Un moteur à aimant permanent est un moteur à courant alternatif qui utilise des aimants intégrés ou fixés à la surface du rotor. Les véhicules électriques utilisent des moteurs synchrones à aimant permanent, caractérisés par un couple élevé et un rendement important.

Les aimants utilisés sont des aimants néodyme fer bore, également appelés super aimants. Le nom vient du champ magnétique très concentré par centimètre carré, ce qui les rend très attrayants en raison de leur petite taille, mais leur densité de champ magnétique élevée est bonne pour la force et l'efficacité.

Compte tenu des caractéristiques des moteurs à aimants permanents et de la densité élevée du champ magnétique, la taille du moteur conçu est un tiers de celle des moteurs ayant les mêmes performances. En outre, le rendement élevé maintient la consommation électrique des véhicules électriques au minimum et, enfin et surtout, la durée de vie magnétique du super-aimant est estimée à environ 400 ans, garantissant ainsi son efficacité et sa fiabilité dans le temps.

Les moteurs à aimants permanents (également appelés PM) peuvent être divisés en deux catégories principales : les aimants permanents intérieurs (IPM) et les aimants permanents de surface (SPM), les deux types génèrent un flux magnétique via des aimants permanents fixés sur ou à l'intérieur du rotor.

L'aimant permanent de surface est un moteur avec des aimants permanents fixés à la circonférence du rotor, et l'aimant permanent intérieur est un moteur avec des aimants permanents intégrés dans le rotor appelé IPM.

Pendant des décennies, les moteurs à aimants permanents de surface ont dominé le marché des moteurs à aimants permanents. Cependant, ces dernières années, les marchés émergents des véhicules hybrides et électriques ont stimulé la demande de moteurs intérieurs à aimants permanents.

Avec des avantages tels qu'une puissance constante sur une large plage de vitesse et une conception de rétention d'aimant, les moteurs intérieurs à aimant permanent constituent une bonne solution pour des applications telles que les moteurs de traction et auxiliaires.

Dans les applications automobiles, la technologie à aimants permanents intégrés présente de grands avantages par rapport aux moteurs à aimants permanents de surface. La conception à aimant permanent intégré permet un meilleur contrôle sur la magnétisation du circuit magnétique.

En revanche, les moteurs intérieurs à aimants permanents offrent une plage plus large de couples plus ou moins constants. Grâce à une technique appelée affaiblissement du champ, les concepteurs peuvent appliquer du courant pour modifier les performances. L'affaiblissement du champ consiste à ajuster le champ magnétique du stator pour contrecarrer partiellement l'effet de l'aimant permanent.

———–Moteurs à aimants permanents de surface———–

Les moteurs à aimants permanents de surface ont des aimants fixés à l'extérieur de la surface du rotor et leur résistance mécanique est plus faible que celle des moteurs à aimants permanents intégrés. La résistance mécanique affaiblie limite la vitesse mécanique maximale de sécurité du moteur.

De plus, la convexité magnétique (Ld≈Lq) de ces moteurs et les valeurs d'inductance mesurées aux bornes du rotor sont cohérentes quelle que soit la position du rotor. En raison du rapport de couronne magnétique étroit, les conceptions de moteurs à aimants permanents de surface s'appuient fortement sur des composants de couple magnétique pour générer du couple.

———–Moteurs intérieurs à aimants permanents———–

Les moteurs à aimant permanent intérieurs ont des aimants permanents intégrés dans le rotor, contrairement aux moteurs à aimant permanent de surface, l'emplacement des aimants permanents rend le moteur à aimant permanent intérieur mécaniquement bon et adapté au fonctionnement à grande vitesse.

Ces moteurs se définissent également par leur rapport de couronne magnétique relativement élevé (Lq>Ld). En raison de sa convexité magnétique évidente, le moteur à aimant permanent intérieur peut générer un couple en utilisant les composants de couple magnétique et de couple de réluctance du moteur, ce qui le rend adapté à divers véhicules électriques.

Conclusion

Pour les applications à grande vitesse, comme les moteurs de traction, les moteurs à aimants permanents internes sont la solution optimale : ils utilisent moins de matériau magnétique et tirent profit du rapport de couronnement apparent du rotor pour obtenir un couple supplémentaire. Outre le couple magnétique, le couple de réluctance est également exploité pour atteindre un couple élevé, et la rotation d'un moteur à grande vitesse peut être contrôlée par la commande vectorielle de ces deux types de couple.

Combiné à un meilleur contrôle de la magnétisation du circuit magnétique en contrôlant le courant, il permet un fonctionnement efficace sur une large plage de vitesses. La sécurité mécanique est améliorée car, contrairement à un SPM, l'aimant ne se détachera pas sous l'effet de la force centrifuge. Par rapport aux moteurs traditionnels, le moteur intérieur à aimant permanent peut économiser 30 % de consommation d'énergie avec la même puissance.