Les moteurs sont présents dans presque toutes les machines, des appareils électroménagers aux machines industrielles lourdes. Pourtant, bien qu'ils aient tous le même objectif (transformer l'énergie électrique en mouvement), ils ne fonctionnent pas tous de la même manière. 

Beaucoup utilisent des balais pour transférer l'électricité au rotor et changer mécaniquement la direction du champ magnétique. Ce système fonctionne, mais il génère aussi des frottements, de la chaleur et, par conséquent, de l'usure au fil du temps.

D'autres éliminent complètement les balais et s'appuient sur un contrôle électronique pour fournir la puissance. Mais comment ? Nous le découvrirons dans ce guide détaillé qui explique non seulement “ qu'est-ce qu'un moteur sans balais ”, mais examine également si vous devriez ou non investir dans un tel moteur.

Pourquoi les moteurs ont-ils des conceptions différentes ?

Avant d'expliquer ce que sont les moteurs sans balais, nous aimerions développer la déclaration présentée dans l'introduction.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, ces moteurs puissants équipent presque tous les appareils qui se déplacent, tournent, soulèvent ou pompent. Leur objectif est assez similaire : convertir l'énergie électrique en mouvement, mais la manière dont ils y parviennent peut varier.

Une différence majeure réside dans la présence ou non de balais. Dans les modèles à balais, de petits balais en carbone sont en contact avec une pièce rotative appelée commutateur. Ce mécanisme fournit du courant électrique au rotor et permet au moteur de tourner. Cette méthode est simple et peu coûteuse. C'est pourquoi les modèles à balais sont encore courants dans les outils de base et les appareils à bas prix.

Cependant, le même contact physique qui rend les modèles à balais si simples les limite également. La friction entre les commutateurs et les balais génère de la chaleur, provoque une usure progressive et entraîne de légères pertes d'efficacité.

Les moteurs sans balais résolvent précisément ce problème. Lorsque les balais sont retirés, ils sont remplacés par une commande électronique. L'absence de balais signifie l'absence de frottement, donc l'absence d'usure et donc l'absence de perte d'efficacité.

Dans les sections suivantes, nous ferons une comparaison plus approfondie des deux types : à balais et sans balais. Mais pour l'instant, explorons l'anatomie et le fonctionnement d'un moteur à courant continu sans balais. 

Anatomie d'un moteur sans balais

Dans les sections précédentes, nous avons abordé les principes de base d'un moteur sans balais, c'est-à-dire qu'il ne comporte pas de balais, ainsi que ses avantages fondamentaux. Mais s'il ne comporte pas de balais, comment fonctionne-t-il et comment améliore-t-il l'efficacité de vos machines ? Pour comprendre cela, examinons d'abord son anatomie, c'est-à-dire les composants qui permettent à un moteur sans balais de fonctionner efficacement.

Stator

Tout d'abord, nous avons le stator. C'est la partie immobile et le fondement de tout le système. Il contient les enroulements de cuivre (nous expliquons également les enroulements ci-dessous) qui sont les bobines qui créent un champ magnétique lorsqu'un courant électrique les traverse. 

Dans un moteur sans balais, le stator se trouve généralement à l'extérieur, tandis que le rotor tourne à l'intérieur (bien que certaines conceptions inversent cette disposition).

Ce qui importe le plus dans le stator, c'est la régularité et l'efficacité avec lesquelles il produit un champ magnétique tournant. Comme il n'y a pas de balais, le stator dépend de signaux électroniques pour alimenter les bobines appropriées au moment opportun.

Rotor (pièce mobile) 

Comme son nom l'indique, le rotor est une partie qui tourne réellement. Elle comporte des aimants permanents disposés autour de sa circonférence. 

La conception du rotor influence directement les caractéristiques de performance :

• Nombre d'aimants : Plus d'aimants améliorent généralement la fluidité et la régularité du couple.
• Matériau magnétique : Des matériaux plus résistants créent un champ magnétique plus puissant.
• Forme et positionnement : ceux-ci déterminent l'efficacité avec laquelle les champs magnétiques interagissent.

