La réduction des marges temporelles dans les circuits synchrones est une manière d'améliorer leur performance.En cas de vieillissement, de fluctuations de la tension d'alimentation ou de la température du milieu de mission, des réductions sévères des marges temporelles peuvent néanmoins avoir un impact négatif sur la fiabilité des circuits. La réduction des marges temporelles sans dégradation de la fiabilité peut être réalisée à l'aide des informations d'un contrôle en ligne de ces marges. Cette thèse porte sur l'étude du suivi en ligne des marges temporelles des circuits intégrés synchrones. La première contribution de ce travail consiste en une nouvelle solution shadow-scan bien adaptée au suivi en ligne des marges temporelles, permettant une mise en œuvre de bascules scan plus rapides et pouvant être gérées de façon transparente par les outils de conception du commerce. Une approche naturelle de mise en œuvre du suivi des marges temporelles est le déploiement de moniteurs sur tous les chemins critiques ou susceptibles de le devenir à cause du vieillissement ou des variations dues au processus de production.Dans des circuits très contraints en termes de temps de propagation, avec un grand nombre de chemins critiques, cette approche peut conduire à un surcoût en surface trop important pour un gain en performance limité. Afin de pouvoir réduire le nombre de moniteurs avec un impact limité sur la qualité du monitoring, la seconde contribution de ce travail est la proposition d'une nouvelle méthode d'évaluation de la qualité du monitoring d'un groupe de bascules.Cette méthode est basée sur l'estimation de la probabilité d'activation des moniteurs. Deux métriques sont proposées pour quantifier la qualité du suivi des marges temporelles. La première sert à estimer la couverture temporelle d'un groupe de bascules, alors que la deuxième permet d'évaluer la couverture spatiale.Enfin, en se basant sur ces deux métriques, la dernière contribution de ce travail est la démonstration du fait qu'il est possible avec un surcoût limité d'améliorer significativement la qualité du monitoring d'un circuit si les moniteurs sont adaptés aux cônes logiques qu'ils surveillent. / Slack-time reduction is a way to improve the performance of synchronous sequential circuits. In the presence of circuit wear-out, supply voltage fluctuations and temperature variations, aggressive slack-time reduction can be achieved based on adaptive voltage and frequency scaling with feedback from in-situ slack-time monitoring. The first contribution of this work consist of a new shadow-scan solution which facilitates the implementation of faster scan Flip-Flops (FFs), enables in-situ slack-time monitoring and can be transparently handled by commercial tools for automated scan stitching and automated test pattern generation. A natural approach is to place in-situ slack-time monitors close to all sequential elements with incoming timing-critical paths or susceptible to become timing-critical due to wear-out or manufacturing variability. In latency-constrained circuits with large ratios of timing-critical paths, this methodology may result in large area overheads and minor power improvements. The second contribution of this work is an evaluation methodology of the monitoring quality delivered by a set of FFs. This methodology estimates monitor activation probabilities based on which two evaluation metrics are provided. On one hand, the expected ratio of clock cycles with at least one monitor activated can be used to estimate the temporal coverage of the in-situ slack-time monitoring scheme. On the other hand, the expected number of activated monitors per clock cycle can be used to evaluate the spatial coverage of the monitoring scheme. Finally, based on these metrics, it is shown that the monitoring quality can be significantly improved if the size of the detection window of each in-situ slack-time monitor is correlated to the slack-time of the monitored timing-critical paths.

