La principale différence est qu’un moteur à balais utilise des balais physiques et un collecteur pour acheminer le courant électrique vers les enroulements du moteur, tandis qu’un moteur sans balais (BLDC) utilise des contrôleurs électroniques à la place des balais pour commuter le courant électrique dans les enroulements. Pour les moteurs à balais, la conception est simple, économique et offre un bon couple à basse vitesse, mais elle provoque de la friction et de l’usure au fil du temps, nécessitant une maintenance régulière. Les moteurs sans balais sont plus complexes à intégrer, mais éliminent la friction, ce qui se traduit par un meilleur rendement, une durée de vie plus longue, un fonctionnement plus silencieux et moins de maintenance.
| Caractéristique | Moteur à balais | Moteur sans balais |
|---|---|---|
| Efficacité | Moyenne | Élevée |
| Durée de vie | Courte, à cause de l’usure des balais | Longue, puisqu’il n’y a pas de balais à user |
| Performances | Vitesse moyenne, couple de démarrage élevé | Vitesse plus élevée |
| Bruit | Bruyant en raison de la friction des balais | Silencieux, grâce à l’absence de friction |
| Coût | Coût initial plus faible | Coût initial plus élevé dû aux circuits de commande complexes |
| Complexité | Simple, peut être commandé avec des interrupteurs à bascule ou équivalents | Complexe, nécessite un contrôleur électronique |
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Moteur CC à balais
Un moteur CC à balais se compose de quelques composants principaux qui, en conjonction avec une alimentation CC, créent un moteur en rotation. L’armature, le collecteur, les balais et la configuration de l’aimant de champ peuvent être vus à la figure 1 ci-dessous.
Figure 1 : Schéma (à gauche) et exemple réel (à droite) de moteurs CC à balais
Notre dessin montre une armature simplifiée pour faciliter la visualisation du courant circulant ; cependant, les moteurs CC à balais comportent plusieurs enroulements de bobines avec leur armature. Les balais alimentent le collecteur, qui délivre le courant à travers l’armature avec une polarité opposée à celle de l’aimant permanent. Cela provoque la rotation de l’armature par l’attraction des aimants.
Les moteurs CC à balais sont faciles à utiliser puisqu’ils figurent parmi les types de moteurs les plus simples ; toutefois, leur durée de vie est plus courte que celle des moteurs sans balais. En raison du contact physique des balais avec le collecteur, l’étincelage est un problème courant avec les moteurs à balais. Ce contact physique use également les balais avec le temps et engendre une perte d’énergie due à la friction générée.
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Contrôleur de moteur CC sans balais
Un moteur CC sans balais (BLDC) élimine les principales inefficacités de son homologue à balais. Le moteur est composé d’aimants permanents et de bobines qui, via une série d’intervalles d’alimentation parfaitement synchronisés, amènent l’aimant permanent au centre à tourner autour des bobines qui l’entourent. Nous avons inclus un schéma de moteur sans balais à la figure 2 ci-dessous pour référence.
Figure 2 : Schéma (à gauche) et exemple réel (à droite) de moteurs CC sans balais
Les bobines du moteur sans balais sont alimentées dans un ordre spécifique (figure 3), ce qui entraîne la rotation des aimants permanents sur le rotor. Cela se fait sans contact physique et permet un moteur CC plus efficace et plus durable.
Figure 3 : Séquence d’alimentation des bobines
Pour suivre la sortie montrée à la figure 3, le moteur CC sans balais nécessite une unité de commande électronique (ECU) pour déterminer la position du rotor et quelles bobines alimenter.
Contrairement aux moteurs CC à balais qui nécessitent l’application directe de 12 Vcc au moteur pour tourner, le moteur CC sans balais requiert une alimentation triphasée. Cela signifie qu’un contrôleur de moteur CC sans balais doit fournir la puissance appropriée aux différentes bobines pour obtenir la rotation. Avec notre LC-241 Brushless DC Motor Controller, 12 Vcc à 5 A peuvent être appliqués aux bornes d’entrée à l’aide d’une alimentation. Ceci est ensuite converti en alimentation triphasée pour piloter nos moteurs personnalisés sans balais. Dans la section suivante, un schéma de câblage de base aidera à tester un vérin CC sans balais.
