Types de moteurs utilisés dans les véhicules électriques

Les véhicules électriques ne sont pas quelque chose de nouveau dans ce monde, mais avec les progrès technologiques et les préoccupations croissantes en matière de contrôle de la pollution, cela lui a valu une mobilité future. L'élément central de l'EV, à l'exception des batteries de véhicules électriques, qui remplace les moteurs à combustion interne, est un moteur électrique. Le développement rapide dans le domaine de l'électronique de puissance et des techniques de contrôle a créé un espace pour divers types de moteurs électriques à utiliser dans les véhicules électriques. Les moteurs électriques utilisés pour les applications automobiles doivent avoir des caractéristiques telles qu'un couple de démarrage élevé, une densité de puissance élevée, un bon rendement, etc.

Différents types de moteurs électriques utilisés dans les véhicules électriques

Moteur série DC
Moteur à courant continu sans balais
Moteur synchrone à aimant permanent (PMSM)
Moteurs à induction triphasés
Moteurs à réluctance commutée (SRM)

1. Moteur série DC

La capacité de couple de démarrage élevée du moteur de la série DC en fait une option appropriée pour les applications de traction. C'était le moteur le plus utilisé pour les applications de traction au début des années 1900. Les avantages de ce moteur sont un contrôle facile de la vitesse et il peut également résister à une augmentation soudaine de la charge. Toutes ces caractéristiques en font un moteur de traction idéal. Le principal inconvénient du moteur de la série DC est la maintenance élevée due aux balais et aux commutateurs. Ces moteurs sont utilisés dans les chemins de fer indiens. Ce moteur entre dans la catégorie des moteurs à balais CC.

2. Moteurs CC sans balais

Il est similaire aux moteurs à courant continu avec aimants permanents. Il est appelé brushless car il n'a pas de disposition de collecteur et de balai. La commutation se fait électroniquement dans ce moteur car les moteurs BLDC sont sans entretien. Les moteurs BLDC ont des caractéristiques de traction comme un couple de démarrage élevé, un rendement élevé d'environ 95 à 98%, etc. Les moteurs BLDC conviennent à une approche de conception à haute densité de puissance. Les moteurs BLDC sont les moteurs les plus préférés pour l'application de véhicules électriques en raison de leurs caractéristiques de traction. Vous pouvez en savoir plus sur les moteurs BLDC en les comparant avec un moteur à balais normal.

Les moteurs BLDC ont en outre deux types:

je. Moteur BLDC de type Out-runner:

Dans ce type, le rotor du moteur est présent à l'extérieur et le stator est présent à l'intérieur. Il est également appelé moteurs de moyeu car la roue est directement connectée au rotor extérieur. Ce type de moteurs ne nécessite pas de système d'engrenage externe. Dans quelques cas, le moteur lui-même a des engrenages planétaires intégrés. Ce moteur rend l'ensemble du véhicule moins encombrant car il ne nécessite aucun système d'engrenage. Il élimine également l'espace requis pour le montage du moteur. Il y a une restriction sur les dimensions du moteur qui limite la puissance de sortie dans la configuration en coulisse. Ce moteur est largement préféré par les fabricants de cycles électriques comme Hullikal, Tronx, Spero, les vélos de vitesse légère, etc. Il est également utilisé par les fabricants de deux-roues comme 22 Motors, NDS Eco Motors, etc.

ii. Moteur BLDC de type In-Runner:

Dans ce type, le rotor du moteur est présent à l'intérieur et le stator est à l'extérieur comme les moteurs classiques. Ces moteurs nécessitent un système de transmission externe pour transférer la puissance aux roues, à cause de cela, la configuration hors coureur est peu encombrante par rapport à la configuration en coureur. De nombreux fabricants de trois roues comme Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive utilisent des moteurs BLDC. Les fabricants de scooters à faible et moyenne performance utilisent également des moteurs BLDC pour la propulsion.

C'est pour ces raisons que c'est un moteur largement préféré pour une application de véhicule électrique. Le principal inconvénient est le coût élevé dû aux aimants permanents. La surcharge du moteur au-delà d'une certaine limite réduit la durée de vie des aimants permanents en raison des conditions thermiques.

