Petit guide détaillé du fonctionnement d’un moteur de voiture électrique.
Vous vous êtes sûrement déjà demandé comment fonctionne le moteur d'une voiture électrique... Voici quelques éclaircissements ! Préparez-vous à découvrir tous les secrets de ce composant clé des véhicules électriques. Nous allons vous détailler les éléments nécessaires à la bonne marche du moteur d’une voiture électrique et les principes qui le régissent. Les véhicules électriques vous passionnent et vous êtes curieux de savoir comment ces moteurs électriques prennent vie ? Plongeons ensemble dans les rouages d'un moteur de voiture électrique.
Commençons par un peu d’histoire !
Tout commence dans les années 1830, lorsque quelques génies de l'électricité comme Robert Anderson et Thomas Davenport créent les premiers prototypes de voitures électriques. Malheureusement, ces modèles ne disposaient pas encore de batteries rechargeables, car cette technologie n'existait tout simplement pas à l'époque.
Il faut attendre 1859 pour que Gaston Planté invente la première batterie rechargeable au plomb, qui sera ensuite améliorée grâce aux travaux de Camille Faure en 1881. Grâce à ces avancées technologiques, les voitures équipées de moteurs électriques deviennent enfin viables, car elles peuvent désormais être rechargées.
Le moteur électrique prend alors son essor. En 1900, de nombreux taxis électriques circulent dans les rues de New York. À cette époque, les voitures électriques sont considérées comme faciles à démarrer et ne produisent pas de fumée. Cependant, elles furent rapidement détrônées par le perfectionnement du moteur à explosion.
Découvrons les composants essentiels du moteur électrique
Le moteur d'un véhicule électrique est composé de plusieurs éléments travaillant de concert. Découvrons-les ensemble ! Vous pouvez également parcourir notre FAQ dédiée aux véhicules électriques.
Tout d'abord, il y a l'accumulateur qui est un peu le chef d'orchestre du moteur de la voiture électrique : tout part de lui. Il s'agit généralement d'une batterie Lithium-Ion ou d'une batterie Ni MH qui fournit le courant nécessaire pour faire fonctionner le moteur.
Ensuite, il y a le stator qui est la partie périphérique du moteur, celle qui ne bouge pas. Il est habituellement constitué de bobines qui sont plus ou moins alimentées (ou plus ou moins alternées dans le cas des moteurs à courant alternatif) pour faire tourner le rotor.
Et enfin, le fameux rotor : la partie mobile du moteur du véhicule électrique. Le rotor est la partie qui tourne et qui est reliée aux roues.
En somme, un moteur de voiture électrique est un peu comme un orchestre : chaque élément joue sa partition pour créer une symphonie parfaite et faire avancer votre véhicule électrique.
Continuons avec quelques principes de base
Pour comprendre comment fonctionne le moteur d’un véhicule électrique, il est essentiel de bien se représenter l'interaction entre deux champs magnétiques. Tout commence par l'envoi d'un courant électrique à une bobine de fil, créant ainsi un champ magnétique autour de cette bobine. Cette force magnétique peut ensuite interagir avec un second champ magnétique pour créer un mouvement.
Dans un moteur de voiture électrique, on retrouve un aimant permanent fixe appelé stator, et un électroaimant mobile appelé rotor. Le stator est généralement un aimant générant un champ magnétique stable. Le rotor, quant à lui, contient des bobines de fil. Lorsqu'un courant électrique est appliqué aux bobines du rotor, il génère un champ magnétique qui varie en fonction de la fréquence du courant électrique envoyé. Cette variation du champ magnétique entraîne alors la rotation du rotor. Cette rotation est ensuite utilisée pour faire tourner un axe relié à une charge, en l'occurrence les roues de la voiture. La charge utilise alors l'énergie mécanique produite par le moteur électrique.
La vitesse à laquelle le rotor tourne dépend de la fréquence du courant électrique envoyé. La vitesse du véhicule peut donc être facilement ajustée en modulant tout simplement cette fréquence. Il convient de noter que les moteurs des voitures électriques présentent des pertes thermiques dues à l'effet Joule, c'est-à-dire qu'une partie de l'énergie électrique est convertie en chaleur plutôt qu'en mouvement.
