Qu'est-ce qu'un moteur à courant continu sans balais ? Contrôles, applications et types

Par Jeremy Cook

Avantages et usages des moteurs à courant continu sans balais (BLDC)

Les BLDC, ou moteurs à courant continu sans balais, possèdent un certain nombre d'avantages par rapport à leurs homologues "à balais" traditionnels. Les moteurs sans balais sont utilisés dans les drones, les outils électriques, les biens de consommation, les équipements de conditionnement, les appareils électroménagers, les applications médicales et d'autres. Dans ce post, nous allons nous pencher sur les avantages et les inconvénients des moteurs BLDC par rapport aux moteurs d'autres technologies. Nous allons également découvrir où les voir en fonctionnement et comment vous pouvez vous en servir.

Qu’est-ce qu’un moteur BLDC ?

Les moteurs à courant continu sans balais alimentent séquentiellement en énergie un ensemble de bobines électromagnétiques sur un stator de moteur (section fixe) to afin de produire une force sur des aimants permanents positionnés sur le rotor du moteur (section rotative). Les bobines du stator doivent être alimentées selon un ordre spécifique de directions électriques — et donc magnétiques — à l'aide d'un pilote spécialisé. Les moteurs BLDC sont significativement plus efficaces que les moteurs à courant continu à balais, à charges et vitesses égales.

Respecter cet ordre exige que le pilote connaisse la position du rotor à chaque moment. Les moteurs BLDC disposent de contrôle en boucle fermée, généralement via un capteur à effet Hall ou en détectant la "back EMF". La sortie rotationnelle peut être contrôlée avec un haut niveau de précision en variant la vitesse de séquence des bobines. Les moteurs BLDC partagent certaines similarités avec les moteurs pas-à-pas, à ceci près qu'ils sont optimisés pour les vitesses élevées, tandis que les moteurs pas-à-pas, qui utilisent une configuration en boucle ouverte, sont optimisés pour un positionnement précis.

Types de moteurs BLDC

Il existe deux styles principaux de moteurs BLDC : à rotor interne et à rotor externe.

  • Les moteurs BLDC à rotor externe ont des aimants permanents sur la section externe qui bouge en tournant l'arbre de sortie. À taille égale, les moteurs BLDC ont généralement plus de couple que les modèles à rotor interne et opèrent à plus faible vitesse. Les électroaimants sont positionnés sur la section intérieure du stator. Ils ne refroidissent pas aussi bien que leurs homologues à rotor interne et le boîtier n'offre pas la même protection contre les éléments.
  • Les moteurs BLDC à rotor interne ont les électroaimants disposés à l'intérieur d'un boîtier extérieur fixe, tandis que les aimants permanents se trouvent sur le rotor interne. Les moteurs à rotor interne tournent généralement plus vite que les modèles à rotor externe, produisant moins de couple à taille égale. Les moteurs à rotor interne bénéficient d'une meilleure protection contre les éléments et d'un meilleur refroidissement dans la mesure où les bobines électromagnétiques sont fixées directement au boîtier externe.

Les sections électromagnétiques des modèles à rotor interne et à rotor externe restent statiques pendant que les aimants tournent. Ce fonctionnement est différent d'un moteur à courant continu traditionnel, où les aimants restent statiques (fixés au boîtier) tandis que la section électromagnétique tourne. L'autre différence fondamentale est qu'au lieu de synchroniser l'alimentation en énergie des bobines d'après un capteur à effet Hall ou une "back EMF", les moteurs à courant continu à balais utilisent des balais physiques pour transmettre de l'électricité selon une séquence "mécaniquement programmée".

Le gros avantage des moteurs à courant continu à balais par rapport aux modèles sans balais réside dans leur faible prix et dans leur facilité d'utilisation puisqu'il suffit de les connecter à une source de courant continu à la bonne tension. Au nombre des inconvénients, il faut toutefois citer une efficacité moindre, l'usure des balais pour cause de friction, et les étincelles. Les moteurs à courant continu à balais ont également moins de contrôle de sortie par rapport aux moteurs BLDC. Ils n'ont pas de rétroaction (feedback) intégrée et le seul moyen de modifier les tours/minute et le couple de sortie consiste à varier la tension d'entrée.

0423-image_of_BLDC_motor-body-image

Un moteur BLDC est-il un moteur pas-à-pas, un moteur à courant alternatif ou encore autre chose ?

Les moteurs à courant continu sans balais tournent en séquences de pas rapides, de sorte qu'il est tentant de les mettre dans la catégorie des moteurs pas-à-pas. Comme noté précédemment, la différence pratique est que les moteurs BLDC sont habituellement conçus pour le fonctionnement à haute vitesse, tandis que les moteurs pas-à-pas sont conçus pour le positionnement de précision. S'il vous avez besoin d'un moteur qui tourne à plusieurs milliers de tours/minute, préférez un BLDC à un moteur pas-à-pas.

En même temps, si vous avez besoin d'un moteur capable de tourner sur des fractions de révolution avec précision, dans les deux sens, à l'infini, un moteur pas-à-pas est un excellent choix. Songez que les routeurs CNC et les imprimantes 3D fonctionnent souvent sous le contrôle d'un moteur pas-à-pas des heures durant où chaque étape demeure parfaitement synchronisée. Les servomoteurs, qui utilisent les retours de capteur pour déterminer la distance de déplacement d'un moteur peuvent aussi être un bon choix pour un positionnement de précision.

