Connaissance de base des systèmes de moteurs à courant continu sans balais

Jusqu'à présent, la majorité des gens ne connaissent pas les moteurs et les pilotes CC sans balais, même s'ils les ont rencontrés dans des appareils quotidiens comme les climatiseurs, les machines à laver, les ventilateurs électriques, les sèche-cheveux, etc. composants, il est normal d’avoir une connaissance limitée de l’ensemble du système.

Examinons les aspects fondamentaux des systèmes de moteurs à courant continu sans balais.

Tous les moteurs impliquent un concept connu sous le nom de « commutation », faisant référence au processus de commutation du courant (d'une certaine manière) pour déplacer le rotor physique. Lorsque le courant traverse la bobine, le rotor se déplace, créant un champ magnétique (généralement généré par un aimant permanent). Ce champ peut repousser ou attirer le champ magnétique existant, entraînant un mouvement du rotor (la partie mobile du moteur) par rapport au stator (la partie fixe du moteur).

Le concept d'aimants constitue une bonne analogie pour la commutation. Lorsque l’on place deux aimants de même pôle face à face sur une table, ils se repoussent. Si ces aimants sont suffisamment éloignés les uns des autres, ils cesseront de bouger. Rapprocher un aimant de l’autre repoussera le deuxième aimant en raison de la répulsion. La poursuite de ce processus entraîne un mouvement continu, un exemple linéaire de commutation.

Les moteurs à courant continu à balais mettent en œuvre une commutation mécanique

ce qui signifie que la structure physique du moteur provoque la commutation. Les balais entrent en contact avec le collecteur et, à mesure que le moteur tourne, le courant traversant la bobine du moteur alterne la polarité. Cela permet au champ magnétique généré par l'aimant permanent du stator de toujours s'opposer au champ magnétique généré par le rotor, assurant ainsi une force continue. La commutation mécanique signifie qu'un moteur à courant continu à balais nécessite uniquement l'application d'une tension aux enroulements du moteur pour tourner.

De nombreux lecteurs pourraient être déroutés par le titre à ce stade, car je n'ai pas encore discuté des moteurs à courant continu sans balais. Cependant, pour expliquer le terme « sans balais », je dois d’abord clarifier où les pinceaux sont utilisés.

L’origine des moteurs à courant continu sans balais est relativement simple : 

la plupart des problèmes avec les moteurs à courant continu à balais proviennent des balais. Les balais peuvent créer des étincelles, s'user, générer des bruits forts et contribuer à une consommation d'énergie importante, limitant la vitesse et rendant le refroidissement difficile. Cela signifie que les moteurs à courant continu à balais ne conviennent pas aux applications autour de matériaux inflammables, nécessitant une longue durée de vie, un fonctionnement silencieux ou un rendement élevé dans les systèmes à grande vitesse ou à haute puissance. Ce sont des inconvénients importants des balais, qui peuvent être résolus en les éliminant, mais cela supprime également la commutation mécanique.

L'absence de commutation mécanique introduit d'autres problèmes

Comme les moteurs ont encore besoin de commutation. Les moteurs à courant continu sans balais utilisent la commutation électrique, ce qui semble magique, n'est-ce pas ? Dans cette méthode, vous devez vous assurer que le courant dans le moteur génère systématiquement un champ magnétique capable de déplacer le rotor. Vous devez savoir où se trouve le rotor pour réfléchir à la manière d'appliquer le courant pour le déplacer.

La première décision structurelle majeure dans les systèmes de moteurs à courant continu sans balais est la distinction entre les systèmes « avec capteur » et « sans capteur ». 

Si vous avez besoin de savoir où se trouve le rotor, deux méthodes peuvent vous aider :

• Les méthodes détectées utilisent généralement des capteurs ou des encodeurs à effet Hall pour détecter la position du rotor. Bien que les encodeurs puissent fournir un retour d’angle très précis, cette méthode a un coût élevé. Le capteur à effet Hall est un capteur magnétique populaire, et dans les moteurs CC sans balais triphasés, le déploiement de trois capteurs à effet Hall peut réaliser une commutation simple en six étapes.
• Les méthodes sans capteur consistent à estimer la force contre-électromotrice (FEM) générée lorsque le moteur tourne. Les champs électromagnétiques arrière sont un sujet complexe qu’il est préférable d’aborder séparément. En bref, c'est la tension générée sur la bobine du moteur, fonction de la vitesse et de la charge du moteur. Les méthodes sans capteur sont essentiellement des estimations, nécessitant souvent des calculs complexes. À mesure que la vitesse du moteur diminue (par exemple, pour le contrôle de position dans les servomoteurs), les méthodes sans capteur deviennent exceptionnellement difficiles en raison de la diminution de la force contre-électromotrice.

La deuxième décision structurelle majeure dans les systèmes de moteurs à courant continu sans balais est la méthode de contrôle. 

Si vous savez où se trouve le rotor et devez appliquer un certain courant pour le déplacer, les moteurs à courant continu triphasés sans balais nécessitent au moins six potentiels électriques différents. Vous pouvez utiliser des méthodes de contrôle « trapézoïdales », « à six étapes » ou « à 120 degrés » pour déterminer comment commuter le moteur à courant continu sans balais.

• Commutation trapézoïdale
• Commutation sinusoïdale

Une autre méthode consiste à appliquer des formes d'onde de courant plus douces au moteur, appelée commande « sinusoïdale » ou commande « à 180 degrés ». 

Cette méthode de contrôle peut améliorer l'efficacité et réduire le bruit lorsqu'elle est utilisée avec le moteur approprié, mais elle est plus complexe, nécessitant souvent une synchronisation de modulation de largeur d'impulsion (PWM) plus précise.

Le contenu ci-dessus fournit une brève introduction aux connaissances de base des systèmes de moteurs à courant continu sans balais. En raison de la nature vaste du sujet, des détails tels que le contrôle de l'orientation du champ magnétique, le démarrage du moteur, les rotors intérieurs et extérieurs, les nombres de pôles, les enroulements de type Δ (Delta) et Y, ainsi que de nombreux autres détails ne sont pas abordés dans cet article. Cependant, nous espérons sincèrement que ces informations vous seront utiles pour élargir vos connaissances sur les moteurs. 

Dongguan Faradyi Motors Co., Ltd. se spécialise dans le domaine mondial de l'automatisation industrielle, en se concentrant sur la recherche et le développement de moteurs à courant continu sans balais de haute performance et de haute qualité, de servomoteurs à courant continu, de moteurs pas à pas et de contrôleurs d'entraînement associés, ce qui en fait un leader entreprise nationale de haute technologie dans les solutions technologiques de contrôle de mouvement.