Une machine synchrone à aimants permanents se compose d’un stator comportant un bobinage qui est peut être alimenté, par exemple, en triphasé et produit un champ magnétique tournant à la fréquence d’alimentation et d’un rotor où le champ magnétique est produit par des aimants permanents.

Les moteurs à aimants permanents peuvent accepter des courants de surcharge importants pour démarrer rapidement. Associés à des variateurs de vitesse électroniques, ils trouvent leur place dans certaines applications de motorisation d'ascenseurs lorsque l'on cherche une certaine compacité et une accélération rapide (immeuble de grande hauteur par exemple). L’excitation, dans ce cas, est créée par les aimants permanents. Le couple instantané (dans n’importe quelle configuration de machine à aimants) est la somme de trois couples élémentaires : le couple réluctant, le couple hybride et le couple de détente.

Positionnement des aimants Il existe plusieurs sortes de machines synchrones à aimants permanents : Aimants en surface : (MSAP_S) les aimants permanents sont collés sur le rotor à l’aide de résine ou on les insère dans des encoches faites dans le rotor. Le couple total dans cette machine est la somme d’un couple hybride et d’un couple de détente. Le couple réluctant est nul, le rotor ne présentant aucune saillance (variation de réluctance) quand il tourne. Aimants enterrés : (MSAP_I2) les aimants permanents sont démagnétisés et enterrés dans le rotor, puis ils sont remagnétisés. Le couple total dans ce type de machine est égal à la somme d’un couple hybride, d’un couple de détente et d’un couple réluctant. Aimants à concentration de flux : (MSAP_CF) les aimants permanents sont disposés de telle sorte qu’ils fournissent une concentration de flux dans l’entrefer, le couple total est égal à la somme d’un couple hybride, d’un couple de détente et d’un couple réluctant.

Matériaux Depuis plusieurs décennies, la demande de machines électriques plus compactes et plus efficaces attirait toute l'attention des industriels et des chercheurs vers les machines à aimants permanents. L’émergence des aimants permanents Nd-Fe-B à très hautes performances et à bas coût ainsi que l'évolution importante du domaine de l'électronique de puissance n'ont fait qu'accentuer cette tendance. L'accroissement du rendement, de la puissance massique et du couple massique est devenu possible, grâce à l’exploitation des aimants, source de flux sans pertes par effet Joule. Cependant, les aimants permanents présentent un inconvénient pour des applications où la plage de vitesse de fonctionnement est importante car ils ont tendance à se décoller du rotor sous l’effet de la force centrifuge. Il existe cependant des solutions pour pallier ce problème. La mise en place d’un tube amagnétique en fibre de verre peut constituer un bon moyen de consolidation.

Automatisme Le moteur synchrone à aimants permanents remplace le collecteur tournant du moteur à courant continu par une commutation électronique, éliminant ainsi les balais et les problèmes qui leur sont associés. Les moteurs sans balais (dits brushless) ont besoin d’une boucle de retour délivrant l’information de la position électrique du rotor. Ce qui implique l’utilisation d’un capteur de position. Cette information sur la position électrique du rotor est utilisée pour commander les courants dans les phases, avec comme but de maintenir l'orthogonalité du flux magnétique rotorique par rapport au flux statorique.

Avantages et inconvénients La machine synchrone à aimants permanents en surface semble être le meilleur choix, entre autres, pour le moteur-roue. Ces machines ont effectivement des avantages non négligeables : très bonne puissance massique ; très bon rendement ; moindre usure et moins de frais d'entretien (pas de balais). Cependant ils ont tout de même certains inconvénients : coût élevé (en raison du prix des aimants) ; impossibilité de régler l’excitation.

Notes et références

Bibliographie Flavia Khatounian, Contribution à la modélisation, l'identification et à la commande d'une interface haptique à un degré de liberté entrainée par une machine synchrone à aimants permanents (thèse de doctorat, École normale supérieure de Cachan), 2006.

Annexes Articles connexes Machine synchrone Machine asynchrone Machine à courant continu Moteur pas à pas Moteur sans balais Aimant Commande vectorielle Commande directe du couple Compensateur synchrone

Liens externes Les Machines synchrones autopilotées - Préparation à l’agrégation de génie électrique sur le site geea.org Cours et Problèmes sur les machines électriques dont la machine synchrone sur le site mach.elec.free.fr

Catégorie:Machine électrique