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Qu’est-ce qu’un moteur BRUSHLESS et comment fonctionne-t-il - Couple - Effet Hall
Qu’est-ce qu’un moteur BRUSHLESS et comment fonctionne-t-il - Couple - Effet Hall
Dans cette vidéo, nous parlerons d’un moteur à courant continu, idéal pour les applications où la fiabilité peu ou pas d’entretien fonctionnement silencieux contrôle de la vitesse et faible coût.
Plus précisément, nous allons expliquer ce qu’est le moteur "sans balais" et comment il fonctionne ; le nom lui-même nous dit déjà quelque chose, il s’agit d’un moteur sans balais.
Comme nous l’avions déjà vu dans notre précédente vidéo sur le fonctionnement du moteur à courant continu, les balais sont des dispositifs dont la fonction est de transférer l’électricité aux enroulements en cuivre du moteur, par le biais de la reptation.
Le moteur brushless n’ayant pas de contacts glissants sur le collecteur du rotor, il résout complètement le problème de la maintenance et du remplacement des contacts et des balais.
JAES peut proposer dans son catalogue de nombreux types de moteurs sans balais provenant de nombreux fabricants.
Contrairement au moteur électrique à balais, dans le moteur sans balais, comme il n’y a pas de pièces coulissantes, il n’y a pas d’étincelles ni de bruits de frottement.
Il s’agit d’une caractéristique essentielle du moteur sans balais, qui permet de l’utiliser dans des environnements où les étincelles sont dangereuses. Par exemple, dans les environnements contenant des gaz inflammables.
Il s’agit d’un type de moteur dont le rotor est équipé d’aimants permanents, ce qui n’est pas possible autrement, car il n’y a pas de contacts sur le rotor.
Au lieu de cela, le stator comporte des électro-aimants excités au moyen de bobines.
Il s’agit d’une différence importante par rapport aux moteurs à balais conventionnels, car ces derniers peuvent avoir à la fois un stator et un rotor composés d’électro-aimants, afin d’augmenter les champs magnétiques et d’obtenir ainsi une densité de puissance mécanique plus élevée par unité de poids du moteur.
Le couple du moteur sans balais est dû à l’interaction magnétique imposée par les électro-aimants sur les aimants permanents.
Il existe une séquence précise d’excitation des électroaimants qui impose aux aimants permanents un mouvement angulaire toujours dans la même direction, et aussi constant que possible, avec la même excitation.
Lorsque l’électricité circule dans la bobine 1, les pôles opposés du rotor et du stator sont attirés l’un vers l’autre.
Lorsque le rotor s’approche de la bobine 1, l’électricité circule dans la bobine 2. Lorsque le rotor s’approche de la bobine 2, l’électricité circule dans la bobine 3. Ensuite, l’électricité circule à nouveau dans la bobine 1, mais avec une polarité opposée. Ce processus est répété en permanence dans le moteur et assure une rotation constante du rotor.
Évidemment, la séquence est cyclique et le rotor continue tant qu’il est excité, répétant la séquence, et donc sa propre rotation.
Pour être plus clair : la séquence d’excitation des électroaimants du stator est telle que les aimants du rotor sont attirés par les électroaimants, sans toutefois jamais les atteindre, puisque l’excitation concerne toujours et uniquement les bobines "non encore atteintes".
Plus précisément, nous allons expliquer ce qu’est le moteur "sans balais" et comment il fonctionne ; le nom lui-même nous dit déjà quelque chose, il s’agit d’un moteur sans balais.
Comme nous l’avions déjà vu dans notre précédente vidéo sur le fonctionnement du moteur à courant continu, les balais sont des dispositifs dont la fonction est de transférer l’électricité aux enroulements en cuivre du moteur, par le biais de la reptation.
Le moteur brushless n’ayant pas de contacts glissants sur le collecteur du rotor, il résout complètement le problème de la maintenance et du remplacement des contacts et des balais.
JAES peut proposer dans son catalogue de nombreux types de moteurs sans balais provenant de nombreux fabricants.
Contrairement au moteur électrique à balais, dans le moteur sans balais, comme il n’y a pas de pièces coulissantes, il n’y a pas d’étincelles ni de bruits de frottement.
Il s’agit d’une caractéristique essentielle du moteur sans balais, qui permet de l’utiliser dans des environnements où les étincelles sont dangereuses. Par exemple, dans les environnements contenant des gaz inflammables.
Il s’agit d’un type de moteur dont le rotor est équipé d’aimants permanents, ce qui n’est pas possible autrement, car il n’y a pas de contacts sur le rotor.
Au lieu de cela, le stator comporte des électro-aimants excités au moyen de bobines.
Il s’agit d’une différence importante par rapport aux moteurs à balais conventionnels, car ces derniers peuvent avoir à la fois un stator et un rotor composés d’électro-aimants, afin d’augmenter les champs magnétiques et d’obtenir ainsi une densité de puissance mécanique plus élevée par unité de poids du moteur.
Le couple du moteur sans balais est dû à l’interaction magnétique imposée par les électro-aimants sur les aimants permanents.
Il existe une séquence précise d’excitation des électroaimants qui impose aux aimants permanents un mouvement angulaire toujours dans la même direction, et aussi constant que possible, avec la même excitation.
Lorsque l’électricité circule dans la bobine 1, les pôles opposés du rotor et du stator sont attirés l’un vers l’autre.
Lorsque le rotor s’approche de la bobine 1, l’électricité circule dans la bobine 2. Lorsque le rotor s’approche de la bobine 2, l’électricité circule dans la bobine 3. Ensuite, l’électricité circule à nouveau dans la bobine 1, mais avec une polarité opposée. Ce processus est répété en permanence dans le moteur et assure une rotation constante du rotor.
