Moteurs Pas-À-Pas Fiables et Personnalisés Pour Registres

Les moteurs miniatures sont utilisés à différentes fins, dont la commande de registres dans les systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (HVAC). Un registre est un mécanisme simple qui régule le débit de l'air dans un conduit. Les registres manuels sont actionnés au moyen d'un levier à l'extérieur du conduit, tandis que les registres automatiques régulent en permanence le débit d'air au moyen de moteurs électriques ou pneumatiques commandés par un thermostat ou un système d'immotique. Pour concevoir un actionneur de registre électrique à montage externe, plusieurs éléments importants doivent être pris en compte dans la conception du moteur miniature.

Les actionneurs rotatifs de registres électriques sont disponibles dans trois types différents :

1. Rappel par ressort. Un ressort permet de ramener le registre dans la position requise (fermée/ouverte)
2. Sans rappel par ressort. Maintien de la position existante en cas de panne d'alimentation
3. À sécurité intégrée électronique. Utilisation de supercondensateurs qui déchargent l'énergie stockée vers le moteur. L'actionneur est placé en position ouverte ou fermée en cas de panne d'alimentation.(Figure 1)

Les actionneurs de registre peuvent aussi être à deux positions ou à modulation pour une commande plus précise. Si le fonctionnement du registre est saisonnier (deux ou trois fois par an), une commande manuelle à deux positions est le bon choix. Si un fonctionnement plus fréquent est nécessaire (tous les jours par exemple), un registre électrique automatique avec moteurs électriques sera la solution la mieux adaptée.

Lors du choix de la solution de mouvement miniature adaptée pour un actionneur électrique, il faut commencer par déterminer si le moteur peut être personnalisé pour répondre à plusieurs exigences :

Quelle valeur de couple/force le moteur/l'actionneur linéaire doit-il fournir pour maintenir le registre en position avec la précision de commande nécessaire ?
Le moteur peut-il supporter une plage de températures donnée ?
Les composants du moteur peuvent-ils être personnalisés pour supporter les cycles de fonctionnement des systèmes HVAC ?
Les moteurs ont-ils fait la preuve de leur fiabilité dans un environnement HVAC ?
Le moteur permet-il d'assurer un retour d’information intégré de la position du registre ?

 

ROTOR CONÇU POUR DES CHARGES CYCLIQUES ET DES TEMPÉRATURES EXTRÊMES

La conception du rotor est déterminante pour les moteurs personnalisés spécifiques aux actionneurs de registre utilisés dans des applications HVAC. À l'intérieur de l'actionneur de registre, le moteur démarre et s'arrête dans différentes conditions thermiques, ce qui exerce une contrainte thermomécanique supplémentaire sur le rotor et d'autres composants internes. Les propriétés mécaniques des matériaux non linéaires utilisés dans les rotors dépendent de la température. Par conséquent, la fiabilité du rotor dans des conditions de température élevée ou inférieure à la température ambiante dépend du matériau et de ses propriétés thermiques, en particulier du coefficient de dilatation thermique (CDT).(Figure 2)

Le choix d'ensembles à base de matériaux linéaires et non linéaires est difficile ; les performances des matériaux non linéaires tels que les adhésifs dépendent fortement des propriétés chimiques et des paramètres de traitement du matériau. Le choix de nuances spécifiques d'aimants céramiques complexifie la situation.(Figure 3)

Un autre aspect important à prendre en compte est la validation de la conception pour confirmer les performances sur le terrain. La conception peut être validée dans des conditions ambiantes statiques telles que la température, l'humidité et les conditions de charge spécifiques. La solution de matériau retenue pour la conception prend déjà en compte ces facteurs, mais les performances doivent également être validées dans des conditions dynamiques (variations rapides de la température, de l'humidité ou de la charge ou combinaison de plusieurs paramètres) afin d'étudier les performances du moteur dans la durée, en utilisant pour cela la simulation ou des tests analytiques. À titre d'exemple, Portescap valide les rotors à des températures accélérées et en conditions de choc thermique dans des chambres climatiques et des étuves pour s'assurer que chaque rotor répondra aux exigences extrêmes de l'application. Nous déterminons également la résistance mécanique du rotor à une température spécifique en procédant à des essais de force axiale et de torsion. Enfin, des tests de cycle de vie accélérés permettent de prévoir la durée de vie du moteur dans l'application dans des conditions de température spécifiques. Les essais sont effectués sous charge et sans charge en fonction des besoins de l'application.

VALIDATION DE LA CONCEPTION PAR ESSAIS DE QUALIFICATION

Figure 4 - Cycle thermique accéléré du moteur pas à pas

MOTEURS À COURANT CONTINU SANS BALAIS

Les moteurs pas-à-pas sont un bon choix technologique pour une utilisation dans les registres à commande électrique et représentent une option plus abordable que les moteurs CC sans balais, sans nécessiter la capacité de vitesse variable supérieure de ces derniers dans une application de registre type.

CONCLUSION

Le choix du moteur pas-à-pas optimal est important pour gérer efficacement le débit d'air de commande des registres. C'est pourquoi il existe une multitude de configurations possibles de moteurs pas-à-pas. Souvent, nous répondons à ces besoins en proposant des moteurs pas-à-pas personnalisés, dont le rapport prix/performances en fait la solution idéale pour le marché des actionneurs HVAC.

La fiabilité des moteurs revêt elle aussi une importance cruciale, car des défaillances répétées sur le terrain peuvent entraîner un alourdissement des coûts et des responsabilités. Une meilleure connaissance des points de fonctionnement de l'application HVAC permet de prendre en compte les exigences essentielles lors des phases de conception et de validation.

POUR CONTACTER UN INGÉNIEUR

 

Figure 1 - Actionneur de registre électrique à montage externe
Figure 2 - Vue en coupe d'un moteur pas à pas

Figure 3 - Forces agissant sur le rotor