An moteur électriqueest un appareil qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique, et depuis l'invention du premier moteur électrique par Faraday, nous pouvons vivre nos vies sans cet appareil partout.
De nos jours, les voitures évoluent rapidement, passant d'une motorisation essentiellement mécanique à une motorisation électrique, et l'utilisation de moteurs se généralise. Nombreux sont ceux qui ont du mal à deviner le nombre de moteurs qui équipent leur voiture. L'introduction suivante vous aidera à les découvrir.
Applications des moteurs dans les voitures
Pour savoir où se trouve le moteur dans votre voiture, le siège électrique est l'endroit idéal. Dans les voitures économiques, les moteurs permettent généralement le réglage avant-arrière et l'inclinaison du dossier. Dans les voitures haut de gamme,moteurs électriquesIl permet de régler la hauteur, par exemple l'inclinaison du coussin d'assise, le soutien lombaire, le réglage de l'appui-tête et la fermeté du coussin, entre autres fonctions utilisables sans moteur électrique. Parmi les autres fonctions des sièges utilisant des moteurs électriques, on trouve le rabattement électrique des sièges et le chargement électrique des sièges arrière.
Les essuie-glaces sont l’exemple le plus courant demoteur électriqueApplications dans les voitures modernes. En général, chaque voiture possède au moins un moteur d'essuie-glace pour les essuie-glaces avant. Les essuie-glaces arrière sont de plus en plus populaires sur les SUV et les voitures à hayon, ce qui signifie que la plupart des voitures sont équipées d'essuie-glaces arrière et de leurs moteurs. Un autre moteur pompe le liquide lave-glace vers le pare-brise et, dans certaines voitures, vers les phares, qui peuvent être équipés de leur propre petit essuie-glace.
Presque toutes les voitures sont équipées d'un ventilateur qui fait circuler l'air dans le système de chauffage et de climatisation ; de nombreux véhicules en possèdent deux ou plusieurs dans l'habitacle. Les véhicules haut de gamme sont également équipés de ventilateurs intégrés aux sièges pour la ventilation et la répartition de la chaleur.
Autrefois, les vitres s'ouvraient et se fermaient souvent manuellement, mais les vitres électriques sont désormais courantes. Des moteurs cachés sont intégrés à chaque vitre, y compris les toits ouvrants et les vitres arrière. Les actionneurs utilisés pour ces vitres peuvent être de simples relais, mais les exigences de sécurité (comme la détection d'obstacles ou d'objets coincés) conduisent à l'utilisation d'actionneurs plus intelligents avec surveillance du mouvement et limitation de la force d'entraînement.
En passant du manuel au électrique, les serrures de voiture gagnent en praticité. Les avantages de la commande motorisée incluent des fonctionnalités pratiques comme la commande à distance, ainsi qu'une sécurité et une intelligence accrues, comme le déverrouillage automatique après une collision. Contrairement aux vitres électriques, les serrures de portes électriques doivent conserver la possibilité d'une commande manuelle, ce qui affecte la conception du moteur et la structure de la serrure électrique.
Les indicateurs des tableaux de bord ont peut-être évolué vers des diodes électroluminescentes (DEL) ou d'autres types d'affichage, mais aujourd'hui, tous les cadrans et indicateurs utilisent de petits moteurs électriques. D'autres moteurs de confort incluent des fonctions courantes comme le rabattement et le réglage de la position des rétroviseurs latéraux, ainsi que des applications plus sophistiquées comme les capotes, les pédales rétractables et les séparations vitrées entre le conducteur et le passager.
Sous le capot, les moteurs électriques se généralisent dans de nombreux autres domaines. Dans de nombreux cas, ils remplacent les composants mécaniques entraînés par courroie. On peut citer comme exemples les ventilateurs de radiateur, les pompes à carburant, les pompes à eau et les compresseurs. Le passage de ces fonctions à la transmission électrique présente plusieurs avantages. L'un d'eux est que l'utilisation de moteurs d'entraînement dans les équipements électroniques modernes est plus économe en énergie que l'utilisation de courroies et de poulies, ce qui se traduit par une meilleure consommation de carburant, un poids réduit et une réduction des émissions. L'autre avantage est que l'utilisation de moteurs électriques plutôt que de courroies offre une plus grande liberté de conception mécanique, car les emplacements de montage des pompes et des ventilateurs ne sont pas limités par la courroie serpentine qui doit être fixée à chaque poulie.
