Conception de moteur à courant continu sans balais

Les moteurs à courant continu sans balais offrent une plus grande efficacité, des couples et vitesses supérieurs et sont disponibles dans des dimensions adaptées à de nombreuses applications. Portescap continue d'améliorer les performances de ses moteurs à courant continu sans balais avec ou sans encoches. Lorsque vous trouverez le moteur adapté à votre application, il est possible que vous ayez de nombreuses questions. Comment un moteur sans balais fonctionne-t-il ? Quelle est la différence entre des moteurs avec et sans balais ? Quels avantages peuvent être tirés du design du moteur à courant continu sans balais ? Quels sont les avantages des moteurs sans balais en général ? Et ceux des moteurs sans balais Portescap en particulier ? Comment tirer le meilleur parti des moteurs à courant continu sans balais de Portescap.

COMMENT FONCTIONNE UN MOTEUR À COURANT CONTINU SANS BALAIS ?

Les moteurs à balais traditionnels utilisent un aimant stationnaire, une armature rotative, et un système de commutation mécanique avec balais et collecteurs, permettant une commutation automatique. En comparaison, les moteurs à courant continu sans balais ont un design inversé : l'aimant permanent tourne alors que les bobinages font partie du stator, ceux-ci peuvent donc être alimentés directement, sans avoir à recourir à un système de commutation à balais La commutation d'un moteur à courant continu sans balais est faite de manière électronique, soit sans capteur, en se fiant à la tension induite du moteur, soit à l'aide d'un capteur de position.

Diagramme d'un moteur à courant continu sans balais

Pourquoi un moteur sans balais ?

QUELLE EST LA DIFFÉRENCE ENTRE UN MOTEUR SANS BALAIS ET UN MOTEUR À BALAIS ?

La commutation d'un moteur à courant continu sans balais est conçue sans contact mécanique Le système de commutation d'un moteur à balais classique consiste en des armatures rotatives (collecteurs) sur lesquelles des balais viennent frotter afin d'assurer le contact électrique L'absence de commutation mécanique confère une durée de vie étendue aux moteurs sans balais, la limite étant l'usure des roulements à billes.

CONCEPTION DU MOTEUR À COURANT CONTINU SANS BALAIS

Pendant la phase de conception des moteurs à courant continu sans balais, les ingénieurs de Portescap cherchent à en optimiser le couple. Le couple d'un moteur est la quantité de force rotative générée lors du fonctionnement de ce dernier. Les composants clés permettant de générer du couple sont l'aimant, le bobinage et l'ensemble du circuit magnétique du moteur. Pour une puissance dissipée donnée, plus l'aimant aura un nombre important de pôles magnétiques, plus le couple du moteur sans balais sera élevé. L'âme de cuivre du bobinage contribue à la puissance générée par le moteur, tandis que le but du circuit magnétique est de canaliser ce champ de manière optimale, tout en minimisant les pertes. Lors de la conception d'un moteur sans balais, il est important de trouver le bon compromis entre un couple moteur optimal et une consommation énergétique contenue. La compréhension de la conception complète du moteur permet aux ingénieurs de Portescap de mettre le plus de puissance possible dans le plus petit ensemble moteur.

La plateforme Portescap Ultra EC™ est composée de 3 familles de moteurs sans balais et sans encoches, afin de répondre à une large gamme de couple et vitesse. Notre bobine brevetée en forme de U offre des performances exceptionnelles: pertes fer minimales, excellent rendement, faible échauffement Le secret des performances exceptionnelles de ce moteur miniature sans balais est cette nouvelle bobine conçue en Suisse par Portescap. Par exemple, pour une taille de moteur donnée, grâce à cette bobine au design unique sur le marché, un moteur brushless peut offrir jusqu'à 30% de couple supplémentaire, en comparaison avec un moteur au bobinage classique, tout en générant moins de pertes fer.

TECHNOLOGIE DES MOTEUR À COURANT CONTINU SANS BALAIS AVEC ET SANS ENCOCHES

La gamme de moteur sans balais de Portescap est composée de deux technologies principales  moteur BLDC  : à encoches et sans encoches (slotted et slotless) Ces deux technologies de moteurs ont leur rotor composé d'un aimant permanent, à 1 ou 2 paire(s) de pôle. Pour les moteurs à courant continu sans balais à encoches, le bobinage est enroulé autour des encoches du stator. Du fait de ces encoches, le rotor a des positions d'équilibre préférentielles lorsque, celui-ci n'est pas alimenté. Ce couple résistant est appelé couple de détente. La bobine des moteurs à courant continu sans balais sans encoches est cylindrique et autoporteuse. Les tôles du stator sont elles aussi cylindriques et ne génèrent pas de couple de détente. Il n'y a donc pas de position préférentielle d'équilibre. Ces deux types de moteurs à courant continu sans balais ont de bons rendements énergétiques, sont capables d'atteindre de hautes vitesses, et peuvent être fournis avec ou sans capteurs à effet Hall.