Comme le rotor ne dépend pas du contact physique avec les balais, il s'use beaucoup moins. C'est l'une des raisons pour lesquelles les moteurs sans balais durent beaucoup plus longtemps que les moteurs à balais.

Enroulements

Comme mentionné précédemment, les enroulements en cuivre sont enroulés autour du noyau en fer du stator.

Leur fonction est de produire des champs magnétiques lorsqu'ils sont alimentés. Les moteurs sans balais peuvent avoir différentes configurations d'enroulement (telles que étoile ou triangle). Bien que les spécificités puissent varier, le principe de base reste le même : les enroulements déterminent la forme du champ magnétique et la réponse du moteur à la charge.

Une bonne conception du bobinage permet d'obtenir un meilleur rendement, une chaleur moindre et un couple plus prévisible. Et bien sûr, une mauvaise conception du bobinage entraîne un gaspillage d'énergie, des performances inégales et un échauffement inutile.

Aimants permanents 

Ces aimants sont extrêmement importants, car ils remplacent le rotor (qui repose sur l'électromagnétisme) utilisé dans les moteurs à balais.

Leur puissance et leur résistance à la température influencent la fiabilité et la puissance du moteur. C'est pourquoi des aimants plus puissants rendent l'appareil plus réactif et les matériaux résistants à la chaleur empêchent une baisse des performances lors d'opérations importantes ou exigeantes.

Système de commutation (commutateurs de puissance)

La commutation consiste à transférer le courant vers la bobine droite. Dans les moteurs à balais, cela se produit mécaniquement à l'aide de balais qui touchent un commutateur rotatif. Les moteurs sans balais remplacent ce contact par une commutation électronique, contrôlée par un dispositif externe appelé ESC (contrôleur électronique de vitesse).

Le système de commutation détermine :

• lorsque chaque bobine est sous tension,
• la vitesse de rotation des champs magnétiques, et
• la fluidité de rotation du moteur

Cette approche électronique est la principale raison pour laquelle moteurs à courant continu sans balais ou servomoteurs sans balais offrent un rendement supérieur et une durée de vie plus longue. Le contrôleur de vitesse (ESC) lit la position du rotor. Il le fait soit à l'aide de capteurs, soit en interprétant les informations électriques renvoyées. Il ajuste également la puissance fournie en temps réel.

Arbre et roulements (pour support)

L'arbre et les roulements sont essentiels pour assurer le soutien. L'arbre transmet la rotation du moteur à tout ce qu'il entraîne. Les roulements, quant à eux, assurent la stabilité du mouvement et réduisent les frottements. 

Comment fonctionne un moteur sans balais ? 

Au premier abord, cela peut sembler relever de la magie, mais une fois que vous comprenez le processus, tout devient clair.

Entrée

Comme beaucoup de processus d'ingénierie, il commence par une entrée. L'entrée peut prendre la forme d'informations, d'une action d'un utilisateur ou de données provenant d'une autre partie du processus. 

Ensuite, le système transfère cette entrée vers une étape de traitement où il vérifie ce que l'utilisateur essaie de faire et quelles règles appliquer à ces instructions. Cette entrée est essentielle, car elle permet d'éviter les erreurs et d'assurer un fonctionnement cohérent.

Traitement

Une fois que le système a compris les données saisies, il applique un ensemble d'instructions prédéfinies. Ces instructions sont extrêmement utiles, car elles indiquent au système comment gérer presque toutes les situations auxquelles il pourrait être confronté.

Sortie

Une fois les instructions appliquées, le système peut générer un résultat. Il peut s'agir d'un résultat, d'une mise à jour, d'un changement à l'écran ou simplement d'une réponse à l'utilisateur. 

