Types de moteurs électriques et leurs caractéristiques

Les moteurs électriques convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique. Ils sont basés sur le principe de l’induction électromagnétique. Ils peuvent être utilisés dans diverses applications, par exemple, comme solution de variateur dans les machines industrielles.

Types de moteurs électriques

Il existe différents types de moteurs électriques, chacun ayant des fonctions et des propriétés différentes. Les types de moteurs électriques utilisés aujourd’hui sont catégoriquement divisés en moteurs à courant continu et en moteurs à courant alternatif. Pour les moteurs à courant alternatif, on distingue les moteurs synchrones et les moteurs asynchrones.

Les moteurs électriques sont généralement conçus comme suit :

• Stator : Le stator est un aimant électrique ou permanent qui est connecté de manière permanente, par exemple de manière rigide, au boîtier du moteur.
• Rotor : Le rotor est un électro-aimant qui se trouve entre les pôles du stator sur l'axe du moteur. Selon la conception, on distingue les moteurs rotatifs (axe moteur rotatif) et les moteurs linéaires (axe coulissant).
• Commutateur (onduleur polaire) : Le commutateur se compose de deux ou plusieurs segments d'un anneau de glissement, isolés les uns des autres, par lesquels le courant est fourni au rotor. Deux contacts coulissants, connectés à une source d’énergie, appuient dessus de l’extérieur.

• 1 - Rotor
• 2 - Brosse
• 3 - Bobine
• 4 - Espace d’air
• 5 - Aimant permanent

Diverses méthodes de contrôle en boucle ouverte et/ou en boucle fermée sont utilisées pour contrôler les moteurs électriques. Les méthodes courantes comprennent la modulation de largeur d'impulsion (PWM), le contrôle de tension directe ou la régulation orientée champ.

Moteurs à courant continu (Moteurs à courant continu)

Les moteurs à courant continu fonctionnent dans une direction de courant constant et génèrent un couple. Ils sont utiles dans les applications qui nécessitent un contrôle précis de la vitesse et du couple, telles que les machines CNC. Les moteurs suivants sont des exemples de moteurs à courant continu :

• Moteur à courant continu à brosses : Le commutateur fonctionne avec des contacts reliés par la pression du ressort. Ceux-ci sont appelés brosses et sont en carbone, par exemple. Grâce aux brosses, la puissance peut être facilement régulée par la tension de service appliquée.
• Moteur à courant continu à brosses : Au lieu du commutateur mécanique, un capteur électrique mesure l’angle du rotor sans balai sur les moteurs à courant continu.
• Motoréducteur : Une boîte de vitesses est utilisée pour abaisser, ou dans de rares cas également pour augmenter, la vitesse de rotation initiale à une valeur définie.
• Moteur échelonné : Les moteurs échelonnés sont disponibles en tant que moteurs rotatifs et en tant que moteurs linéaires. Les moteurs peuvent être ajustés à de petites étapes de positionnement au moyen d’un nombre élevé de paires de pôles (dents). Ils sont généralement contrôlés par des codeurs de position rotatifs ou linéaires. Ces moteurs conviennent aux travaux de positionnement exigeants, tels que l’impression 3D. Il convient de noter que la surcharge/le sous-dimensionnement peut entraîner des erreurs de pas.

Avantages et inconvénients liés aux moteurs à courant continu

Les avantages liés aux moteurs à courant continu sont les suivants :

• Couple de démarrage élevé, ce qui le rend adapté aux applications lourdes.
• Ils peuvent être contrôlés avec précision, processus principalement réalisé avec une vitesse de rotation. Cela les rend adaptés aux applications qui nécessitent un positionnement précis et un fonctionnement fluide.
• Contrôle du couple très fiable et simple, possible même à faible vitesse de rotation.
• Réversibilité : Le sens de rotation peut être facilement modifié en inversant le sens actuel.
• Une large plage de vitesse est disponible.
• Les moteurs à courant continu sans balais sont durables, nécessitent peu d’entretien et sont plus silencieux

Les inconvénients sont les suivants :

• L’utilisation de brosses entraîne des intervalles d’inspection fréquents, généralement tous les trois mois, et donc des coûts d’entretien plus élevés.
• Sensibilité aux conditions environnementales difficiles : La conception relativement ouverte facilite la pénétration de la poussière et de la saleté.
• L’achat est souvent coûteux, en particulier avec les moteurs à courant continu sans balais, car ils nécessitent un contrôle plus complexe qu’un simple contrôle de balais.

