Electronique Mag - Le journal de l'électronique.
- accueil .
- abonnement .
- newsletter .
Flux RSS . - soumissions .
- publicité .
- contacts
Flux RSS .
En tant qu’ingénieur concepteur, il est toujours excitant de travailler sur le développement d’un nouveau produit. Mais, lorsqu’il s’agit de choisir un moteur, le défi peut être de taille, des facteurs tels que la vitesse, le couple, la durée de vie, l’enveloppe mécanique, le bruit, le poids, le coût et la précision ayant tous une incidence.
Il existe plusieurs technologies à prendre en considération, notamment les moteurs CC sans balais, les moteurs CC sans noyau et les moteurs pas-à-pas. Examinons donc les différents paramètres d’application et leur impact sur le choix de la technologie des moteurs.
L’un des premiers facteurs à prendre en compte dans le développement d’un nouveau produit est la vitesse de sortie requise par le système de mouvement. En raison de leur construction et de leur commutation électronique, les moteurs à courant continu sans balais sont les plus adaptés pour fonctionner à des vitesses plus élevées. Dans les moteurs à courant continu avec balais, l’usure des balais augmente aux vitesses élevées, ce qui réduit leur durée de vie. Les moteurs pas-à-pas ont un nombre plus élevé de paires de pôles, de sorte que même s’ils sont à commutation électronique, ils ne sont pas conçus pour fonctionner à des vitesses élevées.
Le paramètre suivant à prendre en compte est le couple de sortie requis par le système de mouvement, en se concentrant à la fois sur le couple continu et sur tout couple de pointe pendant un temps limité au cours du fonctionnement. Les différentes technologies de moteurs se caractérisent par des capacités différentes en matière de couple de sortie maximal continu.
Selon l’application, les trois peuvent être capables de fournir le couple de sortie requis. Une autre solution consiste à ajouter un réducteur pour augmenter la capacité de couple de sortie du système de mouvement. Notez cependant qu’il y a une réduction correspondante de la vitesse de sortie en fonction du rapport.
Le système de mouvement a une tâche à accomplir, généralement définie en un nombre de cycles par jour et par heure, par cycle ou en heures de fonctionnement par jour et par cycle de fonctionnement. Grâce à ces détails, nous pouvons déterminer le nombre approximatif d’heures que le système de mouvement doit effectuer selon la durée de vie prévue du produit.
Cela a un impact sur le choix du moteur. Les moteurs CC à balais ont un système de commutation mécanique qui s’use avec le temps, ce qui limite la durée de vie du moteur. Les moteurs CC sans balais et les moteurs pas-à-pas sont commutés électroniquement et n’ont donc pas d’usure associée à la commutation, leur procurant ainsi une durée de vie prévue plus longue.
Un autre facteur à prendre en compte pour la durée de vie du système de mouvement est le roulement. Les roulements à paliers lisses offrent une durée de vie de quelques milliers d’heures, tandis que les roulements à billes fournissent généralement une durée de vie supérieure à 10 000 heures. Bien sûr, en supposant que la charge radiale et axiale appliquée à l’arbre du système de mouvement reste dans les limites de conception de la spécification, et qu’il n’y aura pas de températures élevées qui réduiront la durée de vie de la lubrification.
Une première action essentielle consiste à confirmer que la technologie de moteur choisie est disponible dans un diamètre et une longueur qui s’adapteront à l’espace alloué dans l’application. Si les exigences en matière de vitesse et de couple peuvent souvent être satisfaites par une ou plusieurs technologies de moteurs, et même par des variations au sein d’une technologie donnée, la capacité de puissance doit être revue pour s’assurer que l’enveloppe mécanique requise puisse être conçue.
Un autre élément à examiner est la précision requise du système de mouvement. Les moteurs à courant continu avec ou sans balais nécessitent un codeur pour suivre et contrôler la position du rotor. Les codeurs standard offrent une gamme de résolutions dans un même boîtier pour répondre aux différentes exigences des applications. Une résolution accrue peut être obtenue par l’ajout d’un réducteur à l’avant du moteur. La résolution est multipliée par le rapport de transmission, de sorte que la combinaison du codeur et des multiplicateurs de la boîte de vitesses permette d’obtenir un positionnement précis.
Les moteurs pas-à-pas offrent une précision de positionnement basée sur leur construction mécanique. Le nombre de pôles sur le rotor dicte le nombre de pas par tour, ce qui donne un angle de pas pour chaque impulsion donnée au moteur. Les moteurs peuvent généralement augmenter cette résolution par demi-pas ou micro-pas, créant ainsi des pas électriques intermédiaires entre les pas mécaniques. L’ajout d’un réducteur est également une option dans ce cas, ce qui permet d’obtenir une résolution supplémentaire du rapport de transmission.
En général, le moteur ne fonctionne pas en continu, mais tourne plutôt pendant une période (à l’heure) puis est au repos ensuite pendant une certaine phase (hors heure). La principale considération concernant le cycle de fonctionnement est l’augmentation de la température du moteur. Tous les moteurs ont une température nominale maximale et le fonctionnement du moteur au-delà de cette température peut entraîner des dommages aux composants internes. La quantité de courant absorbée par le moteur dictera l’augmentation de la température ; plus le courant est élevé, plus la température augmentera rapidement.
Comme le courant est proportionnel au couple de sortie du moteur, il peut être souhaitable d’obtenir un couple plus élevé du moteur par une augmentation du courant, en gardant la taille globale du moteur aussi petite que possible. Mais les exigences en matière de temps de cycle doivent être équilibrées de telle sorte que le courant consommé n’entraîne pas le moteur à dépasser sa température maximale de fonctionnement.
Le cycle d’utilisation doit également être considéré en relation avec les facteurs environnementaux. Le moteur sera-t-il monté sur une base pouvant évacuer la chaleur ? Y’aura-t-il un flux d’air autour du moteur qui contribuera à le maintenir au frais ? Le moteur se trouvera-t-il dans un boîtier où d’autres composants génèreront de la chaleur, ce qui augmentera la température ambiante ?
Le type d’application conçu dictera les différents facteurs à prendre en compte pour la solution de mouvement. Si le produit reste dans un endroit fixe, la taille et le poids du moteur peuvent être moins importants, ce qui permet une flexibilité dans la taille globale du moteur pour l’optimisation des performances au sein de l’application.
Un produit mobile ou ambulatoire tire principalement son énergie d’une batterie, ce qui fait de la consommation de courant du moteur une considération critique. Plus la consommation de courant est faible (tout en respectant les performances requises), plus la batterie durera longtemps entre les charges. De plus, la taille et le poids deviennent une priorité.
Comme nous l’avons vu, de nombreux facteurs sont à prendre en compte pour choisir la technologie de mouvement optimale pour une application donnée. Il peut y avoir une ou plusieurs considérations primaires qui fourniraient un point de départ pour déterminer la technologie de moteur la plus appropriée. Mais ce n’est qu’en examinant attentivement tous les facteurs et leur impact que l’on pourra déterminer la technologie de moteur la plus appropriée pour optimiser les performances du produit.