Évidemment, la séquence est cyclique et le rotor continue tant qu’il est excité, répétant la séquence, et donc sa propre rotation.
Pour être plus clair : la séquence d’excitation des électroaimants du stator est telle que les aimants du rotor sont attirés par les électroaimants, sans toutefois jamais les atteindre, puisque l’excitation concerne toujours et uniquement les bobines "non encore atteintes".
Pour mieux comprendre ce principe, on peut citer l’exemple de la course de chiens dans laquelle un lièvre est placé devant les lévriers à une distance telle qu’il est vu mais jamais atteint.
Dans cette analogie, les chiens sont le rotor qui poursuit le flux magnétique généré dans les bobines du stator dans une séquence exacte.
Dans le cas de plusieurs bobines, toujours multiples de 2, il est logique d’utiliser une séquence qui les utilise toutes de manière à augmenter le flux magnétique auquel sont soumis les aimants permanents, en ne coupant que les électro-aimants opposés.
Ce simple expédient permet d’augmenter le couple, c’est-à-dire la puissance que le moteur peut délivrer, sans modifier substantiellement sa construction.
Plus le nombre de bobines est élevé, plus le mouvement du rotor est régulier, ce qui permet d’obtenir un couple constant.
Mais comment notre moteur sans balais sait-il à quel moment précis il doit exciter la bonne séquence d’électroaimants pour permettre la continuité du mouvement de rotation ?
À cette fin, on utilise généralement un DRIVER, qui dispose d’un capteur permettant de détecter la position des aimants du rotor et d’alimenter ainsi les bobines. Au moyen de la séquence d’excitation appropriée.
Le capteur des moteurs sans balais modernes utilise l’effet Hall. Dans cette animation, nous pouvons observer la configuration d’un capteur standard.
Il s’agit d’un simple dispositif à 2 pôles qui peut piloter 2, 4, 8 ou plus d’électro-aimants dans la séquence que nous venons de voir.
Alors qu’il s’agit d’une représentation d’un circuit classique avec des diodes de protection. Il est nécessaire d’ajouter des diodes pour protéger le capteur des courants d’auto-induction négatifs, si l’alimentation de l’une des bobines est soudainement coupée.
Il existe essentiellement deux familles de moteurs sans balais. Ceux à stator externe et ceux à stator interne.
Nous pouvons résumer les principaux atouts du moteur à courant continu sans balais
- Le moteur sans balais est silencieux
- Il est fiable, c’est-à-dire qu’il a un très faible niveau MTBF (indiquant le temps moyen entre les défaillances)
- Faible consommation
- Sans entretien
- Peut également être utilisé dans des environnements inflammables
- À puissance égale, son prix est plus compétitif que celui des moteurs sans balais traditionnels.
Cependant, comme tous les appareils, le moteur sans balais a aussi ses limites, à savoir qu’il nécessite une électronique de pilotage, même minimale, pour contrôler la séquence d’excitation :
- Il nécessite une électronique de commande minimale pour contrôler la séquence d’excitation.
- En utilisant des aimants permanents, la puissance spécifique est généralement inférieure à celle des moteurs traditionnels à stator et à rotor.
Dans cette analogie, les chiens sont le rotor qui poursuit le flux magnétique généré dans les bobines du stator dans une séquence exacte.
Dans le cas de plusieurs bobines, toujours multiples de 2, il est logique d’utiliser une séquence qui les utilise toutes de manière à augmenter le flux magnétique auquel sont soumis les aimants permanents, en ne coupant que les électro-aimants opposés.
Ce simple expédient permet d’augmenter le couple, c’est-à-dire la puissance que le moteur peut délivrer, sans modifier substantiellement sa construction.
Plus le nombre de bobines est élevé, plus le mouvement du rotor est régulier, ce qui permet d’obtenir un couple constant.
Mais comment notre moteur sans balais sait-il à quel moment précis il doit exciter la bonne séquence d’électroaimants pour permettre la continuité du mouvement de rotation ?
À cette fin, on utilise généralement un DRIVER, qui dispose d’un capteur permettant de détecter la position des aimants du rotor et d’alimenter ainsi les bobines. Au moyen de la séquence d’excitation appropriée.
Le capteur des moteurs sans balais modernes utilise l’effet Hall. Dans cette animation, nous pouvons observer la configuration d’un capteur standard.
Il s’agit d’un simple dispositif à 2 pôles qui peut piloter 2, 4, 8 ou plus d’électro-aimants dans la séquence que nous venons de voir.
Alors qu’il s’agit d’une représentation d’un circuit classique avec des diodes de protection. Il est nécessaire d’ajouter des diodes pour protéger le capteur des courants d’auto-induction négatifs, si l’alimentation de l’une des bobines est soudainement coupée.
Il existe essentiellement deux familles de moteurs sans balais. Ceux à stator externe et ceux à stator interne.
Nous pouvons résumer les principaux atouts du moteur à courant continu sans balais
- Le moteur sans balais est silencieux
- Il est fiable, c’est-à-dire qu’il a un très faible niveau MTBF (indiquant le temps moyen entre les défaillances)
- Faible consommation
- Sans entretien
- Peut également être utilisé dans des environnements inflammables
- À puissance égale, son prix est plus compétitif que celui des moteurs sans balais traditionnels.
Cependant, comme tous les appareils, le moteur sans balais a aussi ses limites, à savoir qu’il nécessite une électronique de pilotage, même minimale, pour contrôler la séquence d’excitation :
- Il nécessite une électronique de commande minimale pour contrôler la séquence d’excitation.
- En utilisant des aimants permanents, la puissance spécifique est généralement inférieure à celle des moteurs traditionnels à stator et à rotor.