À mesure que les coûts des matériaux diminuent et que les technologies de contrôle s'améliorent, les moteurs synchrones à aimant permanent devraient dominer la prochaine génération de groupes motopropulseurs pour véhicules électriques.
Alors que l’industrie mondiale des véhicules électriques (VE) continue de se développer, l’efficacité et les performances sont devenues des facteurs clés dans la conception des transmissions. Parmi les différentes technologies de moteurs, la Moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) est devenu le choix préféré des véhicules électriques modernes en raison de son rendement élevé, de sa taille compacte et de sa densité de couple supérieure.
Un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) est un type de moteur synchrone à courant alternatif qui utilise des aimants permanents intégrés ou fixés au rotor pour créer un champ magnétique constant. Le stator génère un champ magnétique tournant alimenté par un courant alternatif, qui interagit avec les aimants du rotor, le faisant tourner de manière synchrone avec le champ du stator.
Contrairement aux moteurs à induction, qui s'appuient sur un courant induit pour créer des champs magnétiques, les PMSM utilisent des aimants permanents, souvent fabriqués à partir de matériaux de terres rares comme le néodyme-fer-bore (NdFeB), pour une meilleure force magnétique et une meilleure efficacité énergétique.
• Voitures électriques particulières (par exemple, Tesla, Nissan, Hyundai)
• Bus et camions électriques
• Deux-roues et scooters électriques
• Véhicules électriques hybrides (HEV)
• Véhicules électriques et chariots élévateurs industriels
La flexibilité de la technologie PMSM permet aux constructeurs d'adapter les caractéristiques de performance, telles que le couple, la vitesse et l'efficacité, aux besoins spécifiques du véhicule.
Le moteur PMSM s’impose comme une technologie de base à l’origine de la révolution des véhicules électriques. Grâce à son rendement élevé, sa conception compacte et ses performances de couple supérieures, il permet aux fabricants de véhicules électriques d'obtenir une autonomie plus longue, une accélération plus rapide et des expériences de conduite plus fluides.
À mesure que les coûts des matériaux diminuent et que les technologies de contrôle s'améliorent, les moteurs synchrones à aimant permanent devraient dominer la prochaine génération de groupes motopropulseurs pour véhicules électriques.
Le PMSM fonctionne sur le principe de rotation synchrone :
• Le stator est alimenté par un courant alternatif triphasé, générant un champ magnétique tournant.
• Le rotor, équipé d'aimants permanents, s'aligne et tourne en synchronisation avec le champ statorique.
• Un capteur ou un encodeur de position du rotor est généralement utilisé pour maintenir la synchronisation, garantissant un couple fluide et un contrôle précis.
• En raison de ce comportement synchrone, les PMSM fournissent un couple élevé à basse vitesse, ce qui les rend idéaux pour les systèmes d'entraînement des véhicules électriques.
Les aimants sont montés sur la surface du rotor.
Avantages : Conception simple, réponse dynamique rapide.
Applications : véhicules électriques légers, scooters et petites voitures particulières.
Des aimants sont intégrés à l'intérieur du rotor.
Avantages : densité de couple plus élevée, meilleures performances d’affaiblissement du champ et efficacité améliorée à haute vitesse.
Applications : La plupart des voitures électriques modernes, notamment la Tesla Model 3 et la Nissan Leaf, utilisent des conceptions IPMSM.
Les PMSM offrent des efficacités allant jusqu’à 95 à 97 %, réduisant les pertes d’énergie et prolongeant l’autonomie du véhicule électrique. Ce rendement élevé provient de pertes de cuivre réduites dans le rotor par rapport aux moteurs à induction.
L’utilisation d’aimants puissants aux terres rares permet aux moteurs PMSM d’atteindre un couple plus élevé par unité de poids, ce qui donne lieu à des systèmes d’entraînement compacts et légers – un avantage crucial pour les véhicules électriques.
Les PMSM offrent une réponse instantanée du couple et une accélération en douceur, contribuant à une expérience de conduite plus réactive et plus confortable.
Puisqu’il n’y a pas d’enroulements de rotor, les PMSM génèrent moins de chaleur, ce qui contribue à améliorer la fiabilité et la durée de vie du système.
Le fonctionnement synchrone du PMSM permet un contrôle précis de la vitesse et de la position, ce qui est essentiel pour la traction et le freinage par récupération des véhicules électriques.
Haute efficacité
C’est sans doute l’avantage le plus important pour les véhicules électriques. Les PMSM affichent un rendement très élevé, dépassant souvent 90 à 95 %, en particulier à basse vitesse et à charge partielle, qui sont des conditions de fonctionnement courantes en conduite urbaine.
Densité de puissance et de couple élevée
Les véhicules électriques nécessitent des moteurs capables de fournir une puissance et un couple substantiels dans un boîtier compact et léger.
Excellente accélération
La densité de couple élevée, en particulier à basse vitesse, permet des accélérations fortes et rapides, contribuant ainsi à une expérience de conduite dynamique.
Fonctionnement fluide et silencieux
Les PMSM sont conçus pour produire une force contre-électromotrice (EMF) sinusoïdale qui, lorsqu'elle est associée à des stratégies de contrôle avancées telles que le contrôle orienté champ (FOC), permet une délivrance de couple très fluide et une ondulation de couple minimale. Avec moteurs sans balais.
Capacité de freinage régénératif
Les PMSM sont excellents en freinage régénératif. Lorsque le conducteur lève l'accélérateur ou applique les freins, le moteur peut agir comme un générateur, reconvertissant l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique pour recharger la batterie. Cela améliore encore l’efficacité énergétique globale et l’autonomie.
Large plage de vitesse (avec affaiblissement du champ)
Ceci est essentiel pour la traction des véhicules électriques, où le moteur doit fournir un couple élevé pour une accélération à basse vitesse et une puissance soutenue à des vitesses de croisière élevées.
Faible maintenance et haute fiabilité
L'absence de balais et de collecteurs réduit considérablement l'usure mécanique, conduisant à une plus grande fiabilité et à des besoins de maintenance réduits par rapport aux moteurs à courant continu à balais.
Bonne réponse dynamique
Les PMSM ont une faible inertie du rotor et, combinés à un contrôle électronique précis, peuvent réagir très rapidement aux changements d'action du conducteur (par exemple, accélération ou décélération), offrant une sensation de conduite très réactive.
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| Caractéristique | PMSM | Moteur BLDC | Moteur à induction (IM) |
| Efficacité | Très élevé (95 à 97 %) | Élevé (90 à 95 %) | Modéré (85 à 90 %) |
| Densité de couple | Excellent | Bon | Modéré |
| Plage de vitesse | Large (avec affaiblissement du champ) | Limité | Large |
| Coût | Plus haut (à cause des aimants) | Moyen | Inférieur |
| Entretien | Faible | Faible | Moyen |
| Utilisation typique | Véhicules électriques haut de gamme, voitures particulières | Vélos électriques, petits véhicules électriques | Véhicules électriques économiques, modèles plus anciens |
Les moteurs PMSM surpassent la plupart des alternatives en termes d’efficacité, de densité de couple et de performances de conduite globales, ce qui en fait le choix privilégié pour les véhicules électriques de nouvelle génération.
À mesure que les coûts des matériaux diminuent et que les technologies de contrôle s'améliorent, les moteurs synchrones à aimant permanent devraient dominer la prochaine génération de groupes motopropulseurs pour véhicules électriques.