Moteurs à courant alternatif

Sur les moteurs à courant alternatif, la tension change régulièrement en raison de changements constants dans le sens du courant. La vitesse de rotation du moteur est déterminée par la fréquence secteur et le nombre de pôles. Il existe des moteurs à courant alternatif monophasés et triphasés. Les moteurs à courant alternatif monophasés sont principalement utilisés dans les machines plus petites et les appareils ménagers, tandis que les moteurs à courant alternatif triphasés sont principalement utilisés dans les applications industrielles en raison de leur puissance nominale et de leur rendement supérieurs. Les moteurs suivants sont des exemples de moteurs à courant alternatif :

• Moteur asynchrone La vitesse de rotation du moteur n’est pas exactement synchronisée avec la fréquence du courant alternatif connecté. Cette différence permet au rotor de tourner. Ils fonctionnent souvent avec un courant alternatif triphasé, largement utilisé dans l’industrie, c’est pourquoi le moteur asynchrone est l’un des moteurs les plus couramment utilisés. Les moteurs asynchrones peuvent être divisés en moteur monophasé et triphasé.
• Moteur synchrone : La vitesse du rotor est synchrone avec le champ magnétique rotatif du stator. Cela se traduit par une grande précision et une vitesse de rotation constante, ce qui est important pour les outils de machine, par exemple. Les moteurs synchrones peuvent être divisés en moteur monophasé et triphasé.

Servomoteurs

Un servomoteur peut être un moteur à courant continu, asynchrone ou synchrone. Ces moteurs ont un servodriver et généralement leur propre électronique de commande. Un servodriver est un système de commande électronique qui positionne un moteur avec précision et de manière contrôlée et permet également des changements de vitesse pour effectuer des mouvements précis dans diverses applications telles que la robotique, les machines CNC et les systèmes d’automatisation.

Avantages et inconvénients liés aux moteurs à courant alternatif

Les avantages liés aux moteurs à courant alternatif sont les suivants :

• Ils sont plus durables et nécessitent moins d’entretien si les brosses ne sont pas utilisées
• La conception fermée réduit la pénétration de saleté
• Rendement supérieur
• Des vitesses élevées sont possibles
• Ils sont généralement plus rentables

Parmi les inconvénients, on peut citer, par exemple, qu’ils génèrent plus de bruit en raison de vibrations plus fortes. En raison de la conception, la vitesse de rotation ne peut être contrôlée qu’en modifiant la fréquence et/ou peut être contrôlée par incréments en changeant les paires de pôles. Des composants supplémentaires peuvent être nécessaires pour un contrôle précis. En outre, les moteurs à courant alternatif ne sont pas adaptés aux applications mobiles car les batteries fournissent une tension CC (ou cela est possible uniquement avec des composants supplémentaires, tels que des onduleurs).

En fonction des conditions locales et de l’application souhaitée, une grande variété de conceptions de moteurs électriques peut être utilisée, c’est pourquoi MISUMI fournit une large gamme de moteurs.

Principes de fonctionnement d’un moteur électrique à l’aide de l’exemple d’un moteur à courant continu

Lorsqu’un courant électrique circule à travers la bobine du rotor sur un moteur à courant continu, le rotor commence à tourner. Chaque demi-tour entraîne l'inversion de polarité par le commutateur pour assurer un mouvement continu du moteur. Sinon, le moteur ne tournerait que jusqu'à ce que le pôle nord du rotor soit face au pôle sud du stator et s’immobilise dans cette position. Un moteur à rotor bipolaire ne démarre pas automatiquement dans toutes les positions, c’est pourquoi les rotors à trois pôles ou plus sont souvent utilisés sur les moteurs électriques. Le principe est quelque peu différent pour les moteurs linéaires : Au lieu d’un rotor, cette application utilise un rotor à guidage linéaire (support) équipé de plusieurs bobines qui se déplacent le long d’une ligne droite. Des aimants permanents sont installés à intervalles réguliers. En contrôlant délibérément les bobines, les rotors sont déplacés par des champs magnétiques selon le même principe de fonctionnement que sur le moteur rotatif. Les bobines contrôlées peuvent être positionnées sur le rotor et également sur la trajectoire linéaire du stator dans une conception inversée.

