient également le contrôleur électronique de puissance (éléments nécessaires à l’alimentation du moteur et à la recharge) et la transmission.
Carburer à l'électrique n'a jamais été aussi IZI !
J'installe une borneLes spécificités des aimants permanents et du moteur à excitation indépendante
Il est également possible de fabriquer des moteurs de voitures électriques à aimants permanents. Il s’agira alors d’une motorisation synchrone et le rotor sera en acier pour engendrer un champ magnétique permanent. Cela permet ainsi de se priver du moteur auxiliaire. Leur conception nécessite toutefois l’emploi de ce que l’on appelle des « terres rares » comme le néodyme ou le dysprosium. Si elles sont en réalité plutôt communes, leurs prix affichent d’importantes fluctuations, ce qui en fait des matériaux sur lesquels il est difficile de compter.
Pour remplacer ces aimants permanents, certains constructeurs se tournent vers la fabrication de moteurs synchrones à excitation indépendante. Il faut pour cela créer un aimant en bobine de cuivre nécessitant la mise en place de processus de fabrication spécifiques. Cette technologie est très prometteuse puisqu’elle limite le poids du moteur en lui permettant de générer un couple important.
Le freinage régénératif, un plus pour le moteur électrique
Quelle que soit la manière dont sont fabriqués les moteurs des voitures électriques, ils sont dotés d’un fonctionnement réversible. Pour cela, un onduleur est inclus dans la conception du moteur. Ainsi, lorsqu’on lève le pied de l’accélérateur d’une voiture électrique, la décélération est plus forte que sur un modèle classique : c’est ce que l’on appelle le freinage régénératif.
En s’opposant à la rotation des roues, le moteur électrique va non seulement permettre le freinage, mais en plus transformer l’énergie cinétique en électricité. Cela donne la possibilité de ralentir l’usure des freins, de réduire la consommation d’énergie et de prolonger l’autonomie de la batterie.
Et la batterie dans tout ça ?
Impossible d’évoquer la fabrication des moteurs des voitures électriques sans aborder la batterie essentielle à leur fonctionnement. Si les moteurs électriques fonctionnent au courant alternatif, les batteries ne peuvent stocker que du courant continu. Il est toutefois possible de recharger sa batterie avec les deux types de courants :
Recharge AC (courant alternatif)
C’est celui que l’on retrouve dans les prises de courant pour véhicules électriques posées chez les particuliers ou dans les petites bornes publiques. La recharge est alors possible grâce au convertisseur embarqué dans chaque véhicule. Selon sa puissance, le temps de charge sera plus ou moins long. Il sera parfois nécessaire de changer son abonnement d’électricité pour permettre cette recharge et le fonctionnement simultané d’autres équipements.
Recharge DC (courant continu)
Ces prises que l’on retrouve à des bornes rapides des aires d’autoroute embarquent un convertisseur très puissant. Ce dernier permet de charger une batterie à une puissance comprise entre 50 et 350 kW.
Tous les moteurs électriques ont donc besoin d’un convertisseur de tension pour pouvoir transformer le courant continu de la batterie en un courant alternatif.
En une décennie, la fabrication des moteurs pour voitures électriques a fait d’impressionnants progrès. Synchrone ou asynchrone : chaque motorisation a ses avantages, ce qui permet aux moteurs électriques de s’adapter à la ville comme aux longs trajets. Il suffit ensuite d’un appel à un professionnel pour faire installer une borne de rechargement chez soi et profiter de ce mode de déplacement vert.
