Moteurs électriques : les 5 variantes

Tout comme il existe des moteurs thermiques ayant des carburations différentes, les moteurs électriques peuvent aussi avoir des différences techniques notoires. Car s'ils carburent tous aux électrons, leur manière de les utiliser reste variable d'un bloc à un autre. Ci-après les cinq grands types de moteurs électriques pour voiture ainsi que les incidences de chacun de ces procédés :Moteur à aimant permanent
C'est le moteur le plus répandu dans la production automobile et on peut même dire qu'il a le monopole !
Le rotor (centre du moteur, l'élément qui tourne) est ici composé d'un aimant permanent, à savoir un métal ferreux qui a été fondu en faisant en sorte que les spins des atomes soient tous dans le même sens. Il est refroidir avec ces atomes organisés de la sorte, à savoir tous les atomes qui pointent le + et le - dans la même direction. Le souci est que cela nécessite des terres rares, un sujet assez délicat en ce moment.
Moteur synchrone
Ce type de moteur est dit synchrone, car le courant électrique qui tourne autour du rotor (dans les bobines du stator) aura le même rythme que la vitesse de rotation du rotor. Le courant tournant dans le stator est donc synchronisé (synchrone) avec le rotor. Avec le temps, la démagnétisation de l'aimant permanent peut mener à des baisses de performance. Le moteur électrique à aimant permanent a un excellent rendement tant que les vitesses ne sont pas trop élevées. En effet, à partir d'un certain régime l'aimant produit à son tour un courant parasite contraire dans le stator ... Les perturbations viennent alors freiner la rotation du rotor et l'efficience fond comme neige au soleil.
C'est pour ça que beaucoup de voitures électriques ont un mauvais rendement sur autoroute (bien que ce soit aussi lié à la transmission). Pour pallier cela, certains constructeurs comme Porsche installent une mini-boîte de vitesses à deux rapports, ce qui évite au passage des surchauffes (et donc potentiellement la fonte d'un fil de cuivre dans le stator, ce qui met HS le moteur). Car ce retour (retour de force électromotrice / back EMF en anglais) produit de l'électricité dans le stator, et donc aussi de la chaleur (effet Joule).
Son rendement peut aller jusqu'à 93%, mais c'est une valeur approximative puisque ça dépend du régime et de la conception du moteur. A des vitesses élevées on peut tomber largement sous les 60% de rendement.
Moteur à induction
Le moteur à induction est finalement très proche du moteur à aimant permanent. En effet, au lieu d'intégrer un aimant dans le rotor, on y met à la place un électro-aimant.
Ici pas besoin d'alimenter le rotor en électricité pour que l'électro-aimant du rotor voit des pôles apparaître, c'est beaucoup plus simple et pratique dans les faits. Le courant envoyé dans le stator va devenir un électro-aimant (qui tourne grâce au jeu des courants alternatifs introduits) qui, à son tour, va induire de l'électricité dans le rotor (cage d'écureuil). Le rotor va donc lui aussi devenir un aimant grâce au courant qui le traverse ... Au final, les rotor et stator sont des aimants qui interagissent entre eux, ce qui permet de mouvoir le moteur.
Moteur à balais
C'est ce qu'on retrouve dans les Renault Zoe, à savoir un moteur dont le rotor est constitué d'un électro-aimant (donc des bobines de cuivre). La différence ici avec l'induction est que le courant ne sera pas induit par le stator dans le rotor. C'est beaucoup plus simple à comprendre mais plus fastidieux à mettre en ?uvre. Il s'agit en effet d'alimenter en électricité le rotor, et pour faire cela, on utilise des balais. Les balais permettent d'établir un contact entre la batterie de traction et le rotor qui tourne continuellement (il faut donc établir une connexion électrique entre deux éléments qui sont en mouvement, on fait donc frotter un matériaux conducteur contre la surface du rotor).
Le stator est ici soit composé d'aimants permanents soit de bobines (qui devront alors être alimentées).
Moteur à réluctante variable
Utilisé pour les machines de haute précision dans l'industrie, certaines marques ont eu l'idée de l'exploiter pour la propulsion automobile. Le moteur à réluctance variable n'utilise pas vraiment la force électromagnétique «habituelle» (+ qui attire le moins, - qui repousse le - etc.), mais la réluctance : à savoir qu'un champ magnétique «préfère» traverser certains matériaux que d'autres (un métal plutôt qu'un gaz par exemple).
La réluctance n'est toutefois pas seule à entrer en jeu dans les moteurs de voitures électriques, il ne suffirait pas à garantir un fonctionnement optimal sur toutes les plages de régime, et il pourrait même devenir un peu trop gourmand à bas régime. On associe donc ici la réluctance à des aimants permanents.
Pour les bas régimes, le stator va fonctionner pour stimuler principalement les aimants permanents (selon l'angle du champ magnétique tournant par rapport à l'angle du rotor qui contient les aimants) et pour les hauts régimes cet angle sera positionné pour stimuler principalement la réluctance (en changeant l'angle il en profite aussi pour «casser» le champ magnétique de l'aimant permanent afin de ne pas subir le retour de force électromotrice généré par les aimants dans le stator, le souci numéro un des moteurs à aimants permanents).