Moteur Brushless pour vélos électriques : conception moteur direct drive VS moteur réducté ?

Aujourd’hui le moteur roue, appelé également moteur dans le moyeu, est devenu un moyen simple et incontournable pour électrifier un grand nombre de véhicules légers (vélo, moto, scooter, trottinette, etc…). En effet cette solution, fixée directement sur le cadre ne nécessite pas la réadaptation de la transmission. Il s’agit ici de moteur « brushless », c’est à dire de moteurs sans balais.

Il existe 2 types de moteurs roue : le moteur direct drive et le moteur dit réducté.

Dans cet article, nous nous intéresserons à ces 2 moteurs, différents dans leur conception, qui présentent chacun des atouts intéressants mais qui peuvent également présenter quelques inconvénients pour certains types d’utilisations.

Ces 2 moteurs s’installent sur un véhicule de la même manière. Dans la plupart des cas, ils sont utilisés pour le vélo alors prenons comme exemple un montage sur ce moyen de transport (schéma ci-dessous).

VAE moteur roue arrière schéma
VAE moteur roue avant schéma

Ces moteurs dans le moyeu ont la possibilité de s’installer sur la roue arrière ou sur la roue avant. Qu’il soit direct drive ou réducté, le moteur roue se rayonne de la même manière sur la jante du vélo.

Maintenant qu’on a vu le principe de montage d’un moteur roue, rentrons plus dans les détails sur les caractéristiques de ces 2 moteurs.

1. Moteur Brushless de type Direct Drive

Architecture moteur direct drive : stator

Ces variations de courant dans le bobinage vont continuellement modifier la polarité des pôles du stator ce qui va provoquer des forces électromagnétiques qui vont faire tourner le rotor via ses aimants et donc la roue du vélo.

Comme son nom l’indique, le moteur Brushless direct drive est un moteur qui renvoie directement la puissance de son rotor sur la roue du vélo, sans passer par l’intermédiaire d’engrenages. Les 3 phases moteur, issues du contrôleur, viennent alimenter en courant alternatif le bobinage du stator.

Architecture moteur direct drive : rotor
Architecture moteur direct drive : vue éclatée des pièces

Viennent ensuite se visser de chaque côté les flasques du moteur.

2. Avantages/inconvénients du moteur direct drive par rapport au réducté

Les + :

  • La conception est plus simple, le nombre de pièces dans le moteur est faible. Cela permet donc d’augmenter sa fiabilité en réduisant le nombre de pannes possibles. De plus, ça le rend moins bruyant.
  • La regen : Ce moteur ne disposant pas d’engrenages (entre le stator et le rotor) type roue libre, il permet d’utiliser le frein régénératif. En fonction du contrôleur avec lequel le moteur est associé, il peut permettre de recharger la batterie lors de ces phases de regen. Cela peut être intéressant sur un parcours avec beaucoup de descentes ou le moteur a un rôle de frein moteur et en même temps permet le rechargement de la batterie.
  • Son prix est plus bas. Moins de pièces donc moins couteux à produire.

Les – :

  • Le diamètre du moteur est plus important. Comme ce moteur ne dispose pas d’engrenages pour démultiplier sa puissance, il a besoin d’être plus grand car sa puissance vient directement des forces électromagnétiques des aimants du stator appliquées sur les aimants du rotor.
  • La masse est plus importante. Ce moteur est grand et robuste, il est donc plus lourd qu’un moteur réducté. Son rapport poids/puissance est moins bon que celui d’un moteur réducté.
  • La résistance au roulement est plus importante dû à la non présence d’une roue libre. Il est donc plus dur de pédaler lorsque le moteur n’est pas en marche.

3. Moteur Brushless de type réducté

Architecture du moteur réducté : passage des rayons
Architecture du moteur réducté : ensemble des pièces
Architecture du moteur réducté : rotor et stator
Architecture du moteur réducté : sens de rotation

Le moteur réducté lui, plus petit, dispose d’un engrenage planétaire pour faire tourner le carter moteur, et donc la roue. Cette solution permet, pour un moteur plus petit et donc avec des forces électromagnétiques plus faibles, de démultiplier sa puissance de sortie rotor pour avoir une puissance moteur bien plus élevée. Pour le moteur 250W vendu chez OZO, le rapport de réduction est de 1 :4,4. Pour tous les autres moteurs réductés OZO (puissance > 250W), le rapport est de 1 :5.

La mise en rotation du rotor par le stator fonctionne exactement sur le même principe que pour le moteur direct drive.

Donc premièrement, le stator, alimenté en courant alternatif, met en rotation le rotor. Ensuite, un petit pignon fixe au rotor vient mettre le planétaire en rotation (schéma ci-dessous).

Architecture du moteur réducté : planétaire
Architecture du moteur réducté : sens de rotation du planétaire

Puis le planétaire vient mettre en rotation le carter moteur, et donc la roue, via une denture intérieure intégrée dans le carter.

Architecture du moteur réducté : vue éclatée des pièces

La vue éclatée du moteur réducté vous permettra d’y voir plus clair.

4. Avantages/inconvénients du moteur réducté par rapport au direct drive

Les + :

  • Le moteur est plus petit. Ce moteur utilise des engrenages pour démultiplier la puissance de sortie rotor. Il a donc un diamètre plus petit bien qu’il soit légèrement plus large.
  • Il est plus léger à puissance équivalente. Son rapport poids/puissance est donc meilleur.
  • Il a moins de résistance au roulement. Le planétaire joue un rôle de roue libre lorsqu’on pédale, cela est donc plus simple de pédaler dans le cas ou le moteur n’est pas fonctionnel.

Les – :

  • Il n’a pas de frein régénératif. Qui dit roue libre dit pas de frein moteur.
  • Sa conception est plus complexe. Ce moteur dispose d’engrenages, et donc plus de pièces par rapport au direct drive, qui sont potentiellement soumises à des risques d’usures plus importants. Ces pièces supplémentaires rendent le moteur un peu plus bruyant.
  • Le prix est plus élevé. Plus de pièces donc plus cher à produire.

Conclusion

Maintenant que vous y voyez plus clair sur ces 2 moteurs, vous êtes en mesure de comprendre que ces 2 moteurs sont complémentaires et que votre choix va dépendre de votre type d’utilisation.

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Vas moteur roue vs moteur pédalier© 2020 OZO ELECTRIC
Rayonnage roue vae à la main© 2020 OZO ELECTRIC