Pour l'une de ces technologies, le stator se compose d'un empilement de tôles de fer, dont la partie intérieure est découpée axialement en forme d'encoches et le bobinage est enroulé autour de celles-ci. Cette structure de stator à encoches est à l'origne de sa dénomination: moteur à courant continu sans balais à encoches La bobine de cette autre technologie est cylindrique et autoporteuse, avec un technique de fabrication assez similaire à celle de nos moteurs à courant continu à rotor sans fer. Cette structure de stator sans encoches est à l'origne de sa dénomination: moteur à courant continu sans balais sans encoches.

AVANTAGES DES MOTEURS À COURANT CONTINU SANS BALAIS

Peu importe que la vitesse soit élevée  les moteurs à courant continu sans balais  ont une durée de vie étendue car ils n'ont pas de commutation mécanique. Leurs caractéristiques de couple et de vitesse sont linéaires, ce qui leur permet d'être pilotés de manière optimale, que ce soit en vitesse ou en position. Le bobinage des moteurs sans balais fait parti du stator et est accolé aux tôles métalliques, ce qui confère à ces moteurs une excellente dissipation thermique et une capacité de surcharge importante. Les moteurs sans balais ont un très bon rendement énergétique.

LES MOTEURS À COURANT CONTINU SANS BALAIS PORTESCAP

Les moteurs à courant continu sans balais Portescap sont extrêmement fiables et conçus pour offrir les meilleures performances. Leur haute densité de puissance permet une réduction de la taille globale de la plupart des applications. Ils fonctionnent silencieusement, même à haute vitesse. Des versions autoclavables sont disponibles en option. Cette variante est idéale pour les applications médicales.

Leur couple de démarrage peut atteindre jusqu'à 39 oz-in (276 mNm). Leur couple pic peut atteindre jusqu'à 332,7 oz-in (2 278 mNm). Leur vitesse maximale peut atteindre jusqu'à 100 000 tr/min. Nos diamètres standards vont de 0,5 à 2,3" (12,70 à 58 mm).

Portescap peut fournir des moteurs sur mesure pour répondre aux besoins uniques de votre application. Plusieurs longueurs sont disponible pour chaque taille de moteur Des versions autoclavables sont disponibles en option, pour les applications où le moteur est soumis à des cycles de stérilisation.

Portescap offre différents types de personnalisations : bobine spéciale, modification de l'arbre (comme un arbre creux), matières exclusives, revêtement et traitements de surface spécifiques. La longueur, la couleur ou le type de câble lui-même peut être personnalisé. De même, les réducteurs et les codeurs peuvent être modifiés selon le besoin du client.

La plupart de nos produits à courant continu sans balais peuvent être personnalisés ou modifiés pour avoir des caractéristiques particulières qui incluent :

  • Arbres personnalisables (longueur, diamètre, trou radial traversant, perçage axial, arbre creux, matériaux et revêtements spécifiques)
  • Constructions spécifiques pour des applications non médicales (comme tube/flasque en aluminium, composants de réducteur et roulements en acier)
  • des bobinages spéciaux (tension plus élevée, vitesse différente),
  • des connections spéciales (pas de connecteurs, connecteurs spéciaux, intégrés, couleurs individuelles)
  • des caractéristiques spéciales de montages,
  • différents matériaux de lamination,
  • d'autres matériaux d'aimants,
  • une option de stérilisation,
  • des options de codeur.

APPLICATIONS DE MOTEURS À COURANT CONTINU SANS BALAIS

Les moteurs à courant continu sans balais sont intégrés dans de nombreuses applications, surtout dans les dispositifs médicaux, l'automatisation industrielle, l'aéronautique et la défense, la sécurité et l'accès et d'autres secteurs.

MÉDICAL

Les moteurs à courant continu sans balais - BLDC - sont idéals pour les intruments à main chirurgicaux et dentaires nécessitant des hautes vitesses, comme par exemple les fraises utilisées pour les opérations des os ou des dents. Ils sont également très efficaces pour les respirateurs et les ventilateurs, les pompes à perfusion et à insuline, l'imagerie dentaire et les analyseurs.