Les travaux de recherche présentésdans cette thèse ont été effectués dans le cadred'une collaboration entre Leroy Somer et lelaboratoire de génie électrique et électronique deParis (GeePs). Ils ont pour objectif lessimulations des phénomènes observés en modetransitoire des machines électriques. Cessimulations sont particulièrement orientées parles nouvelles exigences issues du Grid Code pourles alternateurs connectés au réseau.Principalement, deux types de modèles ont étédéveloppés. Le premier se base sur unereprésentation de l’état magnétique de lamachine où chaque flux est exprimé en fonctiondes courants des différentes bobines. Le secondmodèle regroupe les courants en utilisant descourants magnétisants sur les axes d et q associésà des coefficients de saturation pour chaque fluxet simplifie la représentation magnétique,notamment pour la prise encompte du circuit amortisseur. Avec unemodélisation suffisamment précise ducomportement magnétique non linéaire de lamachine, ils permettent de mieux prédire lescourants et le couple électromagnétique lors desdéfauts tels que les creux de tension. Les travauxeffectués présentés dans ce mémoire ont permis,en partant des descriptions des saturationstrouvées dans une machine, de définir desméthodes pour incorporer la saturation dans lesmodèles de type circuit et finalement d’aboutirau choix du modèle non-linéaire pour unemachine électrique donnée. Grâce à un temps decalcul réduit, ils ont aussi conduit à l'intégrationsous Simulink de modèles de la machine et dusystème d'entrainement pour la réalisationd'études de stabilité et pour créer unenvironnement de mise au point de la commandedu système. / The research presented in this thesiswas carried out in the research and developmentproject between Leroy Somer and the Group ofElectrical Engineering of Paris (GeePs). Theirobjective is to simulate the phenomena observedin the transient states of electrical machines.These simulations are particularly oriented bythe new Grid Code requirements for alternatorsconnected to the power network. Two types ofmodels have been principally developed. Thefirst one is based on a magnetic description ofthe machine where each flux is expressed as afunction of the currents flowing through thedifferent machine windings. The second oneregroups the different winding currents by usingthe magnetizing currents on axes d and qassociated to saturation coefficients for eachflux linkage and simplifies the magneticdescription, especially when taking into accountthe damper windings. With a sufficiently precisemodelling of the non-linear magnetic behaviourof the machine, it is possible to better predict thecurrents and the electromagnetic torque underfault conditions such as voltage drops. The workcarried out in this thesis has made possible,starting from the descriptions of the saturationeffects found in a machine, to define methodsfor incorporating saturation into circuit models.Finally, one can make a choice of the dynamicnon-linear model for a given machine. Thanks toshort computation time, it also led to theSimulink integration of the machine andexcitation system models paving the way forstability and control studies.

Les machines à double excitation (aimants permanents et bobines d’excitation) sont depuis quelques années étudiées par de nombreuses équipes de recherche dans le monde pour leur souplesse de fonctionnement et leur puissance volumique importante. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle structure de machine à double excitation. C’est une machine à commutation de flux, donc qui possède un rotor passif, et dont la partie de double excitation située au stator est maintenue par une culasse à griffes. Dans une première partie, les caractéristiques importantes de cette structure sont exposées à partir de mesures sur un prototype et de modèles par éléments finis. Les différents trajets de flux ainsi que l’excursion du flux à vide en fonction du courant de double excitation ou encore les FEM à vide et le courant de court-circuit sont présentés. L’objectif est de caractériser de façon précise le fonctionnement de cette machine. Outre le fonctionnement à vide, les fonctionnements en mode moteur et en mode générateur sont présentés pour évaluer les performances. Le second chapitre de cette thèse présente différents modèles de la machine à double excitation. Tout d’abord à partir de modélisations par éléments finis nous montrons les impacts des caractéristiques magnétiques telles que la courbe BH et l’induction rémanente des aimants permanents sur le flux à vide de différentes machines à commutation de flux et double excitation. Puis nous présentons deux méthodes basées sur la modélisation par éléments finis qui permettent le calcul du courant de court-circuit. Enfin, afin de s’affranchir d’un modèle magnéto-transitoire trop gourmand en temps de calcul, nous présentons un modèle analytique. Ce modèle permet à partir de la valeur du flux à vide et de l’inductance cyclique d’une machine synchrone à aimants permanents de calculer la puissance en générateur débitant sur un pont de diodes et une source de tension fixe en fonction du courant d’excitation et de la vitesse de rotation. Dans le dernier chapitre de la thèse, nous avons développé un modèle de la machine à double excitation à bobinage global basé sur les schémas réluctants. A partir de ce modèle, nous calculons le flux à vide et l’inductance cyclique de la structure de façon plus rapide que par des simulations par éléments finis et sensiblement aussi précise afin de les utiliser dans le calcul de la puissance. Dans un dernier temps, nous avons utilisé ce modèle dans une procédure d’optimisation pour différents cahiers des charges. / In this thesis, a