Tendances en matière de technologie automobile embarquée
Les moteurs électriques sont indispensables aux endroits indiqués dans le schéma ci-dessus et, par la suite, à mesure que la voiture devient plus électronique et que les progrès de la conduite autonome et de l'intelligence sont réalisés, les moteurs électriques seront de plus en plus utilisés dans la voiture, et le type de moteurs pour la conduite change également.
Alors qu'auparavant la plupart des moteurs automobiles utilisaient des systèmes automobiles standard de 12 V, les systèmes bitension 12 V et 48 V se généralisent désormais, ce système permettant de décharger la batterie 12 V de certaines charges à courant élevé. L'avantage d'une alimentation 48 V est de diviser par quatre le courant à puissance égale, et d'alléger les câbles et les bobinages moteur. Les applications à courant élevé qui peuvent être mises à niveau vers une alimentation 48 V incluent les démarreurs, les turbocompresseurs, les pompes à carburant, les pompes à eau et les ventilateurs de refroidissement. L'installation d'un système électrique 48 V pour ces composants peut permettre une économie de carburant d'environ 10 %.
Comprendre les types de moteurs
Différentes applications nécessitent différents moteurs, et les moteurs peuvent être classés de diverses manières.
1. Classification selon la source d'alimentation : selon la source d'alimentation, le moteur peut être classé en moteurs à courant continu et en moteurs à courant alternatif. Parmi ces moteurs, on distingue également les moteurs à courant alternatif monophasés et les moteurs triphasés.
2. Selon leur principe de fonctionnement, les moteurs peuvent être classés en moteurs à courant continu, moteurs asynchrones et moteurs synchrones. Les moteurs synchrones peuvent également être classés en moteurs synchrones à aimants permanents, moteurs synchrones à réluctance et moteurs à hystérésis. Les moteurs asynchrones peuvent être classés en moteurs à induction et moteurs à collecteur à courant alternatif.
3. Classification selon le mode de démarrage et de fonctionnement - le moteur selon le mode de démarrage et de fonctionnement peut être divisé en moteur asynchrone monophasé démarré par condensateur, moteur asynchrone monophasé fonctionnant par condensateur, moteur asynchrone monophasé fonctionnant par condensateur et moteur asynchrone monophasé à phase divisée.
4. Classification selon l'utilisation : les moteurs électriques peuvent être divisés en moteurs d'entraînement et moteurs de commande. Les moteurs d'entraînement sont classés en outils électriques (perçage, polissage, meulage, mortaisage, découpe, alésage, etc.), appareils électroménagers (machines à laver, ventilateurs, réfrigérateurs, climatiseurs, magnétoscopes, lecteurs DVD, aspirateurs, appareils photo, sèche-cheveux, rasoirs électriques, etc.) et autres petites machines et équipements à usage général (machines-outils, équipements médicaux, instruments électroniques, etc.). Les moteurs de commande sont classés en moteurs pas à pas et servomoteurs.
5. Classification selon la structure du rotor - Le moteur selon la structure du rotor peut être divisé en moteur à induction à cage (l'ancienne norme est appelée moteur asynchrone à cage d'écureuil) et moteur à induction à rotor bobiné (l'ancienne norme est appelée moteur asynchrone bobiné).
6. Classification selon la vitesse de fonctionnement - le moteur selon la vitesse de fonctionnement peut être divisé en moteurs à grande vitesse, moteurs à basse vitesse, moteurs à vitesse constante, moteurs à vitesse.
