An moteur électriqueIl s'agit d'un dispositif qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique, et depuis l'invention du premier moteur électrique par Faraday, nous avons pu vivre notre vie sans ce dispositif partout.
De nos jours, les voitures évoluent rapidement, passant d'une motorisation principalement mécanique à une motorisation électrique, et l'utilisation des moteurs se généralise. Nombreux sont ceux qui ignorent le nombre de moteurs présents dans leur véhicule ; l'introduction qui suit vous aidera à les identifier.
Applications des moteurs dans les voitures
Pour localiser 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 est possible de régler la hauteur, par exemple l'inclinaison de l'assise, le soutien lombaire, l'appui-tête et la fermeté du siège, parmi d'autres fonctions utilisables sans moteur électrique. D'autres fonctions, comme le rabattement électrique des sièges et le chargement électrique des sièges arrière, font appel à des moteurs électriques.
Les essuie-glaces sont l'exemple le plus courant demoteur électriqueDans les voitures modernes, on trouve généralement au moins un moteur d'essuie-glace pour les essuie-glaces avant. Les essuie-glaces arrière sont de plus en plus courants sur les SUV et les voitures à hayon, ce qui explique leur présence, ainsi que celle des moteurs correspondants, sur la plupart des véhicules. Un autre moteur propulse le liquide lave-glace vers le pare-brise et, sur certaines voitures, vers les phares, qui peuvent être équipés de leur propre 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 possèdent deux ventilateurs, voire plus, dans l'habitacle. Les véhicules haut de gamme disposent également de ventilateurs dans les sièges pour une ventilation optimale des coussins et une meilleure répartition de la chaleur.
Autrefois, l'ouverture et la fermeture des vitres étaient souvent manuelles, mais aujourd'hui, les vitres électriques sont courantes. Chaque vitre, y compris celles du toit ouvrant et de la lunette arrière, est équipée d'un moteur dissimulé. Les actionneurs utilisés pour ces vitres peuvent être de simples relais, mais les exigences de sécurité (détection d'obstacles ou de blocage d'objets, par exemple) imposent l'utilisation d'actionneurs plus sophistiqués, dotés d'un système de surveillance des mouvements et d'une limitation de l'effort nécessaire.
Le passage du verrouillage manuel au verrouillage électrique rend les serrures de voiture plus pratiques. Parmi les avantages de la motorisation, on compte des fonctionnalités pratiques comme la commande à distance, ainsi qu'une sécurité et une intelligence accrues, notamment le déverrouillage automatique après une collision. Contrairement aux vitres électriques, le verrouillage centralisé doit conserver la possibilité d'une commande manuelle, ce qui influe sur la conception du moteur et la structure de la serrure.
Les indicateurs sur les tableaux de bord ou les combinés d'instruments ont pu évoluer vers des diodes électroluminescentes (DEL) ou d'autres types d'affichage, mais aujourd'hui, chaque cadran et indicateur utilise de petits moteurs électriques. Parmi les autres moteurs contribuant au confort, on trouve des fonctions courantes comme le rabattement et le réglage des rétroviseurs extérieurs, ainsi que des applications plus spécifiques comme les capotes de cabriolet, les pédales rétractables et les vitres de séparation entre le conducteur et le passager.
Sous le capot, les moteurs électriques se généralisent. Dans de nombreux cas, ils remplacent les composants mécaniques entraînés par courroie, comme les ventilateurs de radiateur, les pompes à carburant, les pompes à eau et les compresseurs. Le passage d'un entraînement par courroie à un entraînement électrique présente plusieurs avantages. D'une part, l'utilisation de moteurs électriques dans les équipements électroniques modernes est plus économe en énergie que celle de courroies et de poulies, ce qui se traduit par une consommation de carburant réduite, un poids allégé et des émissions polluantes moindres. D'autre part, l'utilisation de moteurs électriques offre une plus grande liberté de conception mécanique, car l'emplacement des pompes et des ventilateurs n'est plus contraint par la courroie serpentine qui devait être fixée à chaque poulie.
Tendances en matière de technologie des moteurs embarqués
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 en matière de conduite autonome et d'intelligence se font sentir, les moteurs électriques seront de plus en plus utilisés dans la voiture, et le type de moteurs utilisés pour la propulsion évolue également.
Alors que la plupart des moteurs automobiles utilisaient auparavant des systèmes 12 V standard, les systèmes bi-tension 12 V et 48 V se généralisent. Le système bi-tension permet de décharger la batterie 12 V de certaines charges à forte intensité. L'avantage d'une alimentation 48 V réside dans une réduction de l'intensité d'un facteur quatre pour une même puissance, et par conséquent dans la réduction du poids des câbles et des enroulements du moteur. Parmi les applications à forte consommation pouvant être converties en 48 V, on peut citer 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 du moteur, on distingue les moteurs à courant continu (CC) et les moteurs à courant alternatif (CA). Ces derniers se divisent en moteurs monophasés et triphasés.
2. Selon leur principe de fonctionnement, les moteurs se divisent en trois catégories : moteurs à courant continu, moteurs asynchrones et moteurs synchrones. Ces derniers se subdivisent en moteurs synchrones à aimants permanents, moteurs synchrones à réluctance et moteurs à hystérésis. Les moteurs asynchrones se divisent quant à eux en moteurs à induction et moteurs à collecteur.
