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Avec ou sans balais : choisir le bon moteur pour l'application

17 Jun 2021
Experts Kollmorgen

Il n'y a pas vraiment de débat entre les moteurs avec et sans balais. Pour les nouveaux projets et applications, les moteurs sans balais représentent plus de 90 % du marché total. Les moteurs sans balais éliminent l'usure et les arcs électriques associés à l'utilisation de balais, et sont généralement plus efficaces et durables. Les systèmes anciens peuvent souvent bénéficier du remplacement des moteurs à balais existants par des moteurs sans balais, mais dans certains cas, un moteur à balais peut être le meilleur choix lorsque l'électronique de commande doit rester très simplifiée. Nous détaillerons les avantages des moteurs sans balais, puis nous expliquerons pourquoi, dans certaines situations, les moteurs à balais peuvent être un meilleur choix. 

Avec et sans balais : quelle est la différence?  

La principale différence entre les deux moteurs réside dans leur nom : l'un a des balais et l'autre pas. Les moteurs CC à balais ont un noyau en fer à fentes avec des enroulements qui sont fixés à un collecteur. Les balais transportent le courant vers les enroulements. Dans les moteurs sans balais, en revanche, la commutation électronique détermine la séquence d'excitation des enroulements du stator plutôt que d'utiliser un collecteur physique et des balais. Leur construction mécanique est plus simple, mais leurs microprocesseurs et leurs architectures de contrôle sont plus complexes, avec plus de huit fils nécessaires pour les moteurs et les commandes.

Si les moteurs sans balais sont dotés d'une mécanique simple et d'une logique complexe, c'est tout l'inverse pour les moteurs à balais. Leur construction mécanique est plus complexe en raison des barres de collecteur et des balais, mais ils ne nécessitent que deux à quatre fils pour le moteur et la commande. Cela les rend plus faciles à contrôler par une relation linéaire couple-vitesse. Cependant, les balais et les collecteurs des moteurs s'usent, ce qui limite la durée de vie du moteur. Et comme ils produisent des étincelles durant l'utilisation, les moteurs à balais ne conviennent généralement pas aux emplacements dangereux.  

Néanmoins, les moteurs à balais peuvent avoir un avantage dans les applications qui nécessitent un grand alésage traversant, car celui-ci peut représenter jusqu'à 70 % du diamètre extérieur du moteur. L'alésage traversant peut être utilisé, par exemple, comme passage pour le fil conducteur, comme zone de montage pour d'autres matériels, ou comme trajet optique.

 

Brush Motor Section illustration

 

Brushless Motor Illustration

Comparaison des performances 

Dans la plupart des applications, un moteur sans balais présente un avantage général en termes de performances par rapport à un moteur à balais. Il présente une puissance accrue, des dimensions plus compactes, une densité de couple plus élevée, des vitesses supérieures, des commandes plus complexes pour une vitesse et une position plus précises, et dissipe facilement la chaleur. La réduction des frottements internes due à l'absence de balais permet également d'obtenir un moteur plus efficace et plus durable.  

L'on pourrait donc penser que les moteurs à balais n'ont pas autant de performances à offrir que leurs homologues sans balais, mais ils ont d'autres avantages. En raison du nombre élevé de fentes, les moteurs à balais ont une ondulation de couple plus faible que les moteurs sans balais (pour en savoir plus sur l'ondulation de couple, consultez notre article Couple de cogging et ondulation de couple : ce que vous devez savoir). Ils présentent également un couple de décrochage élevé et un couple élevé et régulier à faible vitesse.  

Avec ou sans balais : lequel utiliser? 

Lorsqu'il s'agit de nouveaux projets et d'applications nécessitant des performances élevées et une commande complexe, et font partie de la conception du système, le moteur sans balais est le choix par défaut. Cependant, lorsque des exigences de performances spécifiques sont nécessaires pour une application, les moteurs à balais peuvent s'avérer une meilleure solution. Associés à des commandes simples, ils sont utiles dans certaines applications :  

  • les systèmes de positionnement qui nécessitent un maintien constant de la charge. C'est ce que permet le couple de décrochage élevé (fonctionnement « à l'arrêt »). 
  • Systèmes de régulation de la vitesse permettant d'utiliser le couple élevé à faible vitesse (<100 tr/min). 
  • Grand rapport entre le diamètre de l'alésage traversant et le diamètre extérieur. 
  • Les applications anciennes équipées de moteurs à balais pour lesquelles le passage à des moteurs sans balais pourrait être prohibitif en raison des mises à niveau nécessaires de l'architecture de commande. 

Quand passer au moteur sans balais 

Les moteurs à balais d'un système ancien peuvent être remplacés par des moteurs sans balais, mais il ne suffit pas de remplacer un moteur par un autre. Contrairement aux commandes simples d'un moteur à balais, les moteurs sans balais utilisent des moyens électroniques pour déterminer la séquence d'excitation du stator. Cela nécessitera de mettre à niveau les commandes électroniques du système. Le moteur n'est qu'un élément du système, il est donc important de considérer le système dans son ensemble pour déterminer s'il serait avantageux de passer à un moteur sans balais ou de conserver l'architecture actuelle.

 

Large Through-Bore Aspect Ratio Capability illustration

Alors que les systèmes modernes hautes performances utilisent des moteurs sans balais, les moteurs à balais peuvent présenter des avantages pour les systèmes anciens ou les nouveaux systèmes qui nécessitent un couple de décrochage élevé, un couple élevé à faible vitesse ou des commandes simples. Kollmorgen dispose de l'expertise en matière d'ingénierie et de produits, avec une large gamme de moteurs standard et facilement modifiables, pour assurer la maintenance des systèmes analogiques existants, développer un nouveau système sans balais ou faire évoluer un système d'un moteur à balais vers un moteur sans balais. 

À propos de l'auteur

Experts Kollmorgen

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Ce blog est le fruit d'une collaboration entre une équipe d'experts en mouvement et en automatisation de Kollmorgen, comprenant des ingénieurs, du personnel du service clientèle et des experts de la conception. Quelle que soit l'avancée de votre projet, nous sommes là pour vous aider.

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