new hybrid excitation, flux-switching machine is being presented. The main feature of this device is its global winding hybrid excitation with claw poles. This solution has been explored in order to reduce the copper mass and increase excitation winding efficiency. One of the most widely used alternators in automotive applications is a claw pole alternator whose claws are located on the rotor. The prototype introduced in this study is based on the same principle yet with claws located on the stator, which allows its rotor to be passive in rotating at higher speeds without slip-rings or brushes. Furthermore, the advantages of the double excitation are cumulative.The thesis will first describe the structure and operating principles of this new hybrid excitation, flux-switching machine, For example, the no-load flux linkage and the back-electromotive force on a no-load are measured and calculated;. Moreover, the load testing of this machine will be displayed. Short-circuit currents will be calculated and measured in order to determine the output power capability while operating in generator mode. The second chapter presents finite element and analytical models which allows to determine the output power capability while operating in generator mode. And with the FEA, the no-load flux linkage is investigated, This investigation serves to highlight: the influence of the stacking factor, the B-H curve definition, and the permanent magnet residual induction value, Finally, a lumped-parameter magnetic circuit model is developed and validated by 3-D finite element analysis, The model allows estimating output power of the structure when running in generator mode (with a DBR) faster than with 3D-FEA. In addition, thanks to the model the geometry is optimized for several specifications,

Le problème de la commande sans capteur mécanique de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP) est un problème très étudié dans le domaine de l'automatique et de l'électrotechnique. Le travail présenté s'intéresse au problème particulier de la commande sans capteur à basse vitesse des MSAP à pôles lisses. L'objectif est de proposer une méthode permettant de contrôler en position un actionneur électromécanique utilisé dans un contexte aéronautique (ici pour des ailerons). Une étude théorique des deux familles de machines, saillantes et non saillantes, a permis de montrer une différence d'observabilité des modèles de la MSAP selon la vitesse de la machine, avec en particulier une perte d'observabiltié à basse vitesse pour les machines à pôles lisses. Pour pallier cette perte, de nouveaux modèles sont développés, qui prennent en compte des vibrations de la machine, sollicitée par une injection de signaux. Une nouvelle analyse, appliquée à ces modèles, permet de garantir l'observabilité de la machine sur toute la gamme de vitesse, y compris à l'arrêt. Nous avons donc proposé une approche d'observation de la position et de la vitesse basée sur ces nouveaux modèles avec une injection bien choisie. Contrairement aux méthodes classiques basées sur la saillance, cette approche est applicable à tous les types de machine. Elle a été validée sur plusieurs bancs d'essais par l'application d'un observateur de Kalman étendu. De nombreux tests ont été réalisés sur un benchmark dédié aux applications industrielles. Les résultats ont montré les performances, la robustesse et les limites des observateurs proposés. Nous nous sommes également intéressés à l'asservissement en vitesse sans capteur mécanique de la machine, pour lequel nous avons proposé deux méthodes de synthèse d'observateurs. La première est basée sur la synthèse d'un observateur LPV robuste par approche polytopique. La seconde utilise un observateur à modes de glissement d'ordre deux à gains adaptatifs. La faisabilité expérimentale de ces deux observateurs a été démontrée. / The issue of sensorless control of permanent magnet synchronous machine (PMSM) has been well studied in the field of automation and electrical engineering. In the following work, we were interested in the peculiar problem of low-speed sensorless control of surface PMSM. The objective is to o er a new method for the position control of an industrial electro-mechanical actuator, considering an aeronautical context (a flap actuator). First, modeling and observability analyses of surface (non-salient) PMSM and interior (salient) PMSM have been studied. A loss of observability can be especially found at low speed for models of non-salient machines. To overcome this loss, we have developped new models, that take into account vibrations caused by a signal injection. A theoretical observability study of these latter models shows that observability is now guaranteed for the whole speed range, including standstill. We thus proposed an estimation method of the position and speed of the PMSM, based on these models, with a dedicated injection signal. Unlike sallient-based methods that are only valid for sailent machines, our approach can be used with all types of PMSM. An Extended Kalman Filter is used to observe the position, speed and eventually the load torque. The proposed approach was validated on a dedicated test bench. Many simulation and experimental tests were performed on an industrial-oriented benchmark. Results showed the performances, robustness and limitations of the proposed observers. We have also studied speed sensorless control of the machine. Indeed, two observer syntheses have been presented. The first one is based on robust synthesis of an LPV observer using a polytopic approach. The second method is an adaptative-gain second-order sliding mode observer. Experimental feasibility of the two methods has been demonstrated.

