Les moteurs électriques produisent une force linéaire ou rotative (couple) destinée à propulser un mécanisme externe, tel qu'un ventilateur ou un ascenseur. Un moteur électrique est généralement conçu pour une rotation continue, ou pour un mouvement linéaire sur une distance importante par rapport à sa taille. Les solénoïdes magnétiques sont également des transducteurs qui convertissent l'énergie électrique en mouvement mécanique, mais ne peuvent produire un mouvement que sur une distance limitée.
Les moteurs électriques sont beaucoup plus efficaces que l'autre moteur principal utilisé dans l'industrie et les transports, le moteur à combustion interne (ICE) ; les moteurs électriques sont généralement efficaces à plus de 95 %, tandis que les moteurs à combustion interne sont bien inférieurs à 50 %. Ils sont également légers, physiquement plus petits, sont mécaniquement plus simples et moins chers à construire, peuvent fournir un couple instantané et constant à n'importe quelle vitesse, peuvent fonctionner à l'électricité générée par des sources renouvelables et n'émettent pas de carbone dans l'atmosphère. Pour ces raisons, les moteurs électriques remplacent la combustion interne dans les transports et l'industrie, bien que leur utilisation dans les véhicules soit actuellement limitée par le coût et le poids élevés des batteries qui peuvent offrir une autonomie suffisante entre les charges.
Les moteurs électriques fonctionnent selon trois principes physiques distincts : le magnétisme, l'électrostatique et la piézoélectricité.
Dans les moteurs magnétiques, des champs magnétiques sont formés à la fois dans le rotor et le stator. Le produit entre ces deux champs engendre une force, et donc un couple sur l'arbre moteur. L'un ou les deux de ces champs doivent changer avec la rotation du rotor. Cela se fait en allumant et éteignant les pôles au bon moment, ou en faisant varier la force du pôle.
Les principaux types sont les moteurs à courant continu et les moteurs à courant alternatif, ces derniers remplaçant les premiers.
Les moteurs électriques à courant alternatif sont soit asynchrones, soit synchrones.
Une fois démarré, un moteur synchrone nécessite une synchronisation avec la vitesse du champ magnétique en mouvement pour toutes les conditions de couple normales.
Dans les machines synchrones, le champ magnétique doit être fourni par des moyens autres que l'induction, tels que des enroulements excités séparément ou des aimants permanents.
Un moteur à puissance fractionnaire a soit une puissance nominale inférieure à environ 1 cheval-vapeur (0.746 kW), soit est fabriqué avec une taille de châssis standard inférieure à un moteur standard de 1 HP. De nombreux moteurs domestiques et industriels appartiennent à la classe des fractions de puissance.
Un moteur à courant continu commuté comporte un ensemble d'enroulements rotatifs enroulés sur une armature montée sur un arbre rotatif. L'arbre porte également le commutateur, un commutateur électrique rotatif de longue durée qui inverse périodiquement le flux de courant dans les enroulements du rotor lorsque l'arbre tourne. Ainsi, chaque moteur à courant continu à balais a du courant alternatif circulant dans ses enroulements rotatifs. Le courant traverse une ou plusieurs paires de balais qui portent sur le collecteur ; les balais relient une source externe d'énergie électrique à l'armature tournante.
L'armature rotative se compose d'une ou plusieurs bobines de fil enroulées autour d'un noyau ferromagnétique laminé magnétiquement « doux ». Le courant des balais traverse le collecteur et un enroulement de l'armature, ce qui en fait un aimant temporaire (un électro-aimant). Le champ magnétique produit par l'armature interagit avec un champ magnétique stationnaire produit par les PM ou un autre enroulement (une bobine de champ), dans le cadre du châssis du moteur. La force entre les deux champs magnétiques tend à faire tourner l'arbre du moteur. Le commutateur commute l'alimentation des bobines lorsque le rotor tourne, empêchant les pôles magnétiques du rotor de s'aligner complètement avec les pôles magnétiques du champ du stator, de sorte que le rotor ne s'arrête jamais (comme le fait une aiguille de boussole), mais continue plutôt de tourner. tant que le courant est appliqué.
La plupart des limitations du moteur à courant continu à collecteur classique sont dues à la nécessité pour les balais d'appuyer contre le collecteur. Cela crée des frictions. Des étincelles sont créées par les balais créant et brisant des circuits à travers les bobines du rotor lorsque les balais traversent les espaces isolants entre les sections de collecteur. Selon la conception du collecteur, cela peut inclure les balais court-circuitant ensemble les sections adjacentes - et donc les extrémités des bobines - momentanément tout en traversant les espaces. De plus, l'inductance des bobines du rotor fait monter la tension aux bornes de chacune lorsque son circuit est ouvert, augmentant l'étincellement des balais.
Cette étincelle limite la vitesse maximale de la machine, car une étincelle trop rapide va surchauffer, éroder ou même faire fondre le collecteur. La densité de courant par unité de surface des balais, en combinaison avec leur résistivité, limite la puissance du moteur. L'établissement et la rupture du contact électrique génèrent également du bruit électrique ; des étincelles génèrent des RFI. Les balais finissent par s'user et doivent être remplacés, et le collecteur lui-même est sujet à l'usure et à l'entretien (sur les gros moteurs) ou au remplacement (sur les petits moteurs). L'assemblage du collecteur sur un gros moteur est un élément coûteux, nécessitant un assemblage de précision de nombreuses pièces. Sur les petits moteurs, le collecteur est généralement intégré de manière permanente dans le rotor, son remplacement nécessite donc généralement le remplacement de l'ensemble du rotor.
