Comment choisir entre les moteurs à aimants permanents en surface et les moteurs à aimants permanents intégrés ?

30 juin 2026

Un véhicule électrique peut maintenir un couple élevé à faible vitesse grâce à la disposition des aimants à l'intérieur du rotor. La technologie clé qui sous-tend les véhicules électriques modernes et les systèmes d'entraînement industriels haute performance est le moteur à aimants permanents intégrés (IPM).

À l'ère des véhicules à énergie nouvelle, la technologie IPM suscite un intérêt croissant chez les ingénieurs en conception de moteurs et les responsables des achats de systèmes de propulsion pour véhicules électriques. Le principe de fonctionnement de l'IPM, ainsi que sa principale différence par rapport au moteur à aimants permanents à montage en surface (SPM), seront expliqués ci-après.

Le choix entre la technologie IPM et la technologie SPM est l'une des décisions les plus importantes dans la conception d'un véhicule électrique, car la différence de position des aimants détermine le couple de sortie du moteur, la courbe de rendement et la fiabilité à haute vitesse.

Les principes fondamentaux des moteurs à aimants permanents : le rôle des aimants en terres rares

Le moteur à aimants permanents (PM), qui fait partie de la famille des moteurs à courant alternatif, génère un champ magnétique grâce à des aimants intégrés ou montés à la surface du rotor. Dans le domaine des véhicules électriques, le moteur synchrone à aimants permanents (PMSM) est largement utilisé en raison de sa densité de couple et de son rendement élevés, ce qui en fait l'un des types de moteurs d'entraînement les plus courants.

Les moteurs sont généralement équipés d'un aimant au néodyme (Nd-Fe-B), que l'on qualifie dans le secteur d'« aimant ultra-puissant ». Un aimant au néodyme est capable de fournir un champ magnétique important malgré sa petite taille, car son champ magnétique est concentré et présente une intensité élevée par unité de surface.

Grâce à leur rendement élevé et à leur forte densité de flux magnétique, les aimants permanents permettent de réduire la taille du moteur à seulement un tiers de celle des modèles traditionnels, tout en conservant le même niveau de performances. Cela permet de concevoir des véhicules électriques plus légers et de réduire la consommation énergétique globale du véhicule grâce à un rendement élevé. De plus, la durée de vie magnétique des aimants en terres rares peut atteindre environ 400 ans, ce qui garantit un fonctionnement stable du moteur tout au long de sa durée de vie.

Outre les aimants au néodyme, les aimants au samarium-cobalt (SmCo) sont également utilisés dans certaines applications à haute température. Leur puissance magnétique est légèrement inférieure à celle du néodyme, mais ils conviennent aux applications où les températures de fonctionnement dépassent fréquemment 150 °C en raison de leur résistance aux hautes températures. Étant donné les variations de température dans l’environnement de fonctionnement des moteurs de propulsion des véhicules électriques, la puissance magnétique et les performances thermiques doivent être prises en compte lors du choix des aimants.

IPM et SPM : déterminés par la position de l'aimant

Il existe deux types de moteurs à aimants permanents : les moteurs IPM et les moteurs SPM. Tous deux génèrent un flux magnétique grâce à des aimants permanents, mais l'emplacement de ces derniers diffère. Dans les moteurs IPM, les aimants sont intégrés à l'intérieur du rotor, tandis que dans les moteurs SPM, ils sont montés directement à la surface du rotor. Cette différence de structure modifie les caractéristiques de performance, les stratégies de commande et le domaine d'application de ces deux types de moteurs, ce qui constitue l'un des critères de classification les plus marquants dans la conception des moteurs électriques.

Du point de vue de la fabrication, la structure du rotor est relativement simple dans le cas des moteurs SPM. L'aimant est directement intégré à la surface extérieure du rotor ; dans certaines conceptions, des manchons en fibre de carbone ou en acier inoxydable assurent sa protection, ce qui permet d'éviter son détachement sous l'effet de la force centrifuge lors d'une rotation à grande vitesse. Le processus de fabrication du rotor des moteurs IPM est plus complexe. L'usinage de fentes pour les aimants à l'intérieur du noyau est nécessaire, car les performances du moteur peuvent être affectées par le positionnement et la précision angulaire des aimants intégrés, ce qui explique en partie le coût de fabrication élevé.

