Moteur et électronique de puissance
Cœur puissant :
les moteurs Torque Torqeedo
Le moteur est le cœur d’une propulsion de bateau. Torqeedo définit ici avec les moteurs Torque (en anglais torque = couple) de nouveaux critères en matière de couple, rendement et puissance par poids et volume. Le moteur dont est pourvu le modèle Travel 801, avec la puissance utile d’un moteur à combustion interne de 2 CV, ne pèse que 500 g et n’est pas plus grand qu’un paquet de cigarettes.
Les moteurs Torque sont conçus pour maximiser le couple en jouant sur de nombreux facteurs. Torqeedo a entièrement optimisé le moteur Torque : des couples considérables ont été obtenus en utilisant des moteurs synchrones à excitation par aimants permanents, pilotés par une commutation électronique et rotors externes.)
C’est un ensemble, l'utilisation de matériaux de haute technologie améliore encore les performances du couple moteur.
Le moteur Torqeedo, tel que celui utilisé pour le modèle Travel 801, utilise des aimants « terres rares » au lieu d’aimants hexa ferrites.
Le couple d’un moteur Torqeedo est 24 fois supérieur au couple d’un moteur électrique conventionnel à rotor interne. C’est pourquoi le moteur de 800 watts du travel 801, combiné à son réducteur de 1 :14, peux facilement entraîner la même taille d’hélice qu’un moteur thermique de 20 cv.
Les moteurs Torqeedo donnent une nouvelle dimension dans le domaine de l'efficacité. En éprouvent aucun courant d'excitation, pas de charbon et l’utilisation de son mécanisme de contrôle breveté, la réduction des pertes est ainsi au minimum.
Cette efficacité non seulement assure une utilisation parfaite de la capacité de la batterie disponibles, elle empêche également les problèmes thermiques.
De cette façon, Torqeedo peut combiner haute performance et faible encombrement.
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Le Cerveau : la nouvelle carte de puissance digitale Torqeedo
La commutation électronique des moteurs électriques décrite plus haut peut-être soit analogique soit digitale. Tandis que la plupart des fournisseurs de moteurs électriques continue de travailler mécaniquement en utilisant des charbons pour la commutation, Torqeedo va plus loin et utilise des cartes de puissance digitales dans ses nouveaux modèles de moteurs. Contrairement à la commutation analogique, l’électronique digitale permet un contrôle et une souplesse plus intelligents de la puissance. Elle permet plus de puissance, de stabilité et de confort.
L’intelligence de la carte de puissance réside dans la combinaison du contrôle de la vitesse de l’hélice et le contrôle de la puissance d’entrée. Le contrôle de la vitesse de l’hélice régule le nombre de tours / minute de l’hélice, c'est-à-dire que le moteur conserve étroitement les spécifications de vitesse et définit quelle puissance est nécessaire pour atteindre la vitesse d’hélice définit.
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Et ce n’est pas tout : L’utilisation de matériaux high-tech améliore encore les performances des moteurs Torque Torqeedo : ainsi, un moteur Torqeedo, tel que celui du Travel 801, surpasse un modèle à rotor interne hexaferrite conventionnel grâce à l’utilisation d’aimants à base de terres rares. Ceci lui permet de disposer d’un couple 24 fois plus important – pour le même encombrement. Combiné à une réduction de 1:14, le moteur 800 Watt peut entraîner sans aucun problème une hélice du type de celle utilisée par un moteur à combustion interne de 20 CV.
En matière de rendement, les moteurs Torqeedo ouvrent aussi une nouvelle dimension. Grâce à l’élimination des pertes à l’excitation et aux balais, mais aussi grâce à un système de régulation breveté, les pertes sont réduites à un minimum. Le rendement élevé garantit non seulement une utilisation efficace de la capacité de la batterie mais évite aussi les problèmes thermiques. Torqeedo peut ainsi combiner des puissances élevées et de faibles encombrements.