3. Classification selon le mode de démarrage et de fonctionnement - le moteur, selon son mode de démarrage et de fonctionnement, peut être divisé en moteur asynchrone monophasé à démarrage par condensateur, moteur asynchrone monophasé à fonctionnement par condensateur, moteur asynchrone monophasé à démarrage par condensateur et moteur asynchrone monophasé à phase divisée.
4. Classification selon l'utilisation : les moteurs électriques se divisent en moteurs d'entraînement et moteurs de commande. Les moteurs d'entraînement comprennent les outils électroportatifs (perceuses, polisseuses, meuleuses, mortaiseuses, scies, alésoirs, etc.), les appareils électroménagers (lave-linge, ventilateurs, réfrigérateurs, climatiseurs, magnétophones, magnétoscopes, lecteurs DVD, aspirateurs, appareils photo, sèche-cheveux, rasoirs électriques, etc.) et autres petites machines et équipements d'usage courant (petites machines-outils, petits équipements, matériel médical, instruments électroniques, etc.). Les moteurs de commande se divisent 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 - les moteurs peuvent être divisés en moteurs à grande vitesse, moteurs à basse vitesse, moteurs à vitesse constante et moteurs à vitesse variable.
Actuellement, la plupart des moteurs utilisés dans la carrosserie automobile sont des moteurs à courant continu à balais, une solution traditionnelle. Ces moteurs sont simples à entraîner et relativement peu coûteux grâce à la 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 permet de réduire le poids, d'améliorer le rendement énergétique et de diminuer les émissions. Les constructeurs optent donc pour les moteurs BLDC dans les essuie-glaces, les ventilateurs et les pompes des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). Dans ces applications, les moteurs fonctionnent généralement en continu plutôt que de manière intermittente, comme pour les vitres électriques ou les sièges électriques, où la simplicité et le rapport coût-efficacité des moteurs à balais restent des atouts majeurs.
Moteurs électriques adaptés aux véhicules électriques
Le passage des véhicules économes en carburant aux véhicules purement électriques entraînera un déplacement des moteurs électriques vers le cœur de la voiture.
Le système de propulsion est le cœur d'un véhicule électrique ; il se compose d'un moteur, d'un convertisseur de puissance, de divers capteurs et d'une alimentation électrique. Les moteurs adaptés aux véhicules électriques comprennent : 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 variable.
Le moteur à courant continu (CC) convertit l'énergie électrique continue en énergie mécanique. Largement utilisé dans la traction électrique grâce à sa bonne régulation de vitesse, il se caractérise également par un couple de démarrage élevé et une commande relativement simple. De ce fait, il convient parfaitement aux machines démarrant sous forte charge ou nécessitant une régulation de vitesse uniforme, telles que les grands laminoirs réversibles, les treuils, les locomotives électriques, les tramways, etc.
Le moteur à courant continu sans balais est parfaitement adapté aux caractéristiques de charge des véhicules électriques. Grâce à son couple élevé à bas régime, il fournit un couple de démarrage important, répondant ainsi aux exigences d'accélération de ces véhicules. De plus, il fonctionne sur une large plage de vitesses (basse, moyenne et haute) et présente un rendement élevé, notamment à faible charge. Son principal inconvénient réside dans sa conception, plus complexe que celle d'un moteur à courant alternatif, et dans la complexité de son contrôleur, supérieure à celle d'un moteur à courant continu à balais.
Le moteur asynchrone, également appelé moteur à induction, est un dispositif dont le rotor est placé dans un champ magnétique tournant. Sous l'action de ce champ, un couple de rotation est généré, entraînant la rotation du rotor. Sa structure est simple, sa fabrication et sa maintenance aisées. Il présente une vitesse de charge quasi constante et répond aux exigences de la plupart des machines de production industrielles et agricoles. Cependant, la vitesse de rotation du moteur asynchrone est fixe par rapport à celle de son champ magnétique tournant, ce qui limite sa précision de réglage et le rend moins économique et flexible que le moteur à courant continu. De plus, pour les applications à forte puissance et basse vitesse, les moteurs asynchrones sont moins adaptés que les moteurs synchrones.
Le moteur synchrone à aimants permanents est un moteur synchrone qui génère un champ magnétique tournant synchrone par l'excitation d'aimants permanents. Ces aimants, faisant office de rotor, produisent un champ magnétique tournant qui induit des courants triphasés symétriques dans les enroulements du stator triphasé, via l'induit. Ce moteur est compact, léger, possède une faible inertie et une forte densité de puissance, ce qui le rend idéal pour les véhicules électriques à espace restreint. De plus, son rapport couple/inertie élevé, sa capacité de surcharge importante et son couple de sortie élevé, notamment à bas régime, le rendent particulièrement adapté à l'accélération au démarrage des véhicules électriques. C'est pourquoi les moteurs à aimants permanents sont largement reconnus par les acteurs du secteur des véhicules électriques, tant au niveau national qu'international, et équipent de nombreux modèles. Au Japon, par exemple, la plupart des véhicules électriques sont propulsés par des moteurs à aimants permanents, comme la Toyota Prius hybride.
Date de publication : 31 janvier 2024