Pourquoi un moteur électrique chauffe, et jusqu'où il peut aller

La puissance d'un moteur électrique est d'abord limitée par sa température. Un moteur peut supporter un courant énorme quelques secondes, puis doit redescendre pour ne pas s'abîmer. Comprendre d'où vient la chaleur et ce qu'elle menace aide à régler une machine, à choisir un moteur et à interpréter une perte de puissance en roulant.

Les pertes dans le cuivre

Les bobinages ont une petite résistance électrique. Le courant qui les traverse y dissipe de la chaleur, proportionnelle au carré du courant : doubler le courant multiplie cette chaleur par quatre. Ce sont les pertes cuivre, et elles dominent dès que l'on demande beaucoup de couple : démarrages, côtes, relances.

Le phénomène s'auto-entretient : la résistance du cuivre augmente d'environ 0,4 % par degré. Un moteur chaud chauffe donc encore plus vite, à courant égal.

C'est aussi pourquoi le choix du bobinage compte : un moteur High Speed, qui produit moins de couple par ampère, demande plus de courant pour le même effort. Voir notre guide sur le Kv, le Kt et les pôles.

Les pertes dans le fer

Le stator est fait de fines tôles d'acier magnétique. À chaque cycle électrique, le champ s'y inverse, ce qui produit deux types de pertes :

• l'hystérésis : une petite énergie perdue à chaque inversion du champ dans le métal ;
• les courants de Foucault : des courants induits qui tournent dans les tôles et les chauffent. C'est pour les limiter que le fer est feuilleté en tôles isolées.

Ces pertes augmentent avec la fréquence électrique, donc avec la vitesse et le nombre de pôles. Elles comptent surtout à haute vitesse, et augmentent encore en défluxage.

Ce que la chaleur menace

L'isolant des bobinages

Le fil de cuivre est recouvert d'un vernis isolant, conçu pour une température maximale donnée par sa classe d'isolation. Au-delà, le vernis vieillit vite, puis se fissure : les spires se touchent, le moteur perd en efficacité, chauffe encore plus, et finit par griller.

Les aimants

Les aimants au néodyme perdent un peu de force quand ils chauffent : le moteur produit moins de couple par ampère, ce qui est réversible en refroidissant. Mais au-delà d'une température qui dépend de leur grade, une partie de l'aimantation est perdue définitivement : c'est la démagnétisation. Le moteur devient alors durablement plus faible. Les grades d'aimants sont désignés par des lettres (par exemple H, SH, UH) qui indiquent leur tenue en température.

Le risque est maximal quand une forte température se combine à un fort courant opposé aux aimants, comme en défluxage poussé.

Comment un moteur moyeu évacue sa chaleur

Un moteur moyeu de trottinette est un boîtier fermé. La chaleur des bobinages, situés au centre, doit traverser l'air intérieur avant d'atteindre la jante, puis l'air extérieur ; une partie passe aussi par l'axe vers le bras de la trottinette. Ce chemin est long, ce qui explique qu'un moteur moyeu monte vite en température lors d'efforts répétés.

Plusieurs solutions améliorent ce chemin :

• des ouvertures et une circulation d'air, comme notre ventilation pour moteurs ;
• un liquide spécial (ferrofluide) placé dans l'entrefer, qui conduit mieux la chaleur que l'air ;
• un moteur plus gros, qui produit le même couple avec moins de courant et offre plus de surface d'échange.

Surveiller la température

Beaucoup de moteurs de trottinette intègrent une sonde de température dans le bobinage. Reliée au contrôleur, elle lui permet de réduire progressivement le courant avant le seuil dangereux. C'est ce qui donne la sensation de perte de puissance après une longue montée : une protection, pas une panne.