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I. INTRODUCTION
Le but de ce chapitre est de présenter au lecteur le contenu de cette thèse. L'étude du
comportement d'une machine électrique est une tâche complexe et nécessite principalement une bonne
connaissance de son modèle dynamique, afin que son comportement puisse être correctement prédit par
simulation dans différents modes de fonctionnement prévus.
Les moteurs DK ont assuré le travail. la plupart des équipements industriels (robots et machines-outils)
depuis longtemps. Cependant, un inconvénient majeur du moteur a toujours été la
présence d'un système de balais collecteurs, qui limite la puissance et la vitesse maximale
et provoque des problèmes de maintenance et des temps d'arrêt. Il était donc utile d’utiliser des moteurs
électriques à courant alternatif pour éviter cet inconvénient. Parmi les moteurs AC utilisés dans
les variateurs de vitesse, le moteur synchrone à aimants permanents reste un bon candidat. Sa
gamme devient attractive et compétitive par rapport aux moteurs asynchrones grâce aux aimants
permanents en alliage ou terres rares. Cela lui a permis d'être utilisé comme inducteur dans les
moteurs synchrones, ce qui offre bien plus que d'autres moteurs, par ex. aucune perte de rotor, faible inertie
et couple élevé [1].
Son intérêt pour le magnétisme et les matériaux magnétiques est très important pour
les applications. L’usage de l’électricité se développe depuis longtemps à une vitesse folle, qui ne cesse de
se poursuivre. Mais chaque fois que nous voulons l’utiliser, nous avons besoin de matériaux
magnétiques. Ils constituent le cœur de nombreux appareils automobiles, électrotechniques et de
communication tels que les supports de données (ordinateurs, télévision, enregistrement audio, téléphone,
etc.) [2].

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Les aimants permanents
Les matériaux utilisés pour les propriétés magnétiques sont classés selon la largeur de leur boucle
d'hystérésis (Figure I.1), certains matériaux sont utilisés pour générer des champs magnétiques statiques.
Une fois magnétisés, nous souhaitons qu’ils conservent leur magnétisation acquise quelles que soient les
influences extérieures. Les aimants permanents sont fabriqués à partir de ces matériaux. Ils fonctionnent
d’autant mieux que leur champ coercitif est plus élevé. C'est ce qu'on appelle des « matériaux durs » ;
dans d'autres applications, au contraire, nous décrivons une boucle d'hystérésis continue et notre intérêt est
d'avoir un champ coercitif le plus petit possible pour minimiser les pertes (pertes = surface de boucle).
Cette deuxième catégorie constitue les matériaux dits mous.A noter que le champ de force "" est un
élément important dans la classification des matériaux..
.
Figure I-1 Cycle d’Hystérésis
Caractéristiques générales des aimants permanents
L’état de fonctionnement d’un aimant se situe dans le deuxième quadrant de son cycle
d’hystérésis (voir figure I.2).
Les aimants permanents sont caractérisés par plusieurs paramètres qui sont déterminants
pour les applications industrielles. Ces paramètres sont:
 L’induction résiduelle (ou rémanente)  , qui indique la puissance potentielle de
l’aimant et détermine la section normale nécessaire au passage de flux utile pour le
maintien du flux d’entrefer.
 le champ coercitif , représentant le champ magnétisant capable d’annuler l’induction
résiduelle et, dont la valeur est d’autant plus élevée que l’aimant est plus stable.

 le champ coercitif de polarisation , qui annule l’aimantation intrinsèque du matériau,
la démagnétisation est totale et irréversible.
 le produit d’énergie (. ) : valeur énergétique de l’aimant par unité de volume. En
plus des propriétés magnétiques, il est indispensable de connaître les propriétés
mécaniques et physico-chimiques, le prix ainsi que le point de Curie (température au-delà
de laquelle l’aimant perd ses propriétés magnétiques) [5].
Figure I -2 Cycle Désaimantation
Différents types d’aimants permanents
Il existe une grande variété de matériaux, pour aimants permanents, dont les propriétés et
les applications sont diverses. Dans le cas des machines tournantes, on distingue trois types :
 Les Alnico: aimants permanents réalisés à partir d’un alliage Aluminium-Nickel-
Cobalt. Caractérisés par une induction rémanente élevée et un champ coercitif faible
ils sont donc de caractéristiques énergétiques médiocres. En effet, de part leur
composition métallique ils sont le siège de pertes fer, et le procédé de fabrication
induit une direction privilégiée de l’aimantation, qui est celle de la plus grande
longueur. Actuellement, en raison de leur basse qualité, ils ne sont presque plus
utilisés.
 Les Ferrites: aimants permanents, formés de matériaux de la famille des céramiques
et donc électriquement non-conducteurs et quasiment ferromagnétiques. Ils sont

