Moteurs et unités motrices

Alors que l'industrie automobile se tourne rapidement vers l'électrification, le cœur des véhicules électriques (EV) réside dans leurs moteurs et unités motrices. Avec une gamme variée de types de moteurs et d'onduleurs complexes, comprendre les spécificités de ces composants est crucial pour appréhender le fonctionnement interne des véhicules électriques (EV).

Dans cet article exhaustif, nous étudierons en profondeur les moteurs et unités motrices des véhicules électriques, en examinant les différents types de moteurs couramment utilisés dans les EV, en explorant les complexités de l'onduleur et en approfondissant le rôle crucial de ces composants dans la propulsion de la mobilité de demain.

Tout d'abord, nous expliquerons les principes communs des moteurs électriques.

Ensuite, nous présenterons les différents types de moteurs utilisés dans les véhicules électriques, des moteurs à aimants permanents aux moteurs à induction.

Nous examinerons leurs caractéristiques uniques, avantages et limitations, et fournirons des explications sur leurs principes de fonctionnement et leur efficacité.

Ensuite, nous approfondirons le rôle de l'onduleur, qui agit comme le cerveau du système d'entraînement moteur, convertissant la puissance DC de la batterie en puissance AC pour entraîner le moteur.

Nous explorerons les complexités de la conception d'onduleurs, notamment ses différentes stratégies de contrôle, sa gestion thermique et l'électronique de puissance, et mettrons en évidence son rôle essentiel dans l'optimisation des performances du moteur.

De plus, nous aborderons l'intégration des moteurs et des unités motrices dans les véhicules électriques, y compris leur placement, leurs systèmes de refroidissement et l'efficacité globale du système.

Nous examinerons également l'impact de la conception des moteurs et des unités motrices sur des facteurs tels que l'autonomie du véhicule, les performances et le temps de charge, et mettrons en lumière les dernières avancées technologiques dans ce domaine.

Enfin, nous explorerons les perspectives des moteurs et des unités motrices pour les véhicules électriques, notamment les avancées dans la technologie des moteurs, les améliorations de l'électronique de puissance et les tendances émergentes telles que la recharge sans fil et les batteries à électrolyte solide. Nous aborderons également les défis et opportunités associés à ces technologies et leur impact potentiel sur l'avenir de la mobilité électrique.

Que vous soyez passionné de véhicule électrique (EV), ingénieur automobile ou simplement curieux du fonctionnement interne des voitures électriques, cet article complet vous offrira une compréhension approfondie des moteurs et des unités motrices, éclairant les technologies de pointe qui propulsent la mobilité de demain. Rejoignez-nous donc pour un voyage passionnant dans l'univers de la propulsion des véhicules électriques, à la découverte des secrets de la puissance qui façonne l'avenir de la mobilité.

Comment fonctionnent les moteurs électriques ?

Bien qu'il existe plusieurs types de moteurs électriques, les principes sont les mêmes. Les moteurs électriques fonctionnent sur la base des principes de l'électromagnétisme. Ils se composent d'un stator et d'un rotor, le stator étant la partie fixe et le rotor la partie mobile.

Le stator contient des enroulements de bobines reliés à une source d'alimentation, qui génère un courant électrique circulant à travers les enroulements et créant un champ magnétique.

Le rotor, quant à lui, contient des aimants ou des enroulements, et lorsque le champ magnétique généré par le stator interagit avec les aimants ou les enroulements du rotor, il crée une force qui fait tourner le rotor. Ce mouvement de rotation est ensuite transféré à la charge mécanique, comme les roues d'un véhicule, ce qui propulse ce dernier vers l'avant.

Le contrôleur du moteur contrôle la direction et la vitesse de rotation du moteur en faisant varier le courant circulant dans les enroulements du stator, ce qui modifie la force et l'orientation du champ magnétique. Cette technique permet un contrôle précis des performances du moteur, notamment en termes de couple, de vitesse et de puissance.

Différents types de moteurs électriques, tels que les moteurs à aimants permanents et les moteurs à induction, présentent des conceptions et des principes de fonctionnement variés. Toutefois, tous reposent sur l'interaction entre les champs magnétiques et les courants électriques pour générer un mouvement.

Moteurs à induction

Les moteurs à induction, également appelés moteurs asynchrones, sont un type de moteur électrique largement utilisé dans les véhicules électriques (EV) pour leurs caractéristiques uniques et leurs avantages.