  • Instruments chirurgicaux manuels à haute vitesse
  • Instruments chirurgicaux manuels pour les petits os
  • Instruments chirurgicaux manuels pour les grands os
  • Instruments dentaires à main
  • Respirateurs et ventilateurs
  • Pompes à perfusion et à insuline
  • Imagerie dentaire
  • Analyseurs
  • Robotique chirurgicale
  • Systèmes bioniques et exosquelettiques

AUTOMATISATION INDUSTRIELLE

Les moteurs à courant continu sans balais sont utilisés dans les visseuses et les tournevis industriels, les pompes à air, les convoyeurs et les dispositifs électroniques.

  • Visseuses industrielles
  • Tournevis industriels
  • Pompes à air
  • Convoyeurs
  • Appareils électroniques
  • Pinces électriques

AÉRONAUTIQUE ET DÉFENSE

La longévité et la fiabilité des moteurs à courant continu sans balais en font un bon choix pour les instruments aéronautiques, les gyroscopes et les satellites. Ils sont couramment utilisés dans des vannes, des systèmes de dosage de carburant et des vérins électriques.

  • Instruments aéronautiques
  • Gyroscope
  • Satellites
  • Vannes
  • Système de dosage de carburant
  • Vérin électrique
  • Robots de détection et de service

S´ÉCURITÉ ET ACCÈS

Grâce à leur petit encombrement et à leurs faibles températures de fonctionnement, les moteurs à courant continu sans balais sont adaptés pour des applications type lecteurs de code-barres, caméras, verrous, imprimantes de caisse ou distributeurs.

  • Lecteurs de codes-barres
  • Caméra
  • Verrous
  • Imprimante de caisse et distributeur

AUTRES

Les moteurs à courant continu sans balais sont aussi utilisés dans d'autres applications comme la robotique, les instruments de précision ou de gravure.

  • Robotique
  • Instruments de précision
  • Gravure

COMPOSITION ET VARIATIONS DES MOTEURS À COURANT CONTINU SANS BALAIS

Détails Caractéristiques Avantages
La conception des moteurs à courant continu sans balais à aimant permanent La courbe linéaire couple / vitesse (en négligeant les pertes de fer) où le couple est proportionnel au courant et la vitesse est proportionnelle à la tension Facilité de contrôle de la vitesse et de la position
Conception sans balais La durée de vie n'est pas limitée par l'usure des balais, mais uniquement par l'usure des roulements à billes. Très longue durée de vie, haute fiabilité, insensible à l'environnement. Pas d'arc électrique, sans poussière. Bruit audible et électrique réduit
Version autoclavable Étanchéité adaptée et conception optimisée Résiste aux cycles d'autoclavage et de stérilisation. L'étanchéité évite la contamination
Bobine statique attaché au tube du moteur Dissipation thermique améliorée Capacité de surcharge

TECHNOLOGIES DE MOTEUR À COURANT CONTINU SANS BALAIS À ENCOCHES VS TECHNOLOGIES DE MOTEURS BLDC SANS ENCOCHES

Détails À encoches Sans encoches
Capacité à supporter des environnements rudes/l'autoclavabilité ++ +
Rapport couple/puissance ++ +
Capacité de vitesse élevée + ++
Durée de vie de la batterie + ++
Couple de détente - +

OPTIONS DE RETOUR D'INFORMATION

Détails Caractéristiques Avantages
Versions sans capteur à effet Hall Généralement utilisées dans des broches Économique. Moins sensible à l'environnement. Trois câbles de connexion uniquement
Versions avec capteurs à effet Hall Généralement utilisées dans des applications où des variations de vitesse ou de charge sont requises Circuit de commutation très simple
Versions avec codeur ou résolveur Typiquement utilisé pour un mouvement incrémental Contrôle de la vitesse et de la position très précis
Version avec électronique intégrée Les capteurs à effet Hall et le circuit de commande sont intégrés dans le moteur Configuration "plug & play" (connecte et utilise)
Peut être piloté comme un moteur à courant continu à balais

MOTEURS À COURANT CONTINU SANS BALAIS À ENCOCHES – INFORMATIONS SUPPLÉMENTAIRES

Couvercle arrière et circuit imprimé pour moteur BLDC Moteur à courant continu sans balais à encoches -Empilement de tôles   Circuit imprimé pour moteur à courant continu sans balais à encoches
 À courant continu sans balais à encoches – Couvercle arrière et circuit imprimé   À courant continu sans balais à encoches – Empilage de tôles magnétiques  À courant continu sans balais à encoches - Circuit imprimé
 À courant continu sans balais à encoches – Rotor  À courant continu sans balais à encoches – Stator moulé  
 À courant continu sans balais à encoches – Rotor  À courant continu sans balais à encoches – Stator moulé