Essai de moteur synchrone : qu'est-ce que cela signifie ?
Essai routier

Essai de moteur synchrone : qu'est-ce que cela signifie ?

Essai de moteur 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 cette 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 de 48 volts deviendront de plus en plus populaires.

Pourquoi les moteurs AC

Bien que la source d'électricité dans la personne de la batterie soit le courant continu, les concepteurs de systèmes électriques ne pensent actuellement pas à l'utilisation de moteurs électriques à courant continu. Même avec 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 vous présenterons cette partie du monde automobile car si les voitures électriques existent depuis longtemps dans les automobiles sous forme de démarreurs et d'alternateurs, des technologies complètement nouvelles ont récemment été introduites dans ce domaine.

Toyota, GM et BMW font désormais partie des rares constructeurs à avoir pris eux-mêmes en charge le développement et la production de moteurs électriques. 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. Évidemment, le développement rapide de cette activité permet à ces entreprises de bénéficier de partenariats avec les constructeurs automobiles. Côté technologique, de nos jours, pour les besoins des véhicules électriques et hybrides, on utilise principalement des moteurs synchrones à courant alternatif à rotor externe ou interne.

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 un type de machines électriques à champ magnétique rotatif qui ont une densité de puissance plus élevée. En 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. Comme dans chacun d'eux, il est déphasé de 120 degrés par rapport à l'autre, on obtient le champ magnétique dit tournant. 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 la rotation subséquente. 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 maximale est déterminé par la fréquence du courant d'alimentation et la charge. Cependant, en raison du rendement plus élevé des moteurs synchrones, la plupart des fabricants s'en tiennent à eux.

Moteurs synchrones

Ces unités ont une efficacité et une densité de puissance nettement supérieures. Une différence significative par rapport à 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 ces 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 couplés directement au différentiel de l'essieu moteur et la puissance est transférée aux roues via les arbres d'essieu, ce qui réduit les pertes de transmission mécanique. Avec cette disposition sous le plancher, le centre de gravité est réduit et la conception globale du bloc devient plus compacte. La situation est complètement différente avec la disposition des modèles hybrides. Pour les hybrides complets tels que le monomode (Toyota et Lexus) et le bimode (Chevrolet Tahoe), les moteurs électriques sont liés d'une manière ou d'une autre aux engrenages planétaires de la transmission hybride, auquel cas la compacité nécessite que leur conception soit plus longue et plus petite en diamètre. Dans les hybrides parallèles classiques, les exigences de compacité signifient que l'ensemble qui s'adapte entre le volant et la boîte de vitesses a un diamètre plus grand et est assez plat, des fabricants tels que Bosch et ZF Sachs s'appuyant même sur une conception de rotor en forme de disque. Il existe également des variations du 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 les moteurs électriques sont installés dans les moyeux de roue.

Texte: Georgy Kolev

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