Les moteur électrique

1 - Principe de fonctionnement

• Du point de vue de la physique, l’électricité et le magnétisme se combinent pour former la force électromagnétique. Un moteur électrique est un dispositif qui utilise cette force pour produire une énergie mécanique.

• Ses divers composants permettent de transformer la puissance d’un champ magnétique en énergie mécanique. Les moteurs électriques sont disponibles dans une multitude de tailles et de configurations. Certains sont assez puissants pour déplacer des véhicules lourds, alors que d’autres peuvent être intégrés dans les plus petits systèmes électroniques.

• Les moteurs électriques font partie des systèmes de production d’énergie mécanique les plus efficaces. Grâce à cette efficacité et à leur longévité, leurs rôles sont incroyablement variés.

2 - Où peut-on trouver des moteurs électriques et comment peuvent-ils nous être utiles ?

• Les moteurs électriques sont présents dans une gamme impressionnante d’applications, à l’intérieur même de nos foyers. Tout ventilateur utilisé pour améliorer le confort est animé par un moteur électrique, qui convertit l’énergie électrique en énergie mécanique pour faire tourner les pales et faire ainsi circuler l’air dans une pièce.

• Tous les outils manuels électriques contiennent un moteur électrique. Ils font tourner les mèches pour forer, les lames circulaires pour scier, etc. Grâce à leur longévité et à leur résistance, ce sont d’excellentes solutions, même pour des utilisations industrielles lourdes où d’autres dispositifs ne résisteraient pas aux contraintes tolérées par les moteurs électriques.

• Des moteurs électriques que vous ne voyez jamais jouent pourtant un rôle essentiel dans votre vie quotidienne. Par exemple, des moteurs électriques font circuler l’eau des stations de pompage, garantissant l’approvisionnement en eau courante à domicile. Ils font tourner l’hélice des grands navires et sont un élément essentiel des services de transport maritime.

• Les moteurs électriques sont partout, à tel point qu’il serait difficile de réunir même quelques appareils sans en trouver un seul qui n’en contienne aucun. Depuis les jouets aux ventilateurs des climatiseurs, jusqu’aux systèmes de chauffage, les moteurs électriques font partie des composants électriques les plus courants de nos jours.

3 - Histoire du moteur électrique

• Comme de nombreux dispositifs électriques, les moteurs électriques sont nés d’expériences scientifiques, progressivement améliorées pour servir de démonstration d’un principe physique, avant de trouver des applications pratiques.

• On attribue à Andrew Gordon l’invention du premier moteur électrique au début des années 1700. Son modèle était remarquablement simple par rapport à ceux d’aujourd’hui.

• En 1821, Michael Faraday, un des plus grands noms de l’ingénierie électrique, a réussi une expérience qui a clairement démontré la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique. Bien que cette réussite semble aujourd’hui assez évidente, elle a été la base de toutes les évolutions qui ont suivies dans ce domaine.

• Ányos Jedlik est un physicien hongrois qui a commencé ses expériences sur les bobines électromagnétiques en 1827. Il a construit ce qu’il a appelé la « foudre magnétique auto-rotor » et qui est le premier exemple de moteur électrique, tel que nous le connaissons aujourd’hui.

• Les développements se sont poursuivis jusque dans les années 1800 pour aboutir aux moteurs électriques à courant continu et à courant alternatif. L’efficacité et la longévité des moteurs électriques actuels est le fruit des efforts continus de la recherche pendant près de cent ans. Grâce à ce développement continu, la résistance à l’usure, la puissance et la fiabilité des moteurs électriques ont progressé, pour en faire des composants incroyablement solides et omniprésents dans notre vie quotidienne.

4 - Comment fonctionne un moteur électrique ?

• Le principe de fonctionnement du moteur électrique est très simple. En physique, on sait que l’application d’un courant électrique dans un champ magnétique génère une force mécanique. Un moteur électrique contient des bobinages de fil électrique (fil identique à celui qui sert à transporter le courant). Ce bobinage est perpendiculaire au champ magnétique du moteur électrique. Comme un champ magnétique a toujours deux pôles, les extrémités des fils sont placées dans des directions opposées. Cette configuration crée un mouvement rotatif.

• Le couple de rotation est contrôlé en augmentant les enroulements de fil sur les armatures. Le champ magnétique est généré par un électroaimant. Cette conception permet au rotor de pivoter sous l’effet de la force électromécanique. Très peu de pièces sont exposées à l’usure. Grâce à ces deux facteurs combinés, les moteurs électriques peuvent tourner pendant des durées extrêmement longues, sans s’user ou presque.

5 - Quels sont les composants d’un moteur électrique?

• La faible quantité de composants est une des caractéristiques les plus remarquables des moteurs électriques. Comparé à un moteur à combustion interne, par exemple, un moteur électrique est un système d’une très grande simplicité. Tous les composants d’un moteur électrique peuvent être aisément démontés et alignés sur une petite table, selon la taille du moteur, bien sûr.

• La partie stationnaire d’un moteur électrique s’appelle le stator. Des aimants permanents ou des bobinages sont associés au stator.

• Ces bobinages ressemblent aux autres bobinages utilisés dans d’autres systèmes électriques. Ce sont de simples enroulements de fil de cuivre autour d’une âme en fer magnétique. Lorsqu’un courant traverse ses bobinages, un courant magnétique est généré. Les pôles des aimants peuvent être configurés de deux façons opposées. L’écart entre les pôles provoque un couple selon la loi du flux maximum. Un pôle nord attire un pôle sud, provoquant ainsi la rotation du rotor.

6 - Fabrication du moteur électrique

Les moteurs électriques se caractérisent par la simplicité de leurs composants. Ils sont indiqués dans l’illustration ci-dessous.

• Le boîtier : Il contient tous les composants du moteur électrique.

• L’axe :Il reçoit l’énergie générée par la rotation du moteur. Il la transmet à un système externe par l’intermédiaire d’une connexion mécanique. Pièce de métal se prolongeant vers l’extérieur du boîtier.

• Le stator :Il est stationnaire et constitue habituellement l’aimant du moteur électrique. Il peut s’agir d’un aimant permanent ou d’un électroaimant.  Un électroaimant contient un bobinage, qui est le plus souvent en fil de cuivre.

• Le commutateur :Situé près du stator, il inverse la direction du courant dans le dispositif. Il est une des rares pièces mobiles des moteurs électriques.

• Balais : Les balais sont au contact du commutateur et complètent le circuit électrique nécessaire au passage du courant vers le bobinage.

• Roulements :Ils portent l’axe du moteur et sont montés dans les parois du boîtier. Ils autorisent une rotation libre de l’axe avec une friction minimale et éliminent les mouvements parasites.

• Armature :Ce composant conducteur est situé au centre du moteur électrique. Sous l’effet combiné du champ magnétique et du bobinage, il génère le couple mécanique qui déclenche la rotation de l’axe.

• Support d'extrémité : Monté sur le boîtier en bout d’axe, il permet de fixer le moteur et laisse passer l’axe.

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