Les éléments que nous aborderons dans ce chapitre sont :
Précision de la vitesse/fluidité/durée de vie et facilité d'entretien/génération de poussière/efficacité/chaleur/vibrations et bruit/mesures de réduction des émissions/environnement d'utilisation
1. Stabilité et précision du gyroscope
Lorsque le moteur fonctionne à vitesse constante, il maintiendra une vitesse uniforme en fonction de l'inertie à haute vitesse, mais celle-ci variera en fonction de la forme du noyau du moteur à basse vitesse.
Pour les moteurs sans balais à encoches, l'attraction entre les dents des encoches et l'aimant du rotor oscille à basse vitesse. Cependant, dans le cas de notre moteur sans balais et sans encoches, la distance entre le noyau du stator et l'aimant étant constante sur la circonférence (donc la magnétorésistance l'est également), il est peu probable que des ondulations se produisent, même à basse tension.
2. Durée de vie, facilité d'entretien et génération de poussière
Les principaux critères de comparaison entre les moteurs à balais et les moteurs sans balais sont la durée de vie, la facilité d'entretien et la production de poussière. En effet, le contact entre les balais et le collecteur lors de la rotation d'un moteur à balais entraîne inévitablement une usure de la zone de contact due au frottement.
Par conséquent, le moteur entier doit être remplacé, et la poussière due à l'usure devient problématique. Comme son nom l'indique, le moteur sans balais est dépourvu de balais ; il offre donc une durée de vie supérieure, une maintenance simplifiée et produit moins de poussière que le moteur à balais.
3. Vibrations et bruit
Les moteurs à balais produisent des vibrations et du bruit en raison du frottement entre les balais et le collecteur, contrairement aux moteurs sans balais. Les moteurs sans balais à encoches produisent des vibrations et du bruit dus au couple des encoches, contrairement aux moteurs à encoches et aux moteurs à coupelles creuses.
On parle de balourd lorsque l'axe de rotation du rotor s'écarte de son centre de gravité. La rotation d'un rotor balourd génère des vibrations et du bruit, qui augmentent avec la vitesse du moteur.
4. Rendement et génération de chaleur
Le rapport entre l'énergie mécanique produite et l'énergie électrique consommée correspond au rendement du moteur. La plupart des pertes qui ne sont pas converties en énergie mécanique se transforment en énergie thermique, ce qui entraîne un échauffement du moteur. Les pertes du moteur comprennent :
(1) Pertes par effet Joule (pertes de puissance dues à la résistance des enroulements)
(2) Pertes fer (pertes par hystérésis du noyau du stator, pertes par courants de Foucault)
(3) Pertes mécaniques (pertes dues à la résistance au frottement des roulements et des balais, et pertes dues à la résistance de l'air : pertes dues à la résistance au vent)
Les pertes par effet Joule peuvent être réduites en épaississant le fil émaillé afin de diminuer la résistance de l'enroulement. Cependant, un fil émaillé plus épais complique l'installation des enroulements dans le moteur. Il est donc nécessaire d'adapter la structure de l'enroulement au moteur en augmentant le rapport cyclique (rapport entre la longueur du conducteur et la section de l'enroulement).
Si la fréquence du champ magnétique tournant est plus élevée, les pertes fer augmentent, ce qui signifie qu'une machine électrique tournant à grande vitesse générera beaucoup de chaleur en raison de ces pertes. Parmi ces pertes fer, les pertes par courants de Foucault peuvent être réduites en amincissant la tôle d'acier laminée.
Concernant les pertes mécaniques, les moteurs à balais présentent toujours des pertes dues au frottement entre les balais et le collecteur, contrairement aux moteurs sans balais. Quant aux roulements, le coefficient de frottement des roulements à billes est inférieur à celui des paliers lisses, ce qui améliore le rendement du moteur. Nos moteurs utilisent des roulements à billes.
Le problème avec le chauffage, c'est que même si l'application n'a pas de limite de chaleur elle-même, la chaleur générée par le moteur réduira ses performances.
Lorsque l'enroulement chauffe, sa résistance (impédance) augmente, ce qui entrave la circulation du courant et entraîne une diminution du couple. De plus, la démagnétisation thermique du moteur réduit la force magnétique de l'aimant. Par conséquent, la génération de chaleur ne peut être négligée.
Les aimants samarium-cobalt subissent une démagnétisation thermique plus faible que les aimants néodyme en raison de la chaleur ; c'est pourquoi ils sont choisis dans les applications où la température du moteur est plus élevée.
Date de publication : 21 juillet 2023