Les formes des deux types d’aimants sont également différentes. Le SPM utilise principalement des aimants en anneau ou en arc, tandis que l'IPM utilise des aimants rectangulaires ou parallélépipédiques dotés de fentes usinées. Par ailleurs, certaines études montrent que l'IPM ne nécessite que 66,71 TP3T de matériau magnétique par rapport au SPM, ce qui constitue un avantage en termes de coût compte tenu de la hausse du prix des terres rares.

La transformation induite par les véhicules hybrides et électriques

Les performances à haute vitesse constituent le principal atout de l’IPM, ce qui revêt une importance particulière dans le domaine des applications automobiles. En revanche, la courbe puissance-vitesse du SPM présente une forme hyperbolique, ce qui signifie qu’elle augmente progressivement jusqu’à atteindre un plateau de puissance constante sur une plage de vitesse étroite, puis diminue par la suite. Le SPM dominait auparavant le marché des moteurs à aimants permanents, mais la situation a changé récemment. La demande en moteurs IPM augmente en raison de l’essor des véhicules hybrides et électriques. Le moteur IPM est capable de maintenir une puissance de sortie constante sur une large plage de vitesses, ce qui le rend adapté à des applications telles que les moteurs de traction et les moteurs auxiliaires.

L'avantage d'un moteur IPM est particulièrement évident dans les applications automobiles, car il permet un meilleur contrôle de l'état de magnétisation du circuit magnétique, ce qui se traduit par une plage de couple plus large et une sortie de couple constante. Ainsi, en modifiant le courant, il est possible de contrôler les performances de fonctionnement des moteurs électriques, ce qui constitue une technologie essentielle dans les systèmes de propulsion des véhicules électriques modernes.

La demande du marché en matière d'IPM devrait augmenter au cours de la prochaine décennie, parallèlement à la progression du taux d'adoption mondial des véhicules électriques. La quasi-totalité des plateformes de véhicules électriques de nouvelle génération des grandes marques automobiles utilisent l'IPM comme moteur de traction principal, et cette tendance devrait renforcer la position dominante de l'IPM dans le secteur des moteurs de traction.

Propriétés structurelles du SPM

Les aimants sont montés à la surface du rotor, dont la résistance mécanique est relativement faible. Cette structure limite la vitesse mécanique maximale de fonctionnement en toute sécurité du moteur. De plus, la valeur d’inductance mesurée à l’extrémité du rotor est constante quelle que soit la position de ce dernier, ce qui fait que la génération de couple par le SPM repose principalement sur le seul mécanisme du couple magnétique.

Malgré ces limites en termes de performances, le SPM est largement utilisé dans des applications qui ne nécessitent pas une grande résistance mécanique, telles que les appareils électroménagers et les pompes à eau à faible vitesse, car sa fabrication est simple et son coût est moindre.

Avantages structurels de la lutte intégrée contre les ravageurs (IPM)

La structure des moteurs IPM, qui intègre les aimants à l'intérieur du rotor, offre de meilleures performances mécaniques et convient donc aux applications à grande vitesse. Ces moteurs présentent un rapport d'inductance Lq/Ld relativement élevé, qui constitue un indicateur clé permettant de mesurer la différence de réluctance magnétique le long des différents axes du rotor.

Grâce à sa structure, le moteur IPM peut générer un couple à la fois par le mécanisme de couple magnétique et par celui de couple de réluctance, ce qui lui permet de s'adapter aux différents besoins des véhicules électriques. Il est ainsi possible de maintenir un couple de sortie optimal, aussi bien lors de la conduite à faible vitesse en ville qu'à grande vitesse sur autoroute.

La stratégie de commande « couple maximal par ampère » (MTPA) est généralement adoptée pour exploiter pleinement les avantages du double couple offert par les IPM. Les sources de couple magnétique et de couple de réluctance doivent être maintenues en équilibre grâce à un ajustement dynamique du vecteur de courant, afin d’obtenir un rendement optimal. Par conséquent, les algorithmes de commande des moteurs IPM, qui nécessitent des capteurs plus précis et une plus grande puissance de calcul, sont plus complexes que ceux des moteurs SPM.