Cette thèse présente l’étude d’une machine électrique à stator à flux transverse à griffes. Après une étude du SMC et des structures à flux transverse, une structure associant un stator à griffes à un rotor à aimants permanents est choisie. Un modèle de la machine par réseau de réluctances est développé, en s’appuyant sur des simulations éléments finis. Il est ensuite amendé par l’introduction d’hypothèses d’inclinaison de flux dans l’entrefer, puis il est validé par le test d’un prototype. L’architecture est alors optimisée après une analyse détaillée de la circulation des flux, qui permet d’identifier le problème de la saturation du pied de dents. Après des simulations éléments finis de la machine améliorée, un prototype est ensuite testé qui confirme l’apport de la nouvelle architecture.Une version alternative de la machine, avec un bobinage d’excitation au stator et un rotor massif est ensuite proposée. Cette machine promet une fabrication économique et une bonne robustesse. Un modèle analytique est proposé, accompagné d’une étude éléments finis, puis pour finir un prototype est testé. Une version améliorée de cette machine avec un rotor à dents isolés est ensuite proposée : un modèle analytique et des études éléments finis permettent de valider l’intérêt de cette évolution. / This thesis presents the study of a claw-pole transverse flux electric machine. At first, SMC material properties and transverse flux structures are studied, leading to the choice of a structure combining a claw-pole stator and a permanent magnet rotor. The machine is modelled by the means of a magnetic equivalent circuit, with a reluctance network, developed with the help of finite elements simulation. The model is then changed with the introduction of the hypothesis that the flux is bent inside the airgap; it is then validated by the test of a prototype.The architecture of the machine is optimized after a detailed analysis of the flux circulation, leading to the identification of the tooth-tip saturation issue. After finite element simulation of the improved machine, a prototype is later tested, which confirms the gain brought by the new architecture.An alternative version of the machine, with a field winding attached to the stator and a massive rotor is then proposed. This machine promises to be cost-effective to build and robust thanks to its massive rotor. An analytical model of the machine is introduced, along with a finite element simulation, to end with the test of a prototype which confirms the possibilities of this new concept. An improved version of the machine with a rotor with isolated teeth is finally studied, with an analytical model and a finite element leading to the validation of the interest of this evolution.

Cette thèse présente l’étude d’une machine électrique à stator à flux transverse à griffes. Après une étude du SMC et des structures à flux transverse, une structure associant un stator à griffes à un rotor à aimants permanents est choisie. Un modèle de la machine par réseau de réluctances est développé, en s’appuyant sur des simulations éléments finis. Il est ensuite amendé par l’introduction d’hypothèses d’inclinaison de flux dans l’entrefer, puis il est validé par le test d’un prototype. L’architecture est alors optimisée après une analyse détaillée de la circulation des flux, qui permet d’identifier le problème de la saturation du pied de dents. Après des simulations éléments finis de la machine améliorée, un prototype est ensuite testé qui confirme l’apport de la nouvelle architecture.Une version alternative de la machine, avec un bobinage d’excitation au stator et un rotor massif est ensuite proposée. Cette machine promet une fabrication économique et une bonne robustesse. Un modèle analytique est proposé, accompagné d’une étude éléments finis, puis pour finir un prototype est testé. Une version améliorée de cette machine avec un rotor à dents isolés est ensuite proposée : un modèle analytique et des études éléments finis permettent de valider l’intérêt de cette évolution. / This thesis presents the study of a claw-pole transverse flux electric machine. At first, SMC material properties and transverse flux structures are studied, leading to the choice of a structure combining a claw-pole stator and a permanent magnet rotor. The machine is modelled by the means of a magnetic equivalent circuit, with a reluctance network, developed with the help of finite elements simulation. The model is then changed with the introduction of the hypothesis that the flux is bent inside the airgap; it is then validated by the test of a prototype.The architecture of the machine is optimized after a detailed analysis of the flux circulation, leading to the identification of the tooth-tip saturation issue. After finite element simulation of the improved machine, a prototype is later tested, which confirms the gain brought by the new architecture.An alternative version of the machine, with a field winding attached to the stator and a massive rotor is then proposed. This machine promises to be cost-effective to build and robust thanks to its massive rotor. An analytical model of the machine is introduced, along with a finite element simulation, to end with the test of a prototype which confirms the possibilities of this new concept. An improved version of the machine with a rotor with isolated teeth is finally studied, with an analytical model and a finite element leading to the validation of the interest of this evolution.

