Moteur asynchrone (à induction)

Un moteur à induction, également appelé moteur asynchrone, est une machine électrique dans laquelle le champ magnétique tournant des enroulements fixes induit des courants électriques dans le rotor, ces courants créant à leur tour le magnétisme propre du rotor. Il doit son existence à la manière remarquablement simple et robuste dont il convertit l'énergie électrique en mouvement de rotation, sans aucun aimant permanent, balai ou métal de terre rare. Démontré pour la première fois par Nikola Tesla et Galileo Ferraris dans les années 1880, il est devenu le cheval de bataille de l'industrie, et il est revenu sur le devant de la scène dans l'automobile lorsque Tesla l'a retenu pour la Model S originelle.

Le principe repose sur l'induction électromagnétique. Un courant alternatif triphasé injecté dans les enroulements du stator produit un champ magnétique qui balaie le moteur à une vitesse fixée par la fréquence d'alimentation. Le rotor, généralement une cage d'écureuil de barres en aluminium ou en cuivre court-circuitées à chaque extrémité, se trouve à l'intérieur de ce champ. Comme le rotor tourne légèrement moins vite que le champ, les lignes de champ coupent les barres et y induisent des courants ; ces courants induits engendrent leur propre champ, que le champ du stator entraîne. Cet écart de vitesse entre le champ et le rotor s'appelle le glissement, et il est indispensable : sans glissement, aucun courant ne serait induit et aucun couple ne serait produit.

Pour le conducteur et le véhicule, l'attrait du moteur à induction tient à sa durabilité et à son coût. Dépourvu d'aimants susceptibles de se démagnétiser et doté d'un rotor à peine plus complexe qu'une pièce moulée, il supporte bien la chaleur et les régimes élevés, et il se fabrique à bas coût à partir de matériaux abondants. Un autre avantage pratique tient au fait que, lorsque l'onduleur cesse d'alimenter le stator, le rotor ne conserve aucun magnétisme propre et n'oppose donc presque aucune résistance. Le moteur peut tourner librement en roue libre, ce qui évite les pertes parasites qu'une machine à aimants permanents subit lorsqu'elle tourne sans alimentation.

Cette aptitude à la roue libre explique pourquoi les moteurs à induction équipent fréquemment l'essieu avant des voitures électriques à deux moteurs et à transmission intégrale. La voiture roule en croisière sur un moteur à aimants permanents plus efficient à l'arrière et ne fait appel au moteur à induction que pour un surcroît de motricité ou d'accélération, le laissant tourner avec des pertes négligeables le reste du temps. Les variantes se distinguent surtout par le matériau du rotor et la conception des enroulements, les versions à rotor en cuivre sacrifiant un peu de coût au profit d'un meilleur rendement.

Son principal inconvénient réside dans le rendement à charge faible et stable. Maintenir le champ du rotor exige d'y induire des courants en continu, ce qui provoque un échauffement résistif du rotor : un moteur à induction est donc généralement inférieur de quelques points de pourcentage à un moteur à aimants permanents comparable lors d'une conduite douce du quotidien. Il peut aussi être légèrement plus volumineux et plus lourd à puissance égale. Son comportement est entièrement piloté par l'onduleur, qui façonne la fréquence et l'amplitude du courant fourni : les deux composants doivent donc être considérés ensemble comme un système d'entraînement unique, et non isolément.