1. Moteur à courant continu à balais
Dans les moteurs à balais, cette fonction est assurée par un commutateur rotatif situé sur l'arbre du moteur, appelé collecteur. Ce dernier est constitué d'un cylindre ou d'un disque rotatif divisé en plusieurs segments de contact métalliques sur le rotor. Ces segments sont reliés à des enroulements conducteurs situés sur le rotor. Deux contacts fixes ou plus, appelés balais, constitués d'un conducteur souple comme le graphite, appuient contre le collecteur, établissant un contact électrique glissant avec les segments successifs lors de la rotation du rotor. Les balais alimentent sélectivement les enroulements en courant électrique. Lorsque le rotor tourne, le collecteur sélectionne différents enroulements et le courant est appliqué à un enroulement donné de manière à ce que le champ magnétique du rotor reste désaligné par rapport à celui du stator et crée un couple dans un sens précis.
2. Moteur CC sans balais
Dans les moteurs à courant continu sans balais, un système d'asservissement électronique remplace les contacts mécaniques du collecteur. Un capteur électronique détecte l'angle du rotor et commande des commutateurs à semi-conducteurs, tels que des transistors, qui commutent le courant dans les enroulements, soit en inversant son sens, soit, dans certains moteurs, en le coupant, à l'angle précis permettant aux électroaimants de générer un couple dans un seul sens. L'élimination du contact glissant confère aux moteurs sans balais moins de frottement et une durée de vie plus longue ; celle-ci est uniquement limitée par la durée de vie de leurs roulements.
Les moteurs à courant continu à balais développent un couple maximal à l'arrêt, qui diminue linéairement avec l'augmentation de la vitesse. Les moteurs sans balais permettent de pallier certaines limitations des moteurs à balais, notamment un rendement supérieur et une moindre sensibilité à l'usure mécanique. Ces avantages s'accompagnent toutefois d'une électronique de commande potentiellement moins robuste, plus complexe et plus coûteuse.
Un moteur sans balais classique possède des aimants permanents qui tournent autour d'un induit fixe, éliminant ainsi les problèmes liés à l'alimentation électrique de l'induit mobile. Un contrôleur électronique remplace le collecteur du moteur à courant continu à balais, qui commute en permanence la phase des enroulements pour maintenir la rotation du moteur. Ce contrôleur assure une distribution de puissance temporisée similaire grâce à un circuit à semi-conducteurs, en remplacement du système de collecteur.
Les moteurs sans balais offrent plusieurs avantages par rapport aux moteurs à courant continu à balais, notamment un rapport couple/poids élevé, un rendement accru (plus de couple par watt), une fiabilité accrue, un bruit réduit, une durée de vie plus longue grâce à l'élimination de l'érosion des balais et du collecteur, et l'élimination des étincelles ionisantes.
Le collecteur est absent, ce qui réduit les interférences électromagnétiques (IEM). L'absence d'enroulements sur le rotor élimine les forces centrifuges. De plus, le support des enroulements par le carter permet un refroidissement par conduction, sans nécessiter de ventilation interne. Ainsi, les composants internes du moteur sont entièrement protégés de la poussière et autres corps étrangers.
La commutation des moteurs sans balais peut être implémentée par logiciel à l'aide d'un microcontrôleur, ou encore par des circuits analogiques ou numériques. L'utilisation d'une commutation électronique, en remplacement des balais, offre une plus grande flexibilité et des fonctionnalités inaccessibles aux moteurs à courant continu à balais, telles que la limitation de vitesse, le micropas pour un contrôle précis des mouvements lents et fins, et un couple de maintien à l'arrêt. Le logiciel de contrôle peut être personnalisé en fonction du moteur utilisé, optimisant ainsi l'efficacité de la commutation.
La puissance maximale qui peut être appliquée à un moteur sans balais est limitée presque exclusivement par la chaleur ;[citation nécessaire] une chaleur excessive affaiblit les aimants et endommage l'isolation des enroulements.
Lors de la conversion de l'électricité en énergie mécanique, les moteurs sans balais sont plus efficaces que les moteurs à balais, principalement grâce à l'absence de balais, ce qui réduit les pertes d'énergie mécanique dues au frottement. Ce gain d'efficacité est maximal à vide et à faible charge sur la courbe de performance du moteur.
Les environnements et les exigences dans lesquels les fabricants utilisent des moteurs CC sans balais comprennent un fonctionnement sans entretien, des vitesses élevées et un fonctionnement dans des environnements où les étincelles sont dangereuses (c'est-à-dire des environnements explosifs) ou pourraient affecter des équipements électroniquement sensibles.
La construction d'un moteur sans balais ressemble à celle d'un moteur pas à pas, mais ces moteurs présentent des différences importantes dues à leur mise en œuvre et à leur fonctionnement. Alors que les moteurs pas à pas sont fréquemment arrêtés lorsque le rotor occupe une position angulaire définie, un moteur sans balais est généralement conçu pour produire une rotation continue. Les deux types de moteurs peuvent être équipés d'un capteur de position du rotor pour un retour d'information interne. Un moteur pas à pas et un moteur sans balais bien conçu peuvent tous deux fournir un couple fini à l'arrêt (0 tr/min).
Date de publication : 8 mars 2023