Câbler des moteurs sans balais à des interrupteurs à bascule
Progressive Automations propose le PA-14 Mini vérin linéaire en option CC sans balais pour les commandes personnalisées. Notre schéma de câblage des vérins PA-14 sans balais est visible à la figure 4 ci-dessous.
Figure 4 : Schéma de câblage du vérin PA-14 sans balais
Étape 1
Reliez les 3 fils du contrôleur du moteur du vérin PA-14 sans balais au LC-241 Brushless DC Motor Controller. Les fils sont généralement verts, bleus et blancs et se raccordent respectivement aux bornes U, V et W. Assurez-vous que les connexions du moteur sans balais sont bien serrées. Si les fils ont des couleurs différentes, un mauvais ordre de connexion fera simplement se déplacer le actionneur électrique linéaire dans la direction opposée à celle prévue.
Étape 2
Reliez la broche SPD à la masse de votre alimentation 12 Vcc pour activer le potentiomètre intégré de contrôle de la vitesse. Assurez-vous de tourner ce potentiomètre dans le sens horaire pour obtenir la vitesse maximale.
Étape 3
Reliez la broche GND aux bornes communes de votre interrupteur à bascule.
Étape 4
Reliez la broche RUN aux deux côtés de l’interrupteur à bascule. C’est important, car l’avance et la marche arrière nécessitent toutes deux que la broche RUN soit au contact de la masse pour fonctionner.
Étape 5
Reliez la broche REV à un côté de l’interrupteur à bascule. Ce côté correspondra au sens inverse de l’interrupteur.
Étape 6
Appliquez 12 Vcc au contrôleur de moteur CC sans balais ; un signal sonore peut être entendu lors de la mise sous tension.
Figure 5 : Câblage physique du vérin PA-14 sans balais
La configuration de base est maintenant terminée ; en utilisant l’interrupteur à bascule, l’actionneur peut être étendu et rétracté. Le problème avec un actionneur à moteur CC sans balais est que les interrupteurs de fin de course internes ne sont pas capables de couper l’alimentation de l’actionneur comme c’est le cas pour les moteurs CC à balais. Cela est dû au fait que l’énergie alimentant le moteur sans balais PA-14 est triphasée. Le vérin électrique PA-14 sans balais est doté d’une rétroaction d’interrupteur de fin de course intégrée, qui peut être utilisée avec un API (PLC) ou un microcontrôleur pour indiquer que l’actionneur est en fin de course. La rétroaction agit comme un contact passant de normalement fermé à normalement ouvert, ce qui est essentiel pour intégrer un vérin PA-14 sans balais dans des applications réelles.
Nous avons également un article sur l’extension et la rétraction continues de la course d’un actionneur avec un moteur CC sans balais, avec des exemples de code à titre de référence.
Le nouveau PA-01 mini actionneur amélioré (mise à niveau du PA-14) est le modèle actuel que nous proposons avec une variété d’avantages supplémentaires. Pour une comparaison, consultez les tableaux ci-dessous et mettez à niveau en toute confiance !
|
|
PA-01 |
PA-14 |
|
Options de charge dynamique |
16, 28, 56, 112, 169, 225 lbs |
35, 50, 75, 110, 150 lbs |
|
Charge maximale |
225 lbs |
150 lbs |
|
Vitesse maximale |
3.54 "/sec |
2.00"/sec |
|
Indice de protection (IP) |
IP65 |
IP54 |
|
Options de course |
1" to 40" |
1" to 40" |
|
Rétroaction à effet Hall |
Optional |
No |
Câbler des moteurs à balais à des interrupteurs à bascule
La plupart de nos vérins linéaires électriques sont livrés avec des moteurs CC à balais. La simplicité d’utilisation des moteurs CC à balais permet de câbler un interrupteur à bascule entre l’alimentation CC et le moteur à balais, sans contrôleur supplémentaire.