En savoir plus sur les moteurs à induction.

Moteurs synchrones à aimants permanents

Les moteurs synchrones sont un type de moteur électrique également utilisé dans les véhicules électriques (EV) pour la propulsion, mais ils fonctionnent différemment des moteurs asynchrones. Les moteurs synchrones nécessitent une connexion physique entre le rotor et le stator, généralement via des aimants permanents, ce qui les distingue des moteurs asynchrones qui reposent sur l'induction électromagnétique.

En savoir plus sur les PMSM.

Moteur synchrone à rotor bobiné

Un moteur synchrone à rotor bobiné, aussi appelé moteur synchrone à bagues d'alimentation, est un type de moteur électrique combinant des caractéristiques des moteurs synchrones et des moteurs à induction à rotor bobiné.

En savoir plus sur les WRSM.

L'onduleur

L'onduleur est un composant crucial de l'unité motrice des véhicules électriques (EV). Il est chargé de convertir le courant continu (DC) stocké dans la batterie du véhicule en courant alternatif (AC), qui sert ensuite à alimenter le moteur électrique entraînant les roues du véhicule.

En savoir plus sur l'onduleur.

Refroidissement du moteur

Le refroidissement est un aspect important de la conception des moteurs électriques dans les véhicules électriques (EV) pour garantir des performances, une efficacité et une fiabilité optimales.

Tout savoir sur le refroidissement

Engrenages

Les véhicules électriques (EV) utilisent généralement différents types de boîtes de vitesses dans leurs unités motrices, en fonction de la conception spécifique et des exigences du véhicule.

Tout savoir sur les boîtes de vitesses.

Configuration des moteurs

Les véhicules électriques (EV) peuvent adopter différentes configurations de moteurs selon la conception spécifique et les exigences du véhicule. Parmi les configurations courantes utilisées dans les EV, on trouve :

Configuration à un seul moteur : Dans une configuration à un seul moteur, un seul moteur électrique est utilisé pour entraîner le véhicule. Ce moteur peut être soit un moteur synchrone à aimants permanents (PMSM), soit un moteur asynchrone (ASM). Il entraîne soit les roues avant, soit les roues arrière du véhicule.

Configuration à deux moteurs : Dans une configuration à deux moteurs, deux moteurs électriques sont utilisés, généralement un pour chaque essieu ou chaque roue. Cette configuration permet une répartition plus précise du couple entre les roues avant et arrière, offrant un meilleur contrôle de traction et des performances accrues, notamment dans les configurations à traction intégrale (AWD). Les moteurs peuvent être des PMSM, WRSM, ASM ou une combinaison.

Configuration à trois moteurs : Une configuration à trois moteurs est similaire à une configuration à deux moteurs, mais avec trois moteurs électriques au lieu de deux. Elle est rare et utilisée sur des modèles haute performance comme la Tesla Model S Plaid et l'Audi SQ8 e-tron. Un avantage est la possibilité de vectorisation de couple.

Configuration à quatre moteurs : Une configuration à quatre moteurs comporte un moteur par roue. Voici quelques-uns des avantages d'avoir quatre moteurs dans un véhicule électrique :

Contrôle de traction précis : Chaque moteur peut ajuster indépendamment le couple de chaque roue, en fonction des conditions de route et des actions du conducteur. Cela peut améliorer la stabilité, la maniabilité et la sécurité du véhicule, notamment en tout-terrain et sur chaussée enneigée. Par exemple, le quadruple moteur du Rivian R1S peut utiliser une fonctionnalité appelée « tank turn » pour pivoter sur place en faisant tourner les roues d'un côté dans une direction et celles de l'autre côté dans la direction opposée.
Vectorisation de couple : Chaque moteur peut également varier le couple de chaque roue pour améliorer la direction et la tenue de route du véhicule. Cela peut réduire le survirage et le sous-virage, problèmes courants dans les véhicules conventionnels. La vectorisation de couple peut aussi rendre le véhicule plus agile, plus réactif et plus ludique à conduire.

Certains modèles dotés d'une configuration à quatre moteurs sont :

Ci-dessous, vous pouvez voir le quad-moteur du Rivian R1T effectuer un « tank turn » avec la configuration à quatre moteurs.