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L’époque des cylindres, des pistons et des gaz d’échappement est révolue. Le moteur d’un véhicule électrique s’articule autour d’un ensemble de composants conçus avec soin pour transformer l’électricité en énergie cinétique via l’émergence d’un champ magnétique.
Principes de base d’un moteur électrique
La différence entre un moteur à combustion et un moteur électrique réside dans le type d’énergie qu’ils convertissent. Dans l’univers auto, un « moteur électrique » fait référence à un dispositif qui transforme l’énergie en énergie cinétique, permettant ainsi le mouvement.
Lorsqu’il s’agit donc de véhicules électriques, où l’énergie cinétique est produite par l’électricité, l’appellation « moteur électrique » est utilisée pour dépeindre le système de propulsion du véhicule. C’est ce qu’on appelle communément la traction.
Comprendre le rôle du stator et du rotor
Pour comprendre le fonctionnement d’une voiture électrique, il faut connaître les éléments physiques qui composent son moteur électrique. Cela débute par une compréhension approfondie des principes fondamentaux régissant ses deux composants principaux : le rotor et le stator.
Une méthode pratique pour différencier les deux est de se rappeler que le stator reste stationnaire (statique), tandis que le rotor subit une rotation. Dans les moteurs électriques, le stator exploite l’énergie pour générer un champ magnétique, ce qui fait tourner le rotor.
Décryptage du fonctionnement d’un moteur à induction
Encore appelé moteur asynchrone, le moteur à induction dépend du stator, alimenté par l’électricité, pour produire un champ magnétique qui tourne. Par conséquent, le rotor tourne continuellement pour tenter de s’aligner sur le champ, sans jamais y parvenir.
Les moteurs asynchrones sont fréquemment utilisés dans les véhicules électriques destinés à des trajets prolongés à grande vitesse. L’assemblage permettant le fonctionnement du moteur électrique est aussi constitué de contrôleurs électroniques de puissance.
Le principe de l’induction électromagnétique
L’induction électromagnétique se produit lorsqu’un courant électrique est généré dans un conducteur exposé à un champ magnétique changeant. Ce phénomène est le principe fondamental des générateurs électriques.
Lorsqu’une force extérieure, telle que le pédalage d’une roue de vélo pour une dynamo, est appliquée, un aimant situé dans une bobine stationnaire est mis en mouvement. En tournant, l’aimant crée un champ magnétique qui change de direction, ce qui donne un champ variable.
La génération du champ magnétique rotatif
Les machines à courant continu sont composées d’un stator qui abrite le circuit inducteur (soit un enroulement porteur de courant, soit des aimants permanents) chargé de produire un champ magnétique constant, d’un rotor où est enroulé le circuit d’induit porteur de courant, et d’un système balai-collecteur utilisé pour inverser le courant.
L’interaction entre le champ magnétique et les spires de l’induit se traduit par des couples de forces qui propulsent la rotation du rotor.
Le rôle de l’électroaimant mobile : le rotor
Tel que susmentionné dans le décryptage du fonctionnement du moteur, le rotor, monté sur un axe, est une bobine qui fournit l’énergie mécanique nécessaire à la rotation. Il tourne à un rythme rapide et peut contenir des conducteurs qui transportent le courant électrique et interagissent avec le champ magnétique du stator.
L’importance du stator dans ce processus
Le stator est le composant stationnaire du moteur électrique. Il est constitué de bobines de cuivre, appelées enroulements, disposées uniformément sur un noyau de fer laminé. La circulation du courant électrique dans les enroulements du stator entraîne la création d’un champ magnétique stationnaire.
Le convertisseur : un élément clé du système
Pendant les phases de décélération, les moteurs synchrones et asynchrones ont la capacité de convertir l’énergie mécanique en électricité de manière réversible. Le convertisseur se positionne ainsi comme un composant essentiel du fonctionnement du moteur électrique.
Conversion du courant alternatif en courant continu
Selon le champ d’action, un moteur électrique fonctionne soit en courant alternatif, soit en courant continu. Cela est déterminé par la synchronisation de la vitesse de rotation du rotor avec le champ magnétique produit par le stator. La conversion du courant continu en courant alternatif se fait grâce à un onduleur.
Rôle du convertisseur dans la gestion de l’énergie
Un convertisseur d’énergie est chargé de transformer un type d’énergie en un autre. Dans le contexte du moteur d’une voiture, ce dernier agit comme un convertisseur en transformant l’énergie chimique en énergie mécanique et en chaleur.
Il est important de noter qu’un convertisseur n’est pas à même de stocker ou de générer de l’énergie. Selon le principe de la conservation de l’énergie, l’énergie totale qui sort d’un convertisseur est toujours égale à l’énergie qui y entre.
Impact du convertisseur sur les performances du véhicule
La puissance du moteur de voiture électrique dépend aussi du rendement, à savoir le rapport entre l’électricité consommée et l’énergie mécanique produite. En d’autres termes, le convertisseur impacte de façon significative le rendement du véhicule dans sa globalité.