Un des plus grands défis dans la conception matérielle et logicielle est de s’assurer que le système soit exempt d’erreurs. La moindre erreur dans les systèmes embarqués réactifs peut avoir des conséquences désastreuses et coûteuses pour certains projets critiques, nécessitant parfois de gros investissements pour les corriger, ou même conduire à un échec spectaculaire et inattendu du système. Prévenir de tels phénomènes en identifiant tous les comportements critiques du système est une tâche assez délicate. Les tests en industrie sont globalement non exhaustifs, tandis que la vérification formelle souffre souvent du problème d’explosion combinatoire. Nous présentons dans ce contexte une nouvelle approche de génération exhaustive de jeux de test qui combine les principes du test industriel et de la vérification formelle académique. Notre approche construit un modèle générique du système étudié à partir de l’approche synchrone. Le principe est de se limiter à l’analyse locale des sous-espaces significatifs du modèle. L’objectif de notre approche est d’identifier et extraire les conditions préalables à l’exécution de chaque chemin du sous-espace étudie. Il s’agit ensuite de générer tout les cas de tests possibles à partir de ces pré-conditions. Notre approche présente un algorithme de quasi-aplatissement plus simple et efficace que les techniques existantes ainsi qu’une compilation avantageuse favorisant une réduction considérable du problème de l’explosion de l’espace d’états. Elle présente également une manipulation symbolique des données numériques permettant un test plus expressif et concret du système étudié. / One of the biggest challenges in hardware and software design is to ensure that a system is error-free. Small errors in reactive embedded systems can have disastrous and costly consequences for a project. Preventing such errors by identifying the most probable cases of erratic system behavior is quite challenging. Indeed, tests in industry are overall non-exhaustive, while formal verification in scientific research often suffers from combinatorial explosion problem. We present in this context a new approach for generating exhaustive test sets that combines the underlying principles of the industrial test technique and the academic-based formal verification approach. Our approach builds a generic model of the system under test according to the synchronous approach. The goal is to identify the optimal preconditions for restricting the state space of the model such that test generation can take place on significant subspaces only. So, all the possible test sets are generated from the extracted subspace preconditions. Our approach exhibits a simpler and efficient quasi-flattening algorithm compared with existing techniques and a useful compiled internal description to check security properties and reduce the state space combinatorial explosion problem. It also provides a symbolic processing technique of numeric data that provides a more expressive and concrete test of the system. We have implemented our approach on a tool called GAJE. To illustrate our work, this tool was applied to verify an industrial project on contactless smart cards security.

Cette thèse définit un nouveau modèle de calcul et de communication, dénommé graphe à routage k-périodique (KRG). Ce modèle, de la famille des réseaux de processus flots de données, admet des aiguillages réguliers des données, explicités par des séquences binaires k-périodiques. Nous étudions les propriétés mathématiques intrinsèques au modèle. Le routage explicite et l'absence de conflit nous permettent d'exprimer algébriquement les dépendances de données, de même que des transformations topologiques préservant le comportement du graphe. Nous montrons ensuite comment ordonnancer le KRG, en associant aux nœuds des horloges k-périodiques. Nous positionnons ensuite notre modèle au sein d'un flot de conception dédié aux applications de traitement intensif de données. Nous montrons en particulier la capacité des KRG à représenter explicitement le parallélisme d'instruction extrait du modèle polyédrique. Nous pouvons alors appliquer un ensemble d'optimisations de bas niveau, sortant du cadre affine du modèle polyédrique. Nous présentons enfin une méthodologie pour l'implantation des KRG, basée sur la conception insensible aux latences.

