Les moteurs électriques reposent sur l'induction électromagnétique, un phénomène découvert au début des années 1800 par le physicien Michael Faraday. Il a constaté que le déplacement d'un aimant à travers un tore, autour duquel il avait enroulé un fil conducteur, générait un courant électrique dans le fil. Les moteurs électriques utilisent cette idée à l'envers. Lorsqu'un courant passe à travers une bobine, la bobine devient magnétisée, et si elle est attachée à un arbre et suspendue dans le champ généré par un aimant permanent, les forces magnétiques opposées créent suffisamment de force pour faire tourner l'arbre. La connexion de l'arbre à un mécanisme d'engrenage le rend capable de travailler, et l'ajout de roulements réduit la friction et augmente l'efficacité du moteur.

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Les principales parties d'un moteur électrique comprennent le stator et le rotor, une série d'engrenages ou de courroies et des roulements pour réduire la friction. Les moteurs à courant continu ont également besoin d'un commutateur pour inverser la direction du courant et maintenir le moteur en rotation.
••• lvdesign77 /iStock /Getty Images Le stator, le rotor, les balais et le commutateur

Plutôt que d'utiliser un aimant permanent, moderne les moteurs électriques commerciaux reposent généralement entièrement sur les électroaimants. Une série de petites bobines disposées dans un arrangement circulaire forme le stator, et ces bobines génèrent un champ magnétique permanent. Une bobine séparée enroulée autour d'une armature et attachée à un arbre forme le rotor, qui tourne à l'intérieur du champ. Parce que vous ne pouvez pas attacher de fils à une bobine en rotation, le rotor incorpore généralement des brosses métalliques qui restent en contact avec une surface conductrice sur le stator. Cette surface, ainsi que les enroulements du stator, sont connectés aux bornes d'alimentation situées sur le boîtier du moteur.

Lorsque vous allumez l'alimentation, l'électricité circule dans les bobines de champ pour créer un champ magnétique permanent. Il traverse également les brosses et alimente la bobine d'armature. Les moteurs à courant continu, tels que ceux qui fonctionnent sur batterie, comprennent également un commutateur, qui est un interrupteur fixé à l'arbre du rotor qui inverse le champ électrique à chaque demi-rotation du rotor. Cette inversion de champ est nécessaire pour maintenir le rotor en rotation dans une direction.
••• nabihariahi /iStock /Getty Images Engrenages et courroies

En soi, un arbre de moteur en rotation n'est pas très utile, sauf si vous voulez l'utiliser pour percer ou faire tourner une pale de ventilateur. La plupart des moteurs intègrent un système d'engrenages et /ou de courroies d'entraînement pour convertir l'énergie de l'arbre en rotation en mouvement utile. La configuration des courroies ou des engrenages peut augmenter la vitesse de rotation sur un arbre adjacent, ce qui entraîne une réduction de la puissance, ou elle peut augmenter la puissance tout en réduisant la vitesse de rotation. Les engrenages à vis sans fin peuvent changer le sens de rotation de 90 degrés. Les engrenages et les courroies permettent à un seul moteur d'exécuter une variété de fonctions simultanément.
••• scanrail /iStock /Getty Images Roulements pour réduire la friction

Plus le moteur est grand, plus la friction est générée entre les pièces mobiles. Cette force de friction s'oppose au mouvement du rotor, réduisant l'efficacité du moteur et finalement usant les pièces. La plupart des moteurs ont des roulements entre le stator et le rotor pour maintenir le rotor centré et minimiser l'entrefer. Les petits moteurs ont des roulements à billes tandis que les gros moteurs utilisent des roulements à rouleaux. Les roulements nécessitent une lubrification périodique qui, avec l'entretien et le nettoyage des enroulements du stator et des balais du rotor, est une procédure de maintenance importante.