Le but est de diminuer les pertes de puissance afin de parvenir à une efficacité énergétique optimale. Plus le moteur d’un véhicule électrique est efficient, plus il peut supporter de puissance pour créer une énergie cinétique utile au fonctionnement de l’engin.
Alimentation et gestion de l’énergie dans une voiture électrique
La voiture ne peut pas fonctionner sans une alimentation électrique. Les véhicules électriques ou hybrides rechargeables peuvent être rechargés de diverses manières, dont par câble. Une fois que la batterie a emmagasiné de l’énergie, celle-ci doit être convertie en mouvement pour propulser la voiture.
C’est là que le système de transmission entre en jeu. En plus de la recharge par câble, un véhicule sans émission a la capacité de produire sa propre électricité, ce qui constitue un avantage non négligeable !
Fonctionnement et entretien de la batterie haute tension
La batterie haute tension (lithium-ion) est considérée comme la technologie standard dans l’industrie automobile, plus précisément dans celui des véhicules électriques. Cela en raison de sa disposition à faire circuler les électrons entre deux électrodes, l’une positive et l’autre négative, séparées par un liquide conducteur ionique appelé électrolyte.
Pendant la décharge, les électrons se déplacent de l’électrode négative vers l’électrode positive à travers un circuit externe. En revanche, durant la charge, les électrons repartent de l’électrode positive vers l’électrode négative lorsque l’énergie est fournie par le chargeur.
Après les premières années, les coûts d’entretien d’un véhicule électrique coûtent environ 800 € par an, contre à peu près 1 000 € annuellement pour une voiture thermique.
En outre, la durée de vie d’une batterie haute tension dans un engin électrique est limitée. Actuellement, on s’attend à ce que ces batteries durent approximativement 10 ans. Passé ce délai, les performances de la batterie diminuent sensiblement.
Comment est acheminé le courant vers le moteur ?
Le moteur électrique est chargé de convertir l’énergie électrique en mouvement mécanique. Son efficacité est essentielle au bon rendement ou fonctionnement et aux performances du véhicule.
Le moteur fonctionne en utilisant l’interaction entre le courant électrique et un champ magnétique, qui est généré lorsque l’énergie électrique de la batterie est fournie au moteur. Ce champ magnétique actionne les pièces mécaniques du moteur, ce qui permet aux roues de l’engin de tourner et à la voiture de se déplacer.
Pourquoi opter pour un moteur de 100 kW ?
Un véhicule électrique peut être chargé rapidement à partir de 100 kW en crête, de la même manière qu’un moteur à combustion interne atteint sa puissance maximale sur une plage spécifique. Toutefois, il est important de tenir aussi compte de la taille de la batterie.
Plus celle-ci est grande, vous pourrez profiter plus longtemps des avantages des pics de charge. En outre, une solution de stockage plus conséquente signifie également une capacité de charge plus robuste.
Les différents types de moteurs électriques pour voitures
Le courant alternatif (CA) et le courant continu (CC) sont deux types de flux électriques différents. Le CC désigne un courant dans lequel la charge électrique circule dans une seule direction, tandis que le CA change de sens à intervalles réguliers.
Les moteurs à CC sont couramment utilisés dans les véhicules électriques, mais principalement sous la forme de mini-moteurs. Ils sont généralement employés pour actionner les essuie-glaces et les vitres, et non pour propulser le véhicule lui-même. En revanche, la traction des véhicules électriques est assurée par un moteur à CA.
Il existe deux types de moteurs à courant alternatif : les moteurs à induction (asynchrones) et les moteurs synchrones.
Comment fonctionne un véhicule hybride ? Comparaison avec une voiture 100 % électrique
En règle générale, une voiture hybride se compose d’un moteur thermique, d’un ou plusieurs moteurs électriques et d’une batterie de traction. Le moteur à combustion fournit l’énergie thermique par le biais du carburant, tandis que le moteur électrique prend le relais à des vitesses plus faibles, en rechargeant la batterie avec l’énergie accumulée lors de la décélération ou du freinage.
Un véhicule électrique fonctionne uniquement à l’électricité et ne possède pas de moteur à combustion interne. Il dépend d’une alimentation secteur (prise domestique, etc.) pour se recharger, et une charge complète peut prendre plusieurs heures sans chargeur ou des bornes de recharge rapide. En d’autres termes, une fois que le véhicule électrique est déchargé, il ne peut plus être conduit.
Prix et coût d’entretien d’une voiture électrique : ce qu’il faut savoir
Le moteur d’une telle voiture fonctionne grâce à un procédé physique qui a vu le jour à la fin du 19ᵉ siècle. En dépit des évolutions notables observées dans l’industrie, son coût reste toutefois élevé, en raison du coût exorbitant de la production des batteries. Opter pour une voiture électrique d’occasion peut être une option viable. Les variations de prix entre les différents modèles sont en outre stupéfiantes.
- Pour un véhicule neuf, il faudra prévoir en moyenne entre 35 000 et 100 000 €.
- Pour un véhicule d’occasion, la moyenne se situe entre 5 000 et 20 000 €.
Concernant l’entretien, après une période de 5 ans, les coûts d’entretien annuels d’un véhicule électrique avoisineront les 800 €.
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