L'année 2025 a été marquée par une série d'annonces concernant des moteurs électriques à grande vitesse pour véhicules électriques (VE), dont plusieurs dépassent les 30 000 tr/min. Qu'est-ce qui explique ce besoin soudain de vitesse ? Un rapport de IDTechEx examine les avantages, les défis et les solutions liés à cette approche.

Dans un véhicule à moteur à combustion interne (ICE), un régime maximal plus élevé est associé à des performances supérieures, permettant aux conducteurs de ‘ faire tourner » leur moteur plus longtemps avant de changer de vitesse. La puissance étant fonction du régime et du couple, un moteur à régime plus élevé peut fournir une puissance plus importante à ces régimes plus élevés.

Sur le marché des véhicules électriques, la plage de régime moteur a augmenté presque immédiatement. Alors qu'une voiture à essence atteint généralement un régime maximal compris entre 5 000 et 6 000 tr/min, le moteur d'un véhicule électrique tourne en moyenne entre 10 000 et 15 000 tr/min, une vitesse qui permet au véhicule d'atteindre sa vitesse maximale sans avoir besoin de plusieurs rapports de transmission.

Plus petit et moins cher

À puissance égale, les moteurs électriques sont beaucoup plus compacts que les moteurs à combustion interne classiques, mais cela n'empêche pas les concepteurs de véhicules électriques de chercher à réduire encore leur taille et à augmenter leur puissance afin de gagner de l'espace et de réduire les coûts. L'une des solutions consiste à augmenter la vitesse maximale du moteur.

Tesla et Lucid ont respectivement lancé les modèles S Plaid et Air en 2021, tous deux équipés de moteurs dont la vitesse de rotation maximale atteint environ 20 000 tr/min. En 2025, plusieurs annonces concernant des moteurs électriques encore plus rapides, provenant notamment de BYD, Xiaomi et GAC, ont dépassé les 30 000 tr/min.

Cette tendance à augmenter le régime moteur a permis de concevoir des moteurs plus compacts et plus puissants. Si les performances finales d'un moteur restent identiques mais que celui-ci est plus petit, la nomenclature est réduite et le moteur plus compact libère davantage d'espace dans le véhicule pour les occupants ou d'autres composants du groupe motopropulseur.

La base de données d'IDTechEx a révélé que pour les machines à aimant permanent (PM) à flux radial, l'augmentation du régime maximal de 10 000 à 20 000 tr/min a permis d'augmenter la densité de puissance de 691 TP3T, et une nouvelle augmentation à 30 000 tr/min a permis d'obtenir une augmentation supplémentaire de 411 TP3T.

Problèmes et leurs solutions

Cependant, pousser les moteurs à des vitesses plus élevées n'est pas sans inconvénients. Tout d'abord, il y a les pertes en courant alternatif (CA) : les moteurs sont généralement entraînés par un courant triphasé dans les enroulements du stator. Pour un moteur plus rapide, la fréquence du courant sinusoïdal augmente, mais les pertes parasites dans les enroulements du stator (pertes en cuivre CA) et les lamelles (pertes en fer CA) augmentent également. Les solutions comprennent un nombre réduit de pôles pour diminuer la fréquence requise et des lamelles plus fines ou des matériaux amorphes.

Deuxièmement, à des vitesses plus élevées, la force centrifuge agissant sur le rotor augmente, ce qui rend la structure du rotor difficile à concevoir. Solutions : des vitesses plus élevées peuvent être obtenues en réduisant le diamètre du rotor, ce qui réduit les forces centrifuges. Il est également possible de consacrer davantage d'efforts à la conception structurelle du rotor et à la géométrie des aimants. Certains ont également recours à un revêtement en carbone pour maintenir la structure du rotor.

Troisièmement, un problème de refroidissement peut se poser : la gestion thermique peut s'avérer difficile lorsque tout est plus compact. La plupart des acteurs utilisent désormais un refroidissement direct à l'huile afin d'amener le liquide de refroidissement le plus près possible des composants générateurs de chaleur. Cela est particulièrement crucial pour les moteurs à vitesse élevée. Bien que cela puisse ajouter à la complexité, il est possible d'éliminer la chemise d'eau utilisée dans les conceptions précédentes.

En quatrième position viennent les rapports de transmission. À mesure que le moteur tourne plus vite, un rapport de transmission plus élevé est nécessaire pour atteindre la vitesse de roue souhaitée. Plusieurs étages de réduction peuvent être utilisés, mais chacun d'entre eux ajouterait des coûts et de la complexité supplémentaires. Pour éviter d'ajouter des étages de réduction supplémentaires (au-delà des deux étages habituels), le premier étage doit être très petit.

Enfin, il y a les roulements. Ils subiront des contraintes plus importantes, une chaleur de friction plus élevée, et tout déséquilibre dans le rotor se traduira directement par des forces dynamiques sur les roulements. La solution : les ingénieurs se concentrent davantage sur les roulements en céramique (ou en céramique hybride). Ceux-ci sont en passe de devenir la solution standard à l'avenir.

À la recherche de l'équilibre

Il existe certainement des solutions aux défis posés par les moteurs à grande vitesse. Cependant, il faut trouver un équilibre entre les performances potentielles et les avantages financiers d'un moteur plus petit et plus rapide, d'une part, et les coûts supplémentaires et la complexité des solutions à ces défis, d'autre part.

Dans cette optique, une part importante du marché des véhicules électriques conservera probablement des moteurs avec une plage de vitesse plus modérée. Néanmoins, il ne fait aucun doute que les moteurs à grande vitesse, les unités d'entraînement électriques et les essieux électriques vont connaître un déploiement accru.

Le dernier rapport d'IDTechEx, Moteurs électriques pour véhicules électriques 2026-2036, analyse le paysage actuel des technologies et des matériaux utilisés dans les moteurs électriques des véhicules électriques et prévoit les tendances et la demande pour les dix prochaines années.

La société de recherche britannique IDTechEx prévoit que plus de 140 millions de moteurs électriques seront nécessaires pour le marché des véhicules électriques en 2036, tous segments confondus, y compris les voitures, les camions, les bus, les deux-roues, les trois-roues, les microvoitures et les véhicules utilitaires légers.