Mise à jour

Derrière les coulisses, le système garde toujours une trace de tout. Il stocke ce dont il a besoin et rejette ce dont il n'a pas besoin. Il y aura également des mises à jour sur toutes les parties qui dépendent des nouvelles informations. De cette façon, le système continue de se développer en tirant des leçons des problèmes mineurs.

Résumé

Dans l'ensemble, le système suit toujours le même cycle : 

• prendre l'entrée, 
• le traiter, 
• appliquer les règles, 
• livrer le résultat, et 
• Mettez à jour ce qui est nécessaire. 

En répétant cette boucle de manière cohérente, cela fonctionne d'une manière qui semble simple pour l'utilisateur, même si plusieurs étapes se déroulent en arrière-plan.

Principaux types de moteurs sans balais 

Oui, il existe également d'autres types de moteurs sans balais. Chaque type est conçu pour résoudre différents problèmes. C'est pourquoi nous vous recommandons de lire attentivement cette partie de l'article, car elle vous aidera à déterminer lequel type de moteur sans balais correspond à vos besoins.

Inrunner

Le moteur à rotor interne possède un rotor à l'intérieur. Le stator l'entoure. Cette conception permet au rotor de tourner à très grande vitesse avec un couple relativement faible.

Mais pourquoi ? Elles sont pratiques pour les applications où la vitesse de rotation est plus importante que la force. C'est pourquoi on les trouve facilement dans les véhicules télécommandés, les petits drones et autres outils compacts.

Outrunner 

Le moteur à rotor externe inverse la conception. Le rotor est à l'extérieur et tourne autour du stator. Cette configuration produit naturellement un couple plus élevé à des vitesses plus faibles. De ce fait, vous n'aurez pas besoin d'autant d'engrenages et le moteur semblera plus puissant, même à un régime modéré. 

Cela rend les moteurs à rotor externe idéaux pour les cardans, les vélos électriques, les équipements d'automatisation et les convoyeurs qui nécessitent une puissance stable et élevée. En termes simples, les moteurs à rotor interne sont axés sur la vitesse, tandis que les moteurs à rotor externe sont axés sur la puissance utilisable.

Moteur sans balais sans fente ni noyau

Les moteurs sans fente suppriment le noyau en fer traditionnel que l'on trouve dans la plupart des stators. Sans structure métallique, le rotor peut tourner avec très peu de résistance. Il en résulte un fonctionnement fluide et sans vibrations.

Ils ont également tendance à être légers et à réagir rapidement aux changements rapides. Cela les rend populaires dans les appareils médicaux, les outils de haute précision et tout ce qui nécessite un bruit minimal ou un mouvement exceptionnellement fluide. Ils ne sont pas conçus pour supporter des charges lourdes, mais excellent en termes de précision et de réactivité.

Les moteurs sans balais dans la vie réelle 

Les moteurs sans balais ne sont pas spécifiques à un seul secteur. Ils sont utilisés partout où la fiabilité, le fonctionnement silencieux et les performances efficaces sont importants.

Dans produits de consommation courante, ces appareils électriques tels que les aspirateurs sans fil, les drones et les outils électriques. Les aspirateurs les utilisent car les moteurs sans balais offrent une forte puissance d'aspiration sans surchauffer pendant une longue session de nettoyage. Les drones s'appuient sur eux pour leur équilibre entre légèreté, réactivité et contrôle précis de la vitesse, autant d'éléments essentiels pour un vol stable.

Dans véhicules, Les vélos électriques et les scooters électriques utilisent souvent des moteurs sans balais. Les utilisateurs n'ont pas à se soucier de l'usure des balais, et l'appareil peut supporter une utilisation quotidienne sans perte de performance.

Sur le industriel D'autre part, les moteurs sans balais sont utilisés dans les machines CNC ainsi que dans les lignes d'emballage. Ces machines fonctionnent pendant de longues heures (parfois en continu), ce qui rend leur durabilité plus importante que le coût des pièces de rechange. 

