Moteur électrique synchrone: qu'est-ce que cela signifie?

Moteur électrique synchrone: qu'est-ce que cela signifie?

Les voitures électriques sont toujours éclipsées par le développement des batteries

Le développement rapide des groupes motopropulseurs hybrides et les progrès sans précédent de ces dernières années dans le domaine des véhicules électriques sont au cœur du développement de la technologie des batteries. Ils nécessitent un maximum de ressources de la part des développeurs et représentent le plus grand défi pour les concepteurs. Cependant, il ne faut pas sous-estimer le fait que les progrès dans le développement des technologies avancées au lithium-ion s'accompagnent de progrès significatifs dans le domaine de la régulation de puissance des courants électriques et des moteurs électriques. Il s'est avéré que bien que les moteurs électriques aient un rendement élevé, ils ont un champ de développement sérieux.

Les concepteurs s'attendent à ce que l'industrie se développe à un rythme extrêmement élevé, non seulement parce que les véhicules électriques sont de plus en plus courants, mais aussi parce que l'électrification des véhicules à combustion est un élément important des niveaux d'émissions fixés dans l'Union européenne.

Bien que le moteur électrique ait une histoire ancienne, les concepteurs sont aujourd'hui confrontés à de nouveaux défis. Les moteurs électriques, selon le but, peuvent avoir une conception étroite et un grand diamètre ou un petit diamètre et un corps long. Leur comportement dans les véhicules électriques purs diffère de celui des véhicules hybrides, où la chaleur générée par le moteur à combustion interne doit être prise en compte. Pour les véhicules électriques, la plage de vitesse est plus large, et ceux installés dans un système hybride parallèle dans la transmission doivent être optimisés pour fonctionner dans la plage de vitesse du moteur à combustion. La plupart des machines fonctionnent à haute tension, mais les machines électriques alimentées en 48 volts deviendront de plus en plus populaires.

Pourquoi les moteurs AC

Malgré le fait que la source d'électricité dans la personne de la batterie est le courant continu, les concepteurs de systèmes électriques ne pensent actuellement pas à l'utilisation de moteurs à courant continu. Même en tenant compte des pertes de conversion, les unités AC, en particulier les synchrones, surpassent les unités DC. Mais que signifie réellement un moteur synchrone ou asynchrone? Nous allons vous présenter cette partie du monde automobile car si les voitures électriques existent depuis longtemps dans les voitures sous forme de démarreurs et d'alternateurs, des technologies complètement nouvelles ont récemment été introduites dans ce domaine.

Maintenant Toyota, GM и BMW sont l'un des rares fabricants à avoir pris en charge le développement et la production de moteurs électriques eux-mêmes. Même la filiale de Toyota, Lexus, fournit ces appareils à une autre société, la japonaise Aisin. La plupart des entreprises s'appuient sur des fournisseurs comme ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec ou des entreprises chinoises. Evidemment, le développement rapide de cette activité permet à ces entreprises de bénéficier de partenariats avec les constructeurs automobiles. Quant au côté technologique des choses, de nos jours, pour les besoins des véhicules électriques et hybrides, les moteurs synchrones à courant alternatif à rotor externe ou interne sont principalement utilisés.


La capacité de convertir efficacement les batteries CC en CA triphasé et vice versa est largement due aux progrès de la technologie de contrôle. Cependant, les niveaux de courant dans l'électronique de puissance atteignent des niveaux plusieurs fois plus élevés que ceux trouvés dans un réseau électrique domestique, et dépassent souvent 150 ampères. Cela génère beaucoup de chaleur que l'électronique de puissance doit gérer. À l'heure actuelle, le volume des dispositifs de contrôle électroniques est encore important car les dispositifs de contrôle électroniques à semi-conducteurs ne peuvent pas être réduits avec une baguette magique.

Les moteurs synchrones et asynchrones sont tous deux d'un type de machine électrique à champ magnétique rotatif qui a une densité de puissance plus élevée. Dans le cas général, le rotor d'un moteur à induction est constitué d'un simple paquet de tôles pleines avec des enroulements court-circuités. Le courant circule dans les enroulements du stator par paires opposées, le courant provenant de l'une des trois phases circulant dans chaque paire. Etant donné que dans chacun d'eux, il est décalé en phase de 120 degrés par rapport à l'autre, on obtient un champ magnétique dit rotatif. Ceci, à son tour, induit un champ magnétique dans le rotor, et l'interaction entre deux champs magnétiques - tournant dans le stator et le champ magnétique du rotor, conduit à l'entraînement de ce dernier et à sa rotation ultérieure. Cependant, dans ce type de moteur électrique, le rotor est toujours en retard sur le champ, car s'il n'y a pas de mouvement relatif entre le champ et le rotor, il n'induira pas de champ magnétique dans le rotor. Ainsi, le niveau de vitesse maximum est déterminé par la fréquence du courant d'alimentation et de la charge. Cependant, en raison du rendement plus élevé des moteurs synchrones, la plupart des fabricants y adhèrent.

Moteurs synchrones

Ces unités ont une efficacité et une densité de puissance nettement supérieures. Une différence significative avec un moteur à induction est que le champ magnétique dans le rotor n'est pas créé par interaction avec le stator, mais est le résultat soit du courant circulant à travers les enroulements supplémentaires installés dans celui-ci, soit d'aimants permanents. Ainsi, le champ dans le rotor et le champ dans le stator sont synchrones, et la vitesse maximale du moteur dépend également de la rotation du champ, respectivement, de la fréquence du courant et de la charge. Pour éviter la nécessité d'une alimentation supplémentaire aux enroulements, ce qui augmente la consommation d'énergie et complique la régulation actuelle dans les véhicules électriques modernes et les modèles hybrides, des moteurs électriques à excitation dite constante sont utilisés, c.-à-d. avec des aimants permanents. Comme déjà mentionné, presque tous les fabricants de telles voitures utilisent actuellement des unités de ce type.Par conséquent, selon de nombreux experts, il y aura toujours un problème avec une pénurie d'éléments de terres rares coûteux, le néodyme et le dysprosium. Les moteurs synchrones sont disponibles en différentes variétés et solutions de technologies mixtes telles que BMW ou GM, mais nous vous en dirons plus.

Construction

Les moteurs de véhicules purement électriques sont généralement connectés directement au différentiel d'essieu moteur et la puissance est transmise aux roues via les arbres d'essieu, ce qui réduit les pertes de transmission. Avec cette disposition sous le plancher, le centre de gravité est réduit et la structure globale du bloc devient plus compacte. La situation est complètement différente avec la disposition des modèles hybrides. Pour les hybrides complets tels qu'un mode (Toyota et Lexus) et deux modes (Chevrolet Les moteurs électriques Tahoe) sont d'une certaine manière connectés aux engrenages planétaires de la transmission hybride, auquel cas la compacité nécessite que leur conception soit allongée et de plus petit diamètre. Dans les hybrides parallèles classiques, les exigences de compacité signifient que l'ensemble qui s'insère entre le volant et la boîte de vitesses est plus grand en diamètre et assez plat, et des fabricants tels que Bosch et ZF Sachs s'appuient même sur une conception de rotor en forme de disque. Il existe également des variantes de rotor - alors que dans la Lexus LS 600h, l'élément rotatif est situé à l'intérieur, dans certains modèles Mercedes le rotor rotatif est à l'extérieur. Cette dernière conception est également extrêmement pratique dans les cas où des moteurs électriques sont montés dans des moyeux de roue.

Texte: Georgy Kolev

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