3. Moteur synchrone à aimant permanent (PMSM)

Ce moteur est également similaire au moteur BLDC qui a des aimants permanents sur le rotor. Semblables aux moteurs BLDC, ces moteurs ont également des caractéristiques de traction telles qu'une densité de puissance élevée et un rendement élevé. La différence est que PMSM a une EMF arrière sinusoïdale alors que BLDC a une EMF arrière trapézoïdale. Des moteurs synchrones à aimant permanent sont disponibles pour des puissances nominales plus élevées. PMSM est le meilleur choix pour les applications haute performance comme les voitures, les bus. Malgré le coût élevé, le PMSM offre une concurrence féroce aux moteurs à induction en raison d'une efficacité accrue par rapport à ces derniers. Le PMSM est également plus coûteux que les moteurs BLDC. La plupart des constructeurs automobiles utilisent des moteurs PMSM pour leurs véhicules hybrides et électriques. Par exemple, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, zéro motos S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3, etc. utilisent un moteur PMSM pour la propulsion.

4. Moteurs à induction triphasés

Les moteurs à induction n'ont pas un couple de démarrage élevé comme les moteurs de la série CC sous tension fixe et fonctionnement à fréquence fixe. Mais cette caractéristique peut être modifiée en utilisant diverses techniques de contrôle comme les méthodes FOC ou v / f. En utilisant ces méthodes de commande, le couple maximal est rendu disponible au démarrage du moteur qui convient à l'application de traction. Les moteurs à induction à cage d'écureuil ont une longue durée de vie en raison de moins d'entretien. Les moteurs à induction peuvent être conçus avec un rendement de 92 à 95%. L' inconvénient d'un moteur à induction est qu'il nécessite un circuit inverseur complexe et que le contrôle du moteur est difficile.

Dans les moteurs à aimants permanents, les aimants contribuent à la densité de flux B. Par conséquent, l'ajustement de la valeur de B dans les moteurs à induction est facile par rapport aux moteurs à aimants permanents. C'est parce que dans les moteurs à induction, la valeur de B peut être ajustée en faisant varier la tension et la fréquence (V / f) en fonction des exigences de couple. Cela aide à réduire les pertes, ce qui améliore à son tour l'efficacité.

Tesla Model S est le meilleur exemple pour prouver la capacité de haute performance des moteurs à induction par rapport à ses homologues. En optant pour des moteurs à induction, Tesla aurait pu vouloir éliminer la dépendance aux aimants permanents. Même Mahindra Reva e2o utilise un moteur à induction triphasé pour sa propulsion.Les grands constructeurs automobiles comme les moteurs TATA ont prévu d'utiliser des moteurs à induction dans leurs voitures et bus. Le fabricant de deux roues TVS Motors lancera un scooter électrique qui utilise un moteur à induction pour sa propulsion. Les moteurs à induction sont le choix préféré pour les véhicules électriques axés sur les performances en raison de leur faible coût. L'autre avantage est qu'il peut résister à des conditions environnementales difficiles. En raison de ces avantages, les chemins de fer indiens ont commencé à remplacer leurs moteurs à courant continu par des moteurs à induction à courant alternatif.

5. Moteurs à réluctance commutée (SRM)

Les moteurs à réluctance commutée sont une catégorie de moteurs à réluctance variable à double saillance. Les moteurs à réluctance commutée sont de construction simple et robustes. Le rotor du SRM est une pièce d'acier laminé sans enroulement ni aimants permanents. Cela réduit l'inertie du rotor, ce qui contribue à une accélération élevée. La nature robuste du SRM le rend adapté à l'application à grande vitesse. SRM offre également une densité de puissance élevée qui sont certaines des caractéristiques requises des véhicules électriques. La chaleur générée étant principalement confinée au stator, il est plus facile de refroidir le moteur. Le plus gros inconvénient du SRM est la complexité du contrôle et l'augmentation du circuit de commutation. Il a également des problèmes de bruit. Une fois que SRM entre sur le marché commercial, il peut remplacer les moteurs PMSM et à induction à l'avenir.

Informations sur la sélection du bon moteur pour votre véhicule électrique

Pour sélectionner les moteurs de véhicules électriques appropriés, il faut d'abord énumérer les exigences de performances que le véhicule doit satisfaire, les conditions de fonctionnement et le coût qui y est associé. Par exemple, pour les véhicules de karting et les applications à deux roues qui nécessitent moins de performances (généralement moins de 3 kW) à faible coût, il est bon d'opter pour les moteurs BLDC Hub. Pour les trois-roues et les deux-roues, il est également bon de choisir des moteurs BLDC avec ou sans système d'engrenage externe. Pour les applications à haute puissance comme les deux-roues, les voitures, les bus, les camions, le choix de moteur idéal serait les moteurs PMSM ou à induction. Une fois que le moteur à réluctance synchrone et le moteur à réluctance commutée sont rentables en tant que moteurs PMSM ou à induction, alors on peut avoir plus d'options de types de moteurs pour l'application de véhicules électriques.