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

Les BLDC, ou moteurs à courant continu sans balais, présentent un certain nombre d'avantages par rapport à leurs homologues traditionnels "à balais". Les moteurs sans balais sont utilisés dans les drones, les outils électriques, les biens de consommation, les équipements d'emballage, les appareils électroménagers, les applications médicales, etc. Dans cet article, nous explorerons les avantages et les inconvénients relatifs des moteurs BLDC par rapport aux autres technologies de moteur. Nous apprendrons également où les voir en action et comment vous pouvez les utiliser.

Les moteurs à courant continu sans balais alimentent séquentiellement un agencement de bobines électromagnétiques sur le stator d'un moteur (section fixe) pour produire une force sur des aimants permanents disposés sur le rotor du moteur (section rotative). Les bobines de stator doivent être alimentées selon un schéma spécifique avec des directions électriques variables - et donc magnétiques - par un pilote spécialisé. Les moteurs BLDC fonctionnent beaucoup plus efficacement que les moteurs CC à balais, pour les mêmes charges et vitesses.

L'exécution de ce modèle nécessite que le conducteur connaisse la position du rotor à un moment donné. Les moteurs BLDC sont dotés d'un contrôle en boucle fermée, généralement via un capteur à effet Hall ou en détectant la force contre-électromotrice. La sortie de rotation peut être contrôlée avec un haut degré de précision en faisant varier la vitesse de la séquence de bobines. Les moteurs BLDC partagent certaines similitudes avec les moteurs pas à pas, mais les BLDC sont optimisés pour la haute vitesse, tandis que les moteurs pas à pas, qui utilisent une configuration en boucle ouverte, sont optimisés pour un positionnement précis.

Deux styles principaux de moteur BLDC existent : inrunner et outrunner.

Les sections électromagnétiques de l'inrunner et de l'outrunner restent fixes pendant que les aimants tournent. C'est différent de celui d'un moteur à courant continu traditionnel, où les aimants restent fixes (fixés au boîtier) pendant que la section électromagnétique tourne. L'autre différence fondamentale est qu'au lieu de l'excitation de la bobine de synchronisation basée sur un capteur à effet Hall ou une contre-électromotrice, les moteurs à courant continu à balais utilisent des balais physiques pour transmettre l'électricité dans une séquence "programmée mécaniquement".

Le gros avantage des moteurs CC à balais par rapport aux moteurs CC sans balais est qu'ils sont peu coûteux et faciles à utiliser. connectez-en simplement un à l'alimentation CC à la tension appropriée. Les inconvénients, cependant, incluent une efficacité moindre, des brosses qui s'usent en raison du frottement et des étincelles. Les moteurs CC à balais ont également moins de contrôle de sortie par rapport aux moteurs BLDC. Ils n'ont pas de rétroaction intégrée et la variation de tension d'entrée est la seule méthode pour modifier le régime de sortie et le couple.

Un moteur BLDC est-il un moteur pas à pas, un moteur à courant alternatif ou quelque chose d'unique ?

Les moteurs à courant continu sans balais tournent par étapes séquentielles rapides, il est donc tentant de jeter ce dispositif de rotation dans la catégorie des moteurs pas à pas. Comme indiqué précédemment, la différence pratique est que les BLDC sont généralement conçus pour un fonctionnement à grande vitesse, tandis que les steppers sont configurés pour un positionnement de précision. Si vous avez besoin d'un moteur pour tourner à plusieurs milliers de tr/min, un BLDC est le bon choix par rapport à un stepper.

En même temps, si vous avez besoin d'un moteur pour tourner avec précision des fractions de révolution, d'avant en arrière, encore et encore, les moteurs pas à pas peuvent très bien fonctionner. Considérez que les routeurs CNC et les imprimantes 3D fonctionnent fréquemment sous contrôle pas à pas pendant des heures à la fois alors que chaque étape reste parfaitement synchronisée. Les servomoteurs, qui utilisent la rétroaction du capteur pour déterminer la distance parcourue par un moteur, peuvent également être un bon choix pour un positionnement précis.

Étant donné que les moteurs BLDC combinent des éléments de fonctionnement pas à pas et servo, on peut à juste titre considérer les BLDC comme un système tout à fait unique. Avec d'excellentes performances de vitesse et d'efficacité, une rétroaction intégrée et de faibles coûts de maintenance, les moteurs BLDC sont une option intéressante pour une variété de projets d'automatisation.

Les moteurs BLDC sont des dispositifs à courant continu, mais un courant alternatif analogique est appelé moteur synchrone à aimant permanent (PMSM). Au lieu d'une alimentation CC contrôlée à chaque bobine, ce type de moteur utilise à la place une source d'entrée CA avec un variateur de fréquence pour contrôler les vitesses du moteur. Les PMSM sont généralement plus efficaces et produisent plus de couple que les moteurs BLDC et sont souvent utilisés dans les véhicules électriques. Bien qu'ils ne soient pas la même chose qu'un moteur BLDC, les PMSM sont une bonne alternative dans de nombreuses situations.

Avec des informations de rotation fournies par des capteurs dédiés ou des contre-électromotrices, le contrôle BLDC peut être mis en œuvre par l'une des trois méthodes suivantes : contrôle trapézoïdal, sinusoïdal et champ orienté (FOC).

Les technologies de moteur BLDC sont largement utilisées aujourd'hui dans les systèmes de drones, où la coordination de quatre rotors ou plus capables de vitesses élevées, d'efficacité et d'un faible entretien est de la plus haute importance. Nous les voyons également de plus en plus intégrés dans les outils électriques, bien que les modèles BLDC soient généralement proposés avec une prime de prix significative par rapport à leurs homologues brossés. Les appareils comme les machines à laver et les sèche-linge comprennent des moteurs BLDC, ainsi que des ventilateurs et des pompes.

D'autres applications incluent de petits ventilateurs de refroidissement sur PC, qui sont généralement alimentés par des moteurs BLDC. Les supports magnétiques/optiques à rotation précise (disques durs et lecteurs CD/DVD/Blu-ray) utilisent également cette technologie. D'une manière générale, les autres applications incluent les véhicules électriques (y compris les vélos électriques), les équipements d'emballage et les dispositifs médicaux.

Compte tenu de leurs avantages significatifs, nous verrons probablement une utilisation accrue de la technologie des moteurs BLDC dans un avenir immédiat. Recherchez une utilisation plus poussée des méthodologies FOC les plus avancées pour une meilleure efficacité des moteurs et une meilleure puissance de sortie, ainsi que la disponibilité de pilotes toujours plus performants.

Que vous ayez un projet en attente ou un futur cas d'utilisation potentiel, il n'y a pas de meilleur moment pour explorer la technologie BLDC. Pour vous aider à démarrer, Arrow propose une variété de cartes d'évaluation BLDC qui facilitent les efforts de conception et raccourcissent les délais de mise sur le marché.