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caractérisés par une faible induction rémanente mais ont un champ coercitif élevé. Ils
sont surtout intéressants pour leur bon rapport densité d’énergie – prix.
 Les alliages métaux – terres rares: ils sont, actuellement, les plus performants des
aimants permanents utilisés dans la construction des machines synchrones. La version
la plus courante est l’alliage samarium–cobalt, caractérisé par une induction
rémanente et un champ coercitif élevés. A taille égale, la densité d’énergie
emmagasinée dans l’aimant est trois fois plus grande que celle des Alnico et six fois
plus que celle des ferrites, réduisant ainsi de façon considérable le volume du rotor,
ce qui permet donc d’augmenter le couple massique de la machine et de réduire son
inertie. Leur prix est cependant élevé.
Le choix de l’aimant est effectué en fonction de caractéristiques recherchées et du prix de
l’aimant qui est très variable. Quelques propriétés magnétiques des différents types d’aimants
sont données dans le tableau I.1 ci-dessous [5].
Type D’aimants
Densité d’énergie
(BH)max(kJ/3)
Induction rémanente
Br (T) à 25°C
Champ coercitif
-Hc (kA/m)
Température
Tmax (°C)
NdFeB
200-380
1.2-1.5
900-2000
140-220
Sm C5
140-200
1
2000
280
S
2
C
17
180-240
1.05
2000
350-550
AlNiCo
50-85
1.1-1.3
130
500
Ferrites
strontium
27-35
0.3-04
250
250
Ferrites baryum
8-30
0.2-04
170
100-240
Tableau I -1 Exemples de propriétés magnétiques des aimants permanents
La température de Curie est la température à laquelle un aimant perd irréversiblement son
aimantation. En pratique, la température limite à ne pas dépasser est la température maximale indiquée dans
le tableau précédent.
La variation de l'induction constante en fonction de la température est régie par l'équation I.1, valable
pour une certaine température. Dans cette équation,  est l'inductance résiduelle à la température ,
0 est l'inductance à 0 et  est le coefficient de température. Il convient de noter que le coefficient de
température est négatif, ce qui reflète clairement la raison pour laquelle l'inductance diminue avec
l'augmentation de la température.
Plus ce coefficient est grand (en valeur absolue), plus la baisse de l'inductance est importante.
 = 0(1 + ( − 0)).

Pour réduire l'effet thermique des aimants, il peut être recommandé d'utiliser des aimants à faible
facteur de démagnétisation, tels que les aimants de la famille SmCo (samarium-cobalt) ou AlNiCo
(aluminium-nickel-cobalt), qui se caractérisent par un fort coefficient de démagnétisation. limite de
température de fonctionnement. et un faible coefficient de démagnétisation.
Cependant, les SmCos sont chers et les AlNiCos peuvent être démagnétisés par un faible champ
externe. De même, les aimants de type NdFeB (fer-néodyme-bore) ont un prix élevé et ont également une
limite de température inférieure, bien qu'ils soient les plus durables. Les ferrites, qui sont des céramiques,
sont bon marché et ont une bonne résistance à la chaleur, mais sont les moins durables et ont le coefficient
de démagnétisation le plus élevé [6]
Généralités sur les machines électriques à aimants permanents
Grâce au développement de matériaux à aimants permanents à haute énergie et d'une électronique
puissante, les moteurs à aimants permanents ont connu un essor considérable ces dernières années. Ils ont
été utilisés dans de nombreuses applications hautes performances telles que la robotique, l’aérospatiale, les
outils électriques, les énergies renouvelables, divers dispositifs médicaux, les véhicules électriques et
hybrides, etc. Dans toutes ces applications, les machines à aimants permanents sont parfois supérieures aux
autres machines classiques, comme les machines à courant continu, les moteurs synchrones classiques et les
moteurs asynchrones, et notamment dans les applications particulières (servo moteur et vitesse réglable).
Voici un exemple de certains des avantages des machines à aimants permanents :
 L’absence d’enroulement rotorique, donc zéro perte au niveau du rotor.
 Le couple volumique et la puissance massique sont importants permettant une meilleure
compacité.
 L’absence des collecteurs et des balais, simplifie la construction et l’entretien.
 La densité de flux relativement élevée dans l’entrefer, assure une très bonne performance
dynamique.
De plus, les machines à aimants permanents (Brushless) sont capables de fonctionner avec un
facteur de puissance proche de l’unité. Le contrôle précis et rapide du couple, de la vitesse et de
la position est possible avec un simple onduleur de tension triphasé.
Selon les principes de fonctionnement, les machines à aimants permanents peuvent être
classées en trois types :
 Les machines à courant continu et aimants permanents (MCC).
 Les machines à aimants permanents sans balais (MAPSB).
 Les machines synchrones à aimants permanents sans balais (MSAP).
La figure (I.5) montre la configuration de ces trois types.