Étant donné que les moteurs BLDC combinent des éléments de fonctionnement des moteurs pas-à-pas et des servomoteurs, il est pertinent de considérer les moteurs BLDC comme des systèmes uniques en leur genre. Rapides, efficaces, à rétroaction intégrée et faible coût de maintenance, les moteurs BLDC sont une solution de choix pour toutes sortes de projets d'automatisation.

BLDC contre PMSM pour l'entrée d'alimentation en courant continu

Les moteurs BLDC sont des appareils à courant continu. Un modèle analogue à courant alternatif s'appelle un moteur synchrone à aimants permanents (PMSM). Au lieu d'une alimentation en courant continu contrôlée pour chaque bobine, ce type de moteur utilise une source de courant alternatif avec un variateur de fréquence pour contrôler la vitesse du moteur. Les moteurs PMSM sont généralement plus efficaces et produisent plus de couple que les moteurs BLDC et sont souvent employés dans les véhicules électriques. S'ils ne s'apparentent pas aux moteurs BLDC, les moteurs PMSM offrent une bonne alternative dans de nombreuses situations.

Méthodes de contrôle des moteurs BLDC

À l'aide des informations rotationnelles fournies par les capteurs dédiés ou "back EMF", le contrôle du BLDC peut être mis en place de l'une des trois méthodes suivantes : trapézoïdale, sinusoïdale ou vectorielle (ou à champ orienté).

Le contrôle trapézoïdal est le mode d'alimentation le plus simple d'un moteur BLDC, chaque phase étant alimentée de façon séquentielle. Les bobines sont alimentées dans un état haut ou bas, mais peuvent aussi être laissées dans un état flottant. Si cette méthode est largement applicable, elle n'est souvent pas aussi efficace que des techniques plus avancées et est susceptible d'être bruyante.

Le contrôle sinusoïdal alimente en énergie chaque bobine de moteur BLDC à l'aide de techniques PWM (modulation de largeur d'impulsions) à cycle de service variable afin de simuler des sorties analogiques. Cela assure une transition beaucoup plus douce entre les états, avec une table de correspondance pour déterminer le bon signal. Les bobines sont souvent alimentées en énergie selon un motif de selle plutôt qu'une pure sortie sinusoïdale.

Le contrôle à champ orienté (field-oriented control, ou FOC) fonctionne de la même manière qu'un contrôle sinusoïdal à sortie variable, mais tient également compte des courants de bobinage changeants du moteur pour calculer les entrées de tension. Le FOC peut produire des couples et des vitesses constants à très faible bruit acoustique. C'est le mode de pilotage le plus efficace d'un moteur BLDC.

Applications du moteur BLDC

Les technologies de moteur BLDC sont largement répandues aujourd'hui dans les systèmes de drones, où la coordination de quatre rotors ou plus, capables de vitesses élevées, d'efficacité et de faible maintenance est primordiale. Elles sont également de plus en plus intégrées dans les outils électriques, même si les modèles BLDC sont souvent significativement plus onéreux que leurs homologues à balais. Les appareils comme les machines à laver et les séchoirs sont équipés de moteurs BLDC, tout comme certains ventilateurs et pompes.

On les trouve aussi dans les PC où les petits ventilateurs de refroidissement sont souvent alimentés par des moteurs BLDC. Les supports magnétiques/optiques à rotation précise (disques durs et lecteurs de CD/DVD/Blu-ray) emploient aussi cette technologie. Parmi les autres applications largement répandues, on peut citer les véhicules électriques (vélos inclus), les équipements de conditionnement et les appareils médicaux.

Démarrer avec les moteurs à courant continu sans balais

Au vu de leurs avantages significatifs, nous allons probablement assister à une utilisation accrue de la technologie des moteurs BLDC dans un proche avenir. Songez à d'autres utilisations des méthodologies FOC les plus avancées pour plus d'efficacité et de puissance restituée des moteurs et l'avantage de disposer de pilotes plus puissants que jamais.

Pour un projet en attente ou un cas d'utilisation futur potentiel, il n'a jamais été plus pertinent d'explorer la technologie BLDC. Pour vous aider à vous lancer, Arrow offre une gamme variée de cartes d'évaluation BLDC qui facilitent le travail de conception et réduisent le délai de commercialisation.

Voir les produits connexes

BLDCSHIELDTLE9879TOBO1

Infineon Technologies AG Cartes et kits de développement de systèmes intégrés Afficher

Voir les produits connexes

BLDC-GEVK

onsemi Cartes et kits de développement de gestion de la puissance Afficher

ArrowPerks-Loyalty-Program-Signup-banner-FR


Articles de presse apparentés

Actualité

Sorry, your filter selection returned no results.

Nous avons mis à jour notre politique de confidentialité. Prenez un moment pour lire les changements. En cliquant sur "J'accepte", vous acceptez la clause de confidentialité d'Arrow Electronics ainsi que les conditions d'utilisation.

Notre site Internet place des cookies sur votre appareil pour améliorer votre expérience et pour améliorer notre site. Pour en savoir plus sur les cookies que nous utilisons et la façon de les désactiver, cliquez ici. Des cookies et des technologies de suivi peuvent être utilisés à des fins de marketing. En cliquant sur « Accepter », vous consentez au placement de cookies sur votre appareil et à notre utilisation de technologies de suivi. Cliquez sur « En savoir plus » pour de plus amples informations et instructions sur la façon de désactiver les cookies et les technologies de suivi. Même si l'acceptation des cookies et technologies de suivi est volontaire, leur désactivation peut entraîner un mauvais fonctionnement du site Internet et certaines publicités peuvent être moins pertinentes pour vous. Nous respectons votre confidentialité. Lisez notre politique de confidentialité ici.