Facteurs caractérisant les moteurs électriques

Les caractéristiques des moteurs sont essentielles à leur performance et à leur application dans divers domaines techniques et industriels.

Couple et vitesse

Le couple d'un moteur indique la force qu'il peut exercer sur un arbre. La vitesse de rotation fait référence à la vitesse à laquelle l’arbre ou l’élément rotor d’un moteur linéaire se déplace. Les moteurs sont conçus pour différents couples et vitesses de rotation/vitesses en fonction de l’application. La vitesse des caractéristiques de couple de rotation est importante pour le dimensionnement du moteur. Ils représentent le rapport entre la vitesse de rotation et le couple et peuvent varier considérablement dans certains cas pour différents types de moteurs (électriques) et points de fonctionnement.

Densité de puissance

La densité de puissance des moteurs électriques fait référence au rapport entre la puissance générée par le moteur et sa taille ou sa masse. Les moteurs électriques modernes peuvent avoir une densité de puissance élevée et donc fournir beaucoup de puissance dans une conception compacte. La densité de puissance est généralement mesurée en watts par kilogramme (W/kg) ou en watts par centimètre cube (W/cm3), selon que le poids ou le volume du moteur est pris en compte.

Contrôlabilité

La contrôlabilité des moteurs électriques fait référence à la capacité à contrôler ou à réguler la vitesse, le couple et d’autres paramètres de fonctionnement du moteur d’une certaine manière. Ceci est particulièrement utile dans les applications qui nécessitent un contrôle précis.

• Vitesse de rotation : En régulant la vitesse de rotation, le moteur peut être adapté à diverses exigences de vitesse.
• Couple Le contrôle du couple est utile pour les charges variables, par exemple. Les moteurs électriques peuvent être contrôlés pour fournir le couple nécessaire pour déplacer ou surmonter les charges.
• Direction : En modifiant la direction du courant ou en utilisant des circuits spéciaux, un moteur peut être personnalisé pour des applications dépendantes de la direction. Il s’agit, par exemple, des moteurs d’entraînement des convoyeurs à courroie ou des élévateurs
• Positionnement et précision : Un positionnement et un contrôle précis sont décisifs pour les machines CNC, par exemple. Des moteurs échelonnés ou des servomoteurs sont souvent utilisés ici.

Afin d’intégrer vos moteurs électriques de manière sûre et fiable, nous proposons un grand nombre de pièces de transmission dans notre atelier, y compris des courroies dentées, des roues dentées, des courroies et plus encore.

Durée de vie et maintenance

La durée de vie d’un moteur électrique dépend de divers facteurs. Le type de moteur, les conditions de fonctionnement, la maintenance et la qualité de fabrication peuvent avoir un impact, par exemple. Voici quelques-uns des facteurs clés qui affectent la durée de vie d’un moteur électrique :

• Type de moteur : Certains types de moteurs sont plus robustes et plus durables que d’autres. Par exemple, en raison de leur conception sans balais, les moteurs à courant continu sans brosses (BLDC) ont généralement une durée de vie plus longue que les moteurs à courant continu à brosses.
• Conditions de fonctionnement : Des facteurs tels que la température, l’humidité, les charges de choc et les vibrations peuvent influencer considérablement la durée de vie. Les dispositifs de protection du moteur tels que la protection contre la surchauffe et la protection contre les surtensions servent également à cette fin.
• Cycle de service : La durée et la fréquence de fonctionnement affectent la durée de vie utile. Les moteurs fonctionnant en continu ont souvent une durée de vie plus courte.
• Entretien En général, les moteurs électriques nécessitent peu d’entretien, alors que les moteurs électriques à brosses/contacts abrasifs font exception. Cependant, une inspection et un entretien réguliers, par exemple des roulements et des pièces d'usure, peuvent prolonger considérablement le cycle de vie d'un moteur.

Refroidissement du moteur électrique

Le refroidissement des moteurs électriques est essentiel pour s’assurer qu’ils fonctionnent efficacement et restent dans des températures d’utilisation sûres. La surchauffe peut réduire considérablement la durée de vie d’un moteur électrique et entraîner des dysfonctionnements. Voici quelques méthodes courantes de refroidissement des moteurs électriques :

• Refroidissement par air
• Ailettes de refroidissement et dissipateurs thermiques
• Liquide de refroidissement
• Refroidissement à l’huile
• Refroidissement liquide
• Capteurs et commandes de température