Le travail présenté dans cette thèse propose des nouvelles méthodes de diagnostic des défauts dans les machines à courant alternatif. Les procédures de diagnostic décrites sont fiables, originales, peu coûteuses et simples à mettre en œuvre. Elles présentent l’avantage d’être non invasives et viennent éliminer le principal inconvénient présenté par les autres méthodes de diagnostic déjà connues qui ont recours à la comparaison avec un état supposé sain et connu. L’analyse porte principalement sur le champ magnétique de dispersion, plus particulièrement ses composantes axiales et radiales qui présentent des sensibilités différentes aux défauts. À cet effet, les phénomènes dus aux défauts de court-circuit entre spires dans le bobinage statorique, l’excentricité et la rupture de barres rotoriques, sont étudiés. Il est abordé en particulier les effets de ces défauts dans le cas de la machine asynchrone et celui de la machine synchrone sur le champ axial et sur le champ radial. Pour chaque défaut, des signatures spécifiques sont mises en évidence et expliquées par la modélisation analytique et la modélisation numérique qui comprend les méthodes par circuits électriques couplés et méthodes par éléments finis. Des défauts ont été créés au rotor et au stator sur différentes machines, afin de valider expérimentalement les méthodes de diagnostic proposées. / The work described in this thesis proposes new procedures to diagnose faults in AC machines. The diagnostic procedures described are reliable, original, inexpensive and simple to implement. They have the advantage of being noninvasive and just get rid from the main drawback presented by other diagnostic methods based on a comparison with a healthy state assumed to be known. The analysis focuses on the magnetic field dispersion in the vicinity of the machine, especially its radial an axial distribution which presents different sensitivity according to various faults. To this end, the phenomena due to inter-turn short-circuit faults in the stator winding, rotor eccentricity and broken rotor bars, are studied in the case of an induction machine and a synchronous machine. For each fault, specific signatures are identified and justified by analytical modeling and numerical method of analysis including coupled electric circuit and finite element methods. Defects have been created in the rotor and stator on different machines in order to validate experimentally the suggested diagnostic procedures.

Dans le cadre de la réduction des émissions des gaz à effet de serre, et devant l'augmentation incessante du prix de l'énergie, la course à l'amélioration des performances énergétiques touche tous les secteurs : industriel, tertiaire ou même celui des particuliers. La consommation de l'énergie électrique est due en grande partie aux moteurs électriques, et particulièrement les machines asynchrones, utilisées dans diverses applications telles que le pompage, la ventilation ou la compression. Ces machines sont caractérisées par des rendements relativement faibles et leur remplacement par des machines plus performantes permettrait un gain d'énergie non négligeable. Les machines à aimants permanent ayant pouvoir de démarrage autonome sont de bonnes candidates pour répondre à ce besoin. Elles ont de très bons rendements et les artifices supplémentaires permettant le démarreur automne suppriment la nécessité d'utiliser des convertisseurs statiques comme dans le cas des machines à aimants classiques. Des contraintes spécifiques se posent cependant pour l'utilisation et le dimensionnement de ces machines : en effet, le courant de démarrage ne doit pas être trop important à cause du risque de démagnétiser les aimants et le couple de démarrage doit être suffisamment grand pour assurer un démarrage en charge. Par ailleurs les rendement et facteurs de puissance en pleine charge doivent être assez nettement supérieurs à ceux des machines asynchrones pour les rendre plus compétitives. Dans cette thèse, nous étudions trois structures de rotor permettant de répondre à un cahier des charges donné. Ces trois structures utilisent des aimants en surface, insérés dans un rotor massif ou dans un rotor à cage. Elles ont leurs avantages et leurs inconvénients, que nous avons mis en évidence par une étude comparative assez détaillée. Cette étude comparative n'a pu être mise en oeuvre sans l'établissement de modèles en régime statique ou dynamique de ces machines ou encore de méthodologie de conception. Un prototype à échelle réduite a été dimensionné, réalisé et testé au laboratoire ; il confirme les principes de base de ce type de machines / In the context of reducing emissions of greenhouse effect, and of energy cost, the competition to improve the performances of the equipments affects all the domains. The consumption of electricity is mostly due to the electric motors, and particularly induction machines, used in various devices such as pumps, fans or compressors. These machines are characterized by relatively low efficiencies, and their replacement by more efficient machines should lead to a significant power saving. The Line-Start Permanent Magnet motors are good candidates to achieve this purpose. They have higher efficiencies and the additional devices for self-start eliminates the need of static converters, as it is normally required for conventional permanent magnet motors. Specific constraints arise for the use and the design of these machines: the starting current should not be so high to avoid the risk of the demagnetization of magnets and the starting torque must be large enough to ensure the start under load. Moreover, the efficiency and power factor at full load must be sufficiently higher than those of asynchronous machines in order to make them more competitive. In this thesis, we study three rotor structures to meet a given specification. These three structures use magnets inserted on the surface, embedded in a solid rotor or a cage rotor. They have their advantages and drawbacks that we have shown by a comparative study in some detail. This comparative study could not be implemented without the development of models in both static and dynamic conditions of these machines and a specific design methodology. A small scale of prototype has been designed, built and tested in the laboratory; it confirms the basic principles of such machines