Orientations futures de la lutte intégrée contre les ravageurs (IPM) et de la gestion durable des ravageurs (SPM)

L'IPM constitue une option privilégiée pour les applications à grande vitesse telles que les moteurs de traction, car il permet d'obtenir un couple de sortie comparable tout en utilisant moins de matériau magnétique. Outre le couple magnétique, le couple de réluctance est également utilisé dans les moteurs IPM pour générer un couple élevé. La technologie de commande vectorielle est également appliquée aux moteurs IPM afin de s'adapter aux différentes variations de la demande pendant le fonctionnement des moteurs à grande vitesse.

Dans la comparaison des courbes de rendement, le SPM permet d'atteindre un rendement élevé à des vitesses faibles et stables grâce à la conception simple de son circuit magnétique, tandis que l'IPM permet de maintenir un rendement élevé sur une plage de vitesses plus large. Par conséquent, le rendement de l’IPM est supérieur à vitesse élevée. L’IPM permet de maintenir un rendement élevé sur une large plage de vitesses en ajustant l’état de magnétisation du circuit magnétique. Les aimants sont encapsulés à l’intérieur du rotor et ne se détachent pas sous l’effet de la force centrifuge. Par conséquent, la fiabilité mécanique est améliorée grâce à la grande durabilité de la structure globale du rotor. L’IPM permet d’économiser environ 30% d’énergie par rapport aux conceptions traditionnelles à puissance de sortie égale, ce qui constitue un avantage de taille pour l’industrie des véhicules électriques, qui accorde une grande importance à l’autonomie et au rendement énergétique.

L'utilisation de la technologie d'affaiblissement de champ des moteurs IPM à grande vitesse permet d'affaiblir le champ magnétique effectif du rotor une fois la vitesse de base dépassée, ce qui permet au moteur de maintenir une puissance de sortie constante sur une plage de vitesse étendue. Il en résulte un rendement élevé des véhicules électriques, que ce soit en montée à faible vitesse ou en croisière à grande vitesse, ce qui explique la popularité de l'IPM dans le secteur des véhicules à énergie nouvelle.

Comment choisir ?

Pour les applications ne nécessitant pas une large plage de vitesses, ou lorsque le budget est un critère primordial, il convient d'opter pour le SPM en raison de sa structure simple et de son coût réduit.

Si un rendement élevé sur une large plage de vitesses est requis, en particulier pour les applications impliquant un fonctionnement à grande vitesse et des exigences de couple élevées, telles que les moteurs de traction pour véhicules électriques ou les applications liées aux nouvelles énergies, il convient d’envisager l’utilisation d’un moteur IPM en raison de ses performances à grande vitesse, de sa densité de couple plus élevée et de sa meilleure fiabilité mécanique.

Les modules IPM assurent une certaine dissipation thermique grâce à la structure d'encapsulation du noyau, qui maintient l'aimant à des températures plus basses et empêche la dégradation des performances magnétiques due aux températures élevées. En revanche, la dissipation thermique est insuffisante dans les SPM en raison de l'exposition directe des aimants. C'est également la raison pour laquelle les IPM sont privilégiés pour les applications à haute densité de puissance.

En conclusion, pour les applications présentant des exigences modestes en matière de plage de vitesse et de régularité du couple, telles que les appareils électroménagers et les pompes à eau à basse vitesse, la technologie SPM est privilégiée en raison de son avantage en termes de coût. Pour les moteurs de traction ou les systèmes d'entraînement industriels fonctionnant sur une large plage de vitesses, bien que le coût initial lié à l'utilisation de l'IPM soit élevé, celui-ci peut être compensé par des gains d'efficacité à long terme et une utilisation réduite de matériaux magnétiques.

Avant de prendre une décision, il est recommandé de discuter avec le fournisseur de matériaux magnétiques des besoins opérationnels, tels que la vitesse cible et les contraintes budgétaires. Cela permet de s'assurer que l'option la plus adaptée sera choisie, sans avoir à procéder ultérieurement à des modifications de conception dues à des incompatibilités entre les spécifications.