Les différents types de moteurs électriques
Pour classer les moteurs électriques, il existe quatre critères :
le comportement en régime, le type de commutation du champ, l’origine du champ magnétique et la forme de construction.
En fonction du comportement en régime, on parle de :
Moteurs asynchrones : Le rapport du régime du moteur et de la fréquence de la tension d’alimentation n’est pas constant mais dépend de la charge appliquée à la machine. Plus la charge est élevée, plus la différence de régime est élevée – ce qui correspond au « glissement », ainsi, le régime de l’hélice diminue lorsque la résistance à l’avancement augmente. La poussée n’est donc pas disponible lorsqu’elle s’avère nécessaire.
Moteurs synchrones : Avec ce type de moteur, le rapport de la fréquence de la tension d’alimentation et du régime du moteur est constant (le glissement est nul). En général, les moteurs synchrones sont régulés par le couple. Ils prennent toujours la quantité de courant dont ils ont uniquement besoin afin de fournir le couple nécessaire au régime souhaité. Pour cette raison, ils sont utilisés de manière privilégiée dans les applications exigeantes en terme de couple élevé. Si le moteur requiert plus de puissance pour maintenir un régime d’hélice donné, le moteur absorbe automatiquement plus de courant.
En fonction du type de commutation, on distingue les moteurs électriques suivants
Moteurs à commutation mécanique : Les moteurs à balais génèrent le champ tournant nécessaire au fonctionnement du moteur via des contacts frottants (système collecteur-balais). En raison de leur disposition géométrique, ces « balais » commutent le courant en fonction de la position du rotor. Un inconvénient de ces moteurs est l’usure des balais qui impose une maintenance intensive. La résistance de contact génère en outre des pertes aux balais qui réduisent le rendement du moteur.
Moteurs à commutation électronique : Ils génèrent le champ tournant nécessaire au fonctionnement du moteur via une commutation électronique, par « convertisseur de fréquence ». Ce type de commutation supprime les pertes aux balais et les moteurs ne nécessitent pas de maintenance. Depuis peu, les progrès dans le secteur des composants pour l’électronique de puissance et dans l’évolution des commutations permettent la fabrication de ces moteurs à haute puissance à un prix convenable.
En fonction de l’origine du champ magnétique, les moteurs électriques sont répartis en :
Moteurs à excitation par enroulements : Le champ magnétique inducteur est créé à l’aide d’enroulements. Il est certes vendu à un prix intéressant mais est nettement plus volumineux et plus lourd que le moteur à excitation à aimants permanents ; il consomme aussi plus de courant et son rendement est nettement inférieur.
Moteurs à excitation par aimants permanents : Les aimants permanents génèrent le champ magnétique nécessaire. La puissance dissipée dans les enroulements d’excitation disparaît.
En fonction de la forme de construction, on distingue :
Rotors internes : avec cette forme de construction classique du moteur électrique, le rotor (« induit ») est au centre du stator (« inducteur »). Les enroulements situés en périphérie de rotor sont efficacement refroidis. Par rapport aux autres formes de construction, il possède toutefois un couple relativement faible.
Induits en disque : ils génèrent le couple (=force multipliée par bras de levier) en disposant l’axe du champ magnétique non pas dans un plan radial mais dans un plan parallèle à l’arbre. Il est alors possible de réaliser des géométries pour lesquelles le point d’application des forces électromagnétiques se trouve loin de l’axe. Pour une force identique, un couple plus élevé est donc obtenu. En raison de son grand diamètre, le moteur à induits en disque ne peut pas être monté directement dans une embase. Il provoque en effet une résistance à l’avancement importante dans le cadre d’un refroidissement direct par l’eau.
Rotors externes : c’est la forme de construction du moteur la plus moderne : les enroulements d’excitation sont disposés sur le stator interne. Les aimants en rotation se trouvent sur le rotor externe, formant une cloche. Ils permettent d’obtenir un couple nettement plus élevé que celui généré avec des rotors internes pour un encombrement identique.