Le moteur n’est rien sans quelques autres ingrédients essentiels
Vous vous demandez quels autres éléments interviennent dans le fonctionnement du moteur d'un véhicule électrique ? Ce n'est pas si compliqué lorsque c'est expliqué clairement ! Tout démarre de la batterie, qui est un peu l'équivalent d'un réservoir sur un véhicule thermique. Elle stocke l'électricité produite par le moteur du véhicule électrique lorsque les freins sont actionnés ou lors de la recharge. Cette électricité stockée est ensuite utilisée pour alimenter le moteur électrique et faire avancer votre véhicule vert.
Véritable cœur du véhicule électrique, le moteur électrique est alimenté par l'électricité stockée dans la batterie. Lorsque vous appuyez sur l'accélérateur, un dispositif appelé contrôleur régule en permanence la quantité d'électricité pour maintenir la vitesse souhaitée.
Le moteur d’une voiture électrique dispose d’une plage de fonctionnement très élevée (jusqu’à 16 000 tours / minutes sur certains modèles), de sorte qu'il n'est pas nécessaire de l’équiper d’une transmission, d’un embrayage ou d’un convertisseur de couple. Il n'a pas non plus besoin de régime de ralenti, ce qui simplifie sa mécanique. C'est un peu comme si le moteur du véhicule électrique était directement relié aux roues ! Il existe cependant un système de réduction de vitesse qui permet de synchroniser la vitesse du moteur avec celle des roues.
Enfin, votre véhicule électrique est équipé de divers capteurs et de dispositifs de contrôle électronique qui surveillent et régulent divers systèmes à l'intérieur du véhicule, comme le moteur électrique, le bloc-batterie et le système de réduction de vitesse. Ces systèmes fonctionnent de concert, pour aider le véhicule électrique à rouler de manière efficace et efficiente.
Zoom sur les différents types de moteurs de véhicules électriques
Chez Volkswagen, notre gamme de véhicules électriques est équipée de moteurs synchrones à aimants permanents sans balais. Le moteur électrique synchrone à aimant permanent permet d’offrir à la gamme ID de belles performances tout en lui conférant une réelle fiabilité. Pour suivre toute l’actualité de la gamme ID, c’est par ici.
Le fonctionnement de ce genre de moteur pour véhicule électrique repose sur des impulsions électriques obtenues grâce aux bobines placées de part et d'autre du stator. Ce système présente de nombreux avantages, notamment celui de ne pas avoir besoin d'alimenter le rotor, ce qui évite l'usure des balais ou des charbons. Cela réduit également la chaleur générée par effet Joule, augmentant ainsi la longévité de certains composants.
En outre, le fait que le rotor ne soit pas traversé par du courant lui permet de maintenir facilement une vitesse constante, même lorsqu'une charge est appliquée pour le freiner. Cela permet par ailleurs d'augmenter la durée de vie de la motorisation et de réduire les coûts d'entretien. Il s’agit d’un des secrets de notre plateforme modulaire électrique baptisée « MEB ».
Ajoutez à cela notre nouvelle technologie Hairpin utilisée pour l'assemblage du stator, qui permet de remplir les interstices du noyau feuilleté avec des bobines de cuivre plates préformées, augmentant ainsi la densité du couple et le rendement de la motorisation électrique. Le résultat est un couple maximal même à faible régime moteur, ce qui signifie qu'une seule boîte de vitesses suffit pour couvrir toute la plage de vitesses de rotation.
Parmi les autres types de moteurs de véhicules électriques, citons par exemple le moteur à induction. Ce dernier est similaire au moteur à aimant permanent, à la différence qu'il utilise un électro-aimant à la place d'un aimant permanent dans le rotor. Cela rend son fonctionnement plus simple et pratique. Le courant envoyé dans le stator crée un électro-aimant qui induit de l'électricité dans le rotor. Le rotor devient alors également un aimant, ce qui permet de faire tourner le moteur grâce à l'interaction entre les aimants du rotor et du stator.
Il existe aussi des moteurs dits à réluctance commutée. Il s'agit d'un type de moteur à courant alternatif qui utilise un aimant rotatif pour générer un certain couple. Ce type de moteur est connu pour sa simplicité et sa solidité. Il repose sur le concept de réluctance magnétique, c'est-à-dire la préférence de certains matériaux à être parcourus par un champ magnétique. Ces moteurs présentent de grands avantages en termes de couple, de densité de puissance et de rendement élevé. Ils ont ainsi souvent équipé des machines industrielles, avant d'être adaptés à l'industrie automobile.
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