Moteur central ou moteur-roue : avantages et limites de chaque architecture

Un véhicule électrique léger peut porter son moteur à deux endroits : dans la roue elle-même (moteur-roue, ou moteur moyeu), ou fixé au cadre, avec une chaîne ou une courroie qui entraîne la roue (moteur central). Aucune des deux solutions n'est meilleure dans l'absolu. Le moteur-roue est simple, compact et silencieux ; le moteur central profite d'une réduction, pèse moins sur la suspension et se refroidit plus facilement. C'est pour cela que les trottinettes utilisent presque toutes des moteurs-roues, et les motos électriques légères plutôt des moteurs centraux.

Deux façons de faire tourner une roue

Le moteur-roue

Dans un moteur-roue, le stator (la partie bobinée) est fixé sur l'axe, et c'est la cloche extérieure, garnie d'aimants, qui tourne et porte la jante. La roue tourne donc exactement à la vitesse du moteur. Pour produire beaucoup de couple sans réduction, il faut un grand diamètre, beaucoup de pôles et des aimants larges : c'est ce qui explique le poids d'un moteur de trottinette puissant. Notre guide sur le moteur-roue détaille sa construction.

Exemple tiré de nos fiches : le moteur-roue XHS75 pèse environ 8 kg et annonce 6 000 W nominaux, pour une vitesse à vide de 2 340 tours par minute sous 60 V. C'est un moteur à basse vitesse et fort couple, fait pour entraîner directement une roue de trottinette.

Le moteur central

Un moteur central est fixé au cadre. Son arbre porte un pignon ou une poulie, qui entraîne la roue par une chaîne, une courroie, ou les deux à la suite. La transmission divise la vitesse et multiplie le couple : un moteur qui tourne vite et produit un couple modeste devient, à la roue, un moteur lent et très coupleux.

Exemple tiré de nos fiches : notre moteur RM30 pour Sur-Ron Light Bee est un moteur central annoncé à 12 000 tours par minute, livré avec une poulie pour la courroie d'origine de la machine. Ce régime serait inutilisable en prise directe sur une roue ; c'est la transmission qui le ramène à la vitesse de la roue.

Le poids non suspendu

Tout ce qui se trouve sous la suspension (roue, pneu, frein, et moteur s'il est dans la roue) est appelé masse non suspendue. Plus elle est lourde, plus la roue a du mal à suivre les bosses : elle rebondit, perd le contact avec le sol un court instant, et la suspension travaille moins bien.

Sur une trottinette, ce défaut existe mais reste acceptable : les vitesses en virage et les débattements sont faibles, et le pilote absorbe une partie des chocs avec les jambes. Sur une moto tout-terrain, qui encaisse des sauts et des ornières à bonne vitesse, un moteur lourd dans la roue arrière dégrade nettement le comportement. C'est une des raisons pour lesquelles les motos électriques légères ont un moteur au cadre.

La réduction, l'avantage décisif du moteur central

Pour une puissance donnée, un moteur qui tourne vite peut être plus petit et plus léger qu'un moteur qui tourne lentement : la puissance est le produit du couple par la vitesse, et le couple est ce qui coûte du cuivre, du fer et des aimants. Notre guide sur le couple et la puissance explique ce lien.

La réduction apporte aussi de la souplesse :

• on choisit le rapport : un pignon ou une poulie différents changent le compromis entre accélération et vitesse de pointe, sans toucher au moteur ;
• le même moteur sert plusieurs machines : il suffit d'adapter la transmission ;
• le moteur travaille dans sa meilleure plage : il tourne plus vite, là où son rendement est souvent meilleur qu'à très bas régime.

Le moteur-roue, lui, n'a qu'un seul « rapport », fixé par son bobinage (High Speed ou High Torque) et par la tension de la batterie. Pour le faire aller plus vite ou pousser plus fort, on change de moteur ou de tension.

Ce que le moteur-roue fait mieux

• La simplicité : pas de chaîne à graisser ni à tendre, pas de courroie à surveiller, pas de pignon à user.
• Le silence : sans transmission, le seul bruit vient des roulements et du moteur lui-même.
• La compacité : tout tient dans la roue, ce qui libère le plateau pour la batterie. Sur une trottinette, il n'y a tout simplement pas de place ailleurs.
• Deux roues motrices sans effort : il suffit d'un moteur dans chaque roue, sans arbre ni chaîne vers l'avant. C'est l'architecture des trottinettes bimoteur.
• Le rendement de la transmission : il n'y en a pas, donc pas de pertes dans une chaîne ou une courroie.

Ce que le moteur central fait mieux

• Le refroidissement : le moteur est dans le flux d'air, loin de la chaleur des freins, et l'on peut lui ajouter des ailettes, un ventilateur ou un circuit de liquide. Un moteur-roue est enfermé dans sa jante. Voir notre guide sur le refroidissement liquide.
• La protection : un moteur au cadre est moins exposé aux chocs, à l'eau et à la boue qu'un moteur au ras du sol.
• Le changement de pneu : la roue se démonte sans débrancher de câbles de phase.
• Le comportement : moins de masse non suspendue, et une masse placée plus près du centre de gravité.

Comment choisir pour un projet

Sur une trottinette, la question est vite réglée : le moteur-roue s'impose par manque de place. On choisit alors sa taille, son bobinage et la façon de le refroidir.

Sur une machine à concevoir, on part du cahier des charges : vitesse, poids, terrain, place disponible, entretien accepté, nombre de roues motrices. Un robot qui avance lentement s'accommode très bien de moteurs-roues ; une moto tout-terrain ou un kart demandent presque toujours un moteur central. C'est le travail de notre bureau d'études pour les deux-roues électriques, qui propose des moteurs moyeu ou à sortie d'arbre, dimensionnés pour la machine.