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Moteur à réluctance variable / commutée MRVCE

Dernière modification : 13/11/2025 -  4

C'est une des technologies les plus récentes pour la traction électrique. Popularisée dans les années 2010 sur des machines de précision (moteur à réluctance commutée, proche d'un moteur pas à pas), elle a ensuite été adaptée à l'automobile. tesla a largement médiatisé une variante mélangeant réluctance et aimants permanents (IPM-SynRM), mais d'autres constructeurs s'y intéressent aussi.

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Intérêt côté auto: coût matière réduit (rotor sans cuivre ni aimants sur un SRM pur), pertes rotor très faibles, haut rendement à charge partielle et à haut régime grâce à une faible force contre-électromotrice propre au rotor. Sur les Tesla récentes, l'essieu arrière reçoit un moteur à aimants intérieurs fortement saillant (IPM-SynRM) et l'avant un moteur à induction selon versions.

Pourquoi réluctance variable ?

On parle de réluctance parce qu'on exploite un circuit magnétique dont la résistance magnétique (réluctance) varie selon le chemin du flux. Le flux magnétique traverse très bien les tôles ferromagnétiques, beaucoup moins l'air. Quand l'entrefer effectif est réduit, la réluctance baisse et le flux se ferme plus facilement, ce qui génère un couple qui aligne le rotor sur le champ du stator.

Dans une application auto, le rotor est profilé pour tourner très vite (jusqu'à 18 000 à 22 000 tr/min selon modèles) et présente des évidements qui font varier la réluctance.

De quoi est composé un moteur à réluctance variable ?

Stator en tôles feuilletées avec bobinages triphasés alimentés par un onduleur 400 à 800 V. Courants crête typiques: 300 à 600 A selon puissance. Rotor ferromagnétique sans enroulement ni cage (SRM pur), ou avec aimants enterrés et saillance marquée (IPM-SynRM). Le tout piloté par une électronique de puissance à PWM 4 à 16 kHz.

Le champ tournant du stator entraîne le rotor en se positionnant là où la réluctance globale du circuit est minimale. La saillance du rotor crée deux inductances différentes, Ld et Lq. Le couple de réluctance est proportionnel à (Ld − Lq) · Id · Iq. Plus le ratio de saillance ξ = Ld/Lq est élevé (typiquement 1.5 à 2.5 en traction), plus le couple est important à courant donné.

RÉLUCTANCE ÉLEVÉE


RÉLUCTANCE FAIBLE

Fonctionnement en automobile

Le contrôle vectoriel ou DTC ajuste Id/Iq et l'angle électrique pour rester accroché au champ, limiter l'ondulation de couple et optimiser le rendement. À haut régime, on entre en affaiblissement de flux pour dépasser la vitesse de base tout en contenant la tension de contre-EMF. Un IPM-SynRM garde un bon rendement sur une large plage, un SRM pur est très robuste et peu coûteux mais demande un contrôle plus agressif du courant pour lisser le couple.

Fonctionnement sur machines industrielles (SRM pas à pas)

Les phases sont excitées séquentiellement par paires opposées. Chaque commutation cherche à réduire l'entrefer effectif, ce qui fait pivoter le rotor par pas. Couple élevé à bas régime, excellente tenue thermique, mais bruit et ondulation de couple marqués sans filtrage.

avantages et inconvénients en traction

• Rendement: 92 à 95 % sur une large plage en IPM-SynRM, 88 à 93 % typiquement pour SRM auto moderne. Pertes rotor très faibles, donc moins de chaleur à extraire.
• Matériaux: pas ou peu de terres rares. Le rotor d'un SRM est acier feuilleté, sans cuivre, donc coût et sensibilité matière en baisse.
• Vitesse: régimes continus élevés possibles (15 000 à 20 000 tr/min), bon maintien du couple spécifique à haut régime avec l'IPM-SynRM.
• Couple spécifique: 4 à 7 N·m/kg pour un ensemble motoréducteur compact de grande série, jusqu'à 8+ N·m/kg sur des unités sportives.
• Refroidissement: stator à refroidissement eau-glycol 60 à 90 °C, densité de courant 5 à 15 A/mm² selon refroidissement et duty.

• Ondulation de couple et bruit: signature acoustique plus marquée qu'un PMSM. Nécessite filtrage par commande, châssis et encoches optimisées, parfois enrobage résine. Bruit de commutation audible si PWM basse fréquence.
• Commande exigeante: modélisation précise des Ld/Lq, table MTPA/MTPV, limites I, V et T strictes. Dépendance forte à l'onduleur et aux capteurs.
• Intégration: tolérances d'entrefer très serrées, qualité des tôles (0.2 à 0.35 mm) et traitements isolants indispensables pour limiter pertes fer.

Quelques ordres de grandeur utiles

Tension bus: 355 à 400 V sur packs 400 V, 650 à 760 V sur packs 800 V.
Puissance massique visée: 4 à 7 kW/kg sur le moteur seul en série, 2 à 4 kW/kg sur l'ensemble e-axle.
Température stator admissible: 150 à 180 °C classe H, mais pilotage souvent limité vers 140 °C pour la longévité.
Rendement pic: autour de 95 %; zone d'efficience >90 % souvent de 20 à 70 % de charge et 3000 à 12 000 tr/min selon design.

Clarification utile sur la back-EMF

Tous les moteurs synchrones génèrent une force contre-électromotrice croissante avec la vitesse. Sur un PMSM classique, elle est liée au flux des aimants; sur un SRM pur, elle est principalement liée à l'inductance variable et à la commutation. Les IPM-SynRM mélangent couple d'aimant et de réluctance: on profite du couple élevé à bas régime et d'un meilleur comportement en affaiblissement de flux à haut régime qu'un PMSM pur de même taille.

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