D'une manière générale, les pertes du moteur peuvent être classées comme mécaniques ou électriques.
Pertes mécaniques :
Les pertes mécaniques proviennent principalement du frottement des roulements et de toute dérive par rapport au rotor en rotation
Les pertes par frottement pur sont une fonction linéaire de la vitesse, et le déplacement d'air, c'est-à-dire le déplacement de l'air par tout composant rotatif du moteur, représente une part importante des dommages mécaniques. Minimiser la surface frontale effective peut considérablement réduire les pertes par frottement. Les moteurs à rotor lisse, tels que les moteurs synchrones à aimants permanents et les moteurs à induction à courant alternatif, privilégiés dans les véhicules électriques, présentent des pertes par frottement inférieures à celles des moteurs de taille équivalente à rotor bobiné (comme tous les moteurs à courant continu et à courant alternatif à rotor bobiné).
Pertes électriques
Les pertes électriques peuvent également être divisées en deux grandes catégories, traditionnellement appelées « cuivre » et « fer », les conducteurs du bobinage du stator étant en cuivre et la structure magnétique en acier. Les pertes dues au cuivre comprennent la puissance consommée pour produire le champ magnétique. Cela inclut le stator et le rotor d'un moteur à induction CA, le courant d'induit supplémentaire nécessaire à l'affaiblissement du champ dans un moteur CA à aimants permanents, les pertes résistives plus évidentes et les pertes CA moins évidentes (dues à l'effet de peau et à l'effet de proximité).
Les pertes résistives, également appelées pertes I²R, ont tendance à dominer les pertes du moteur des véhicules électriques, qui fonctionnent souvent à des courants élevés et à faible vitesse. Dans ce cas, le produit de la vitesse et du couple, c'est-à-dire la puissance totale du moteur, est très faible, et I²R ne tient pas compte de la composante vitesse (tension). Le rendement du moteur du véhicule électrique sera donc très faible lors du démarrage d'une charge à partir d'un arrêt complet.
Les pertes purement résistives se produisent à des fréquences allant du courant continu à la lumière, tandis que l'effet de peau et l'effet de proximité peuvent être considérés comme des pertes résistives augmentant avec la fréquence. L'effet de peau est la tendance du courant à se confiner de plus en plus à la périphérie d'un conducteur à mesure que la fréquence augmente, provoquée par de minuscules boucles de courant induites dans le conducteur (courants de Foucault) par le courant alternatif qui le traverse. Ces boucles de courant de Foucault sont proportionnelles à l'intensité du courant source et également à la vitesse de variation du champ magnétique (c'est-à-dire à la fréquence du courant source). Ces courants de Foucault entravent la circulation du courant au centre du conducteur et ajoutent du courant à la périphérie, ce qui explique que le courant se confine de plus en plus à la périphérie.
La solution habituelle à l'effet de peau consiste à diviser un gros fil en plusieurs petits fils isolés les uns des autres mais parallèles. Cependant, cela entraîne davantage de pertes par effet de proximité, fondamentalement identique à l'effet de peau, à la différence qu'il s'agit de courants de Foucault causés par les courants alternatifs provenant d'autres conducteurs proches. En effet, plus le nombre de couches d'enroulements est élevé, plus les pertes par effet de proximité sont élevées.
Les courants de Foucault sont générés par la variation temporelle du champ magnétique qui induit des courants dans les conducteurs proches (y compris le conducteur source). Un champ magnétique variable induit une tension dans les conducteurs proches (y compris lui-même), et cette tension provoque la circulation d'un courant en boucle autour du conducteur source. Pour une distance de séparation, une surface de boucle et une vitesse de variation du flux magnétique données, la tension induite est fixe ; le courant généré est donc inversement proportionnel à la résistance de la boucle et directement proportionnel à la surface de la boucle et à la fréquence du courant source. Par conséquent, les courants de Foucault dans les conducteurs de qualité supérieure, comme l'argent et le cuivre, sont plus élevés que dans les conducteurs de qualité inférieure, comme l'acier électrique ou la ferrite (qui sont quasiment isolants). L'acier électrique est un alliage fer-silicium spécialement conçu pour maximiser la résistivité du conducteur sans compromettre excessivement ses propriétés magnétiques, telles que les pertes par hystérésis et la densité de flux à saturation.
La résistivité absolue de l'acier électrique est assez faible, et celle de la ferrite est très élevée. Cependant, sa limite de saturation est beaucoup plus basse (généralement 0.35 T contre 1.3-1.5 T), ce qui la rend moins adaptée à l'induit d'un moteur. Heureusement, il est possible de réduire la surface de la boucle en décomposant simplement une structure monolithique en un empilement de tôles isolées les unes des autres (généralement par une fine couche de laque ou d'oxyde). Plus les tôles sont fines, plus les pertes par courants de Foucault sont faibles. Plus les tôles sont fines, plus leur revêtement isolant représente une part croissante de l'épaisseur totale. Il existe donc une limite pratique à l'épaisseur des tôles utilisables.
La dernière des pertes fer est l'hystérésis, qui correspond essentiellement à la résistance aux changements de direction de magnétisation ou de densité de flux. L'induit de tous les moteurs est excité par un courant alternatif, qu'il soit fourni par un onduleur externe ou par des balais et un collecteur, et son circuit magnétique subit de fortes fluctuations répétées de densité de flux entre polarités opposées. Les matériaux magnétiques qui tolèrent un tel fonctionnement doivent être « doux », c'est-à-dire faciles à magnétiser (faible coercivité) tout en ne conservant pas de moment magnétique (faible rémanence). À l'inverse, les matériaux difficiles à magnétiser (et à démagnétiser) sont classés comme « durs » et constituent généralement de bons aimants permanents. Les pertes par hystérésis mesurent la douceur du matériau magnétique et dépendent de la densité de flux.
Enfin, il existe diverses pertes parasites, la plus notable étant le flux de fuite, qui correspond à tout flux qui ne relie pas le rotor et le stator. Il n'effectue aucun travail utile. Ce flux non connecté réduit également la tension alternative effective d'excitation de l'induit, ce qui se traduit par une inductance. Le dernier mécanisme de perte considéré ici est celui des courants couplés capacitifs de mode commun, qui ont généralement une faible perte de puissance réelle, mais peuvent corroder les roulements et endommager l'isolation des enroulements de phase, et peuvent également entraîner l'échec du véhicule aux tests de rayonnement EMI/RFI.