Dans le domaine médical, les moteurs sans balais alimentent les ventilateurs, les instruments chirurgicaux, les équipements d'imagerie et les systèmes d'automatisation des laboratoires. Un ventilateur, par exemple, doit fonctionner 24 heures sur 24 sans défaillance imprévue. Les appareils chirurgicaux nécessitent une rotation précise et sans vibration pour garantir leur précision.

Comparaison rapide : moteurs sans balais vs moteurs à balais 

Les moteurs à balais et sans balais ont le même objectif final, mais la manière dont ils réalisent ce mouvement conduit à des résultats très différents dans la pratique.

Facteur	Sans balais	Brossé
Efficacité	élevé	modéré à faible
Durabilité	longue durée de vie	les brosses s'usent
Bruit	faible	supérieur
Contrôle	fluide et précis	moins cohérent
Coût	coût initial élevé	moins cher à l'achat

Guide pratique pour choisir le bon modèle sans balais 

Choisir le bon moteur à courant continu sans balais ou servomoteur sans balais Cela n'a rien de compliqué. La meilleure approche consiste à évaluer votre application étape par étape. En examinant les facteurs suivants de manière organisée, il devient beaucoup plus facile d'identifier le “ moteur adéquat ”.

Comprenez les exigences de votre charge 

Tout d'abord, vous devez déterminer le type de charge. S'agit-il d'un ventilateur, d'une roue, d'une courroie, d'une pompe ou d'un objet à soulever ? Chaque type de charge se comporte différemment. Par exemple :

• Un ventilateur nécessite une vitesse constante et un couple faible.
• Le convoyeur a besoin d'un couple constant à vitesse modérée.
• Un joint robotisé peut nécessiter des changements de vitesse et un couple de maintien précis.

Ensuite, estimez la force nécessaire. 

Adaptez la vitesse du moteur à la tâche à accomplir.

Les moteurs sans balais ont un profil de vitesse naturel. Certains sont conçus pour un régime élevé (idéal pour les outils à flux d'air ou rotatifs), tandis que d'autres sont optimisés pour un mouvement plus lent et contrôlé.

Posez-vous la question suivante :

• Votre application nécessite-t-elle de la vitesse, du couple ou un équilibre ?
• Le système utilisera-t-il un engrenage ? Si oui, la vitesse peut être plus élevée.
• La vitesse est-elle constante ou change-t-elle fréquemment ?

Adapter les caractéristiques de vitesse du moteur à vos besoins réels permet d'éviter le bruit, la chaleur et la consommation d'énergie inutile.

Choisissez la tension et le niveau de puissance appropriés.

Commencez par vérifier la compatibilité de l'alimentation électrique. La tension nominale du moteur doit correspondre à votre source d'alimentation disponible, qui peut être une batterie ou une alimentation électrique industrielle.

Ensuite, comprenez comment la tension affecte les performances. Une tension plus élevée signifie généralement une vitesse potentielle plus élevée, tandis qu'une tension plus faible est préférable pour les applications compactes qui nécessitent moins de chaleur.

Tenez compte du facteur de forme physique du moteur. 

Les moteurs sans balais sont disponibles dans une grande variété de formes et de configurations internes. Le choix du format approprié a une incidence à la fois sur les performances et la facilité d'installation.

Évaluer les conditions d'exploitation 

Les facteurs environnementaux ont un effet majeur sur la durée de vie des appareils :

• Température : un fonctionnement constant nécessite une meilleure dissipation thermique.
• Poussière ou humidité : des moteurs étanches peuvent être nécessaires.
• Cycle de service : les moteurs fonctionnant toute la journée ont besoin de meilleures performances thermiques que les moteurs fonctionnant occasionnellement.

Assurez-vous que votre moteur est adapté à l'environnement dans lequel il devra fonctionner.

Idées reçues courantes sur les moteurs sans balais

Découvrons la vérité qui se cache derrière les quatre idées reçues sur les moteurs à courant continu sans balais.

“ Trop complexe. ”

Les moteurs sans balais peuvent sembler complexes, mais leur principe de base est très simple. Le processus est également simple, mais pas autant que celui d'un moteur à balais, car il fait appel à l'électronique.