Actuellement, la plupart des moteurs utilisés dans les carrosseries automobiles utilisent des moteurs à courant continu à balais, une solution traditionnelle. Ces moteurs sont simples à piloter et relativement peu coûteux grâce à la fonction de commutation assurée par les balais. Dans certaines applications, les moteurs à courant continu sans balais (BLDC) offrent des avantages significatifs en termes de densité de puissance, ce qui réduit le poids, la consommation de carburant et les émissions. Les constructeurs optent d'ailleurs pour les moteurs BLDC dans les essuie-glaces, les ventilateurs et les pompes des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) de l'habitacle. Dans ces applications, les moteurs ont tendance à fonctionner pendant de longues périodes plutôt que de manière transitoire, comme pour les vitres ou les sièges électriques, où la simplicité et la rentabilité des moteurs à balais restent des atouts.
Moteurs électriques adaptés aux véhicules électriques
Le passage des véhicules économes en carburant aux véhicules purement électriques entraînera un déplacement vers des moteurs électriques au cœur de la voiture.
Le système d'entraînement du moteur est le cœur d'un véhicule électrique. Il se compose d'un moteur, d'un convertisseur de puissance, de divers capteurs de détection et d'une alimentation. Parmi les moteurs adaptés aux véhicules électriques, on trouve : les moteurs à courant continu, les moteurs à courant continu sans balais, les moteurs asynchrones, les moteurs synchrones à aimants permanents et les moteurs à réluctance commutée.
Le moteur à courant continu convertit l'énergie électrique continue en énergie mécanique. Il est largement utilisé dans les moteurs électriques grâce à ses excellentes performances de régulation de vitesse. Il se caractérise également par un couple de démarrage élevé et une commande relativement simple. Par conséquent, toute machine démarrant sous forte charge ou nécessitant une régulation de vitesse uniforme, comme les grands laminoirs réversibles, les treuils, les locomotives électriques, les tramways, etc., peut être équipée de moteurs à courant continu.
Le moteur à courant continu sans balais est parfaitement adapté aux caractéristiques de charge des véhicules électriques. Grâce à son couple élevé à basse vitesse, il peut fournir un couple de démarrage important pour répondre aux exigences d'accélération des véhicules électriques. Il peut fonctionner à basse, moyenne et haute vitesse sur une large plage de vitesses. Il présente également un rendement élevé, notamment sous faible charge. L'inconvénient est que le moteur lui-même est plus complexe qu'un moteur à courant alternatif et que son contrôleur est plus complexe qu'un moteur à courant continu avec balais.
Un moteur asynchrone, ou moteur à induction, est un dispositif dont le rotor est placé dans un champ magnétique tournant. Sous l'action de ce champ, un couple rotatif est généré, entraînant la rotation du rotor. Sa structure est simple, facile à fabriquer et à entretenir, et sa charge à vitesse quasi constante lui permet de répondre aux exigences de la plupart des machines industrielles et agricoles. Cependant, la vitesse du moteur asynchrone et sa vitesse de synchronisme à champ magnétique tournant ont une vitesse de rotation fixe. La régulation de vitesse est donc difficile, moins économique et flexible que celle d'un moteur à courant continu. De plus, dans les applications à forte puissance et à faible vitesse, les moteurs asynchrones ne sont pas aussi performants que les moteurs synchrones.
Un moteur synchrone à aimants permanents génère un champ magnétique rotatif synchrone par l'excitation d'aimants permanents, qui agissent comme un rotor pour générer un champ magnétique rotatif. Les enroulements triphasés du stator réagissent à travers l'induit sous l'action du champ magnétique rotatif, induisant des courants symétriques triphasés. Compact et léger, ce moteur à aimants permanents présente une faible inertie de rotation et une densité de puissance élevée, ce qui le rend adapté aux véhicules électriques à espace restreint. De plus, il présente un rapport couple/inertie élevé, une forte capacité de surcharge et un couple de sortie élevé, notamment à faible vitesse de rotation, ce qui est idéal pour l'accélération au démarrage des véhicules informatisés. C'est pourquoi les moteurs à aimants permanents ont été largement reconnus par les experts automobiles nationaux et étrangers et ont été utilisés dans de nombreux véhicules électriques. Par exemple, la plupart des véhicules électriques au Japon sont équipés de moteurs à aimants permanents, utilisés dans la Toyota Prius hybride.
Date de publication : 31 janvier 2024