Les composants électroniques qui les contrôlent effectuent automatiquement le travail difficile, de sorte que les utilisateurs n'ont pratiquement pas à se soucier de ce qui se passe à l'intérieur. Au quotidien, ils sont en réalité plus faciles à utiliser car ils nécessitent moins d'entretien.

“ Toujours cher. ”

Les moteurs sans balais coûtaient autrefois plus cher, mais ce n'est plus le cas aujourd'hui. Leurs prix ont considérablement baissé depuis qu'ils sont utilisés dans divers secteurs industriels. Mais même si l'on ne tient pas compte du coût d'achat, leur faible entretien et leurs économies d'énergie supérieures peuvent offrir un meilleur retour sur investissement que les moteurs à balais, dont les coûts d'entretien sont très élevés.

Nous avons publié un article détaillé guide des prix pour les moteurs sans balais. Vous pouvez le lire pour comprendre pourquoi les moteurs sans balais sont une meilleure option pour votre portefeuille.

“ Uniquement pour les équipements haut de gamme ” 

Si les moteurs sans balais sont courants dans la robotique avancée et les drones, on les trouve également dans des produits de la vie quotidienne : ventilateurs, vélos électriques, aspirateurs et même machines de bureau. Leur fiabilité et leur fonctionnement fluide les rendent adaptés aux appareils simples comme aux appareils complexes.

“ Tous les moteurs sans balais ont les mêmes performances. ”

Tous les modèles sans balais ne sont pas conçus pour les mêmes tâches. Certains sont optimisés pour la vitesse élevée, d'autres pour un couple élevé et d'autres encore pour de longues heures de fonctionnement. 

Enfin, devriez-vous investir dans un moteur sans balais ?

La décision dépend de la façon dont vous utiliserez votre appareil et de ce que vous en attendez.

Les avantages des moteurs sans balais sont particulièrement importants si votre équipement fonctionne pendant de longues heures, nécessite un contrôle précis ou doit rester fiable avec un minimum d'entretien. Dans ces cas, la mise à niveau est généralement rentabilisée à long terme.

Si vous utilisez quotidiennement des outils ou des machines, vous devriez sérieusement envisager l'achat d'un moteur sans balais, car vous avez besoin d'un moteur fiable qui ne s'use pas rapidement.

Cependant, dans certaines situations, il est préférable d'opter pour un moteur à balais. Par exemple, si un appareil ne fonctionne qu'occasionnellement, ne nécessite pas de contrôle de vitesse fluide ou dispose d'un budget initial très serré, un moteur à balais peut être tout à fait acceptable. 

Mais si vous êtes toujours confus, cette liste de contrôle rapide peut vous aider : 

• Utilisez-vous l'appareil fréquemment ou pendant de longues heures ? → Si oui, optez pour un modèle sans balais.
• Vous avez besoin d'un fonctionnement silencieux et fluide ? → Le sans balais est la solution.
• Votre priorité est-elle le coût initial le plus bas possible ? → Le brossé peut suffire.
• Vous souhaitez réduire l'entretien et prolonger la durée de vie ? → Le sans balais est le meilleur choix.

Conclusion

Les moteurs sans balais sont devenus une technologie essentielle dans les machines modernes. La raison est simple : ils permettent de contourner de nombreuses limites auxquelles les moteurs à balais ne peuvent échapper.

En supprimant simplement les balais et en s'appuyant sur un contrôle électronique, les moteurs sans balais offrent de nombreux avantages. Ceux-ci comprennent un fonctionnement fluide + une grande efficacité + une longue durée de vie + de meilleures performances.

Si vous envisagez d'acheter une solution sans balais, il est utile de travailler avec un fournisseur qui en comprend les détails. DMKE propose une large gamme de moteurs CC sans balais et de servomoteurs sans balais, d'unités intégrées et d'options personnalisées pour les projets qui nécessitent plus que des pièces standard. 

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