Figure 6 : Schéma de câblage d’un interrupteur à bascule vers un actionneur avec moteur à balais
Le schéma de câblage du vérin ci-dessus peut être réalisé en suivant quelques étapes :
- Les bornes en haut à gauche et en bas à droite doivent être reliées à la masse de l’alimentation.
- Les bornes en haut à droite et en bas à gauche doivent être reliées à la borne +12 V de l’alimentation.
- Les bornes au milieu à droite et au milieu à gauche doivent être reliées aux 2 entrées du vérin.
Ce type de câblage permet à l’opérateur de changer le sens du flux de courant électrique entrant dans le vérin afin d’inverser le sens de déplacement. Pour un exemple concret de circuit de câblage d’un vérin avec interrupteur à bascule, cette vidéo est un excellent exemple.
Figure 7 : Câblage physique d’un interrupteur à bascule vers un actionneur avec moteur à balais
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Quelle est la principale différence entre les moteurs CC à balais et sans balais ?
Les moteurs à balais utilisent des balais en carbone et un collecteur pour acheminer le courant vers les enroulements, tandis que les moteurs CC sans balais (BLDC) utilisent des contrôleurs électroniques pour commuter le courant. Les moteurs à balais sont plus simples, plus économiques et offrent un bon couple à basse vitesse, tandis que les moteurs sans balais ont un meilleur rendement, une durée de vie plus longue et un fonctionnement plus silencieux.
Quel type de moteur est le meilleur pour une utilisation à long terme — à balais ou sans balais ?
Les moteurs sans balais sont préférables pour une utilisation à long terme, car ils n’ont pas de balais sujets à l’usure. Cela réduit la friction, la chaleur et les besoins de maintenance, permettant une durée de fonctionnement bien plus longue que les moteurs à balais.
Quels sont les principaux avantages des moteurs CC sans balais ?
Les moteurs CC sans balais offrent un meilleur rendement, une durée de vie plus longue, un fonctionnement plus silencieux et un contrôle amélioré de la vitesse et du couple. Ils dégagent également moins de chaleur et nécessitent peu ou pas d’entretien, ce qui les rend idéaux pour les applications continues ou de précision.
Quels sont les inconvénients des moteurs sans balais par rapport aux moteurs à balais ?
Les principaux inconvénients des moteurs sans balais sont le coût initial plus élevé et la nécessité d’un contrôleur électronique. Ils sont donc plus complexes et plus coûteux à installer que les moteurs à balais, plus simples et moins onéreux pour des applications basiques avec cycles non continus.
Les moteurs sans balais durent-ils vraiment plus longtemps ?
Oui. Comme ils n’ont pas de balais qui s’usent par friction, les moteurs sans balais peuvent durer plus longtemps que les moteurs à balais, en particulier dans les applications continues ou intensives.
Les moteurs sans balais sont-ils plus efficaces ou plus puissants que les moteurs à balais ?
Les moteurs sans balais sont plus efficaces car ils dissipent moins d’énergie sous forme de chaleur et maintiennent un couple constant. Bien que les deux types puissent offrir de bonnes performances, les conceptions sans balais procurent de meilleurs rapports puissance/poids et un fonctionnement globalement plus fluide.
Un moteur sans balais vaut‑il son coût plus élevé ?
Dans la plupart des cas, oui. Le coût initial plus élevé est compensé par une maintenance réduite, un meilleur rendement énergétique et une durée de vie plus longue, ce qui abaisse le coût total de possession au fil du temps.
Les moteurs sans balais nécessitent-ils moins d’entretien ?
Oui. Comme il n’y a ni balais ni collecteurs à remplacer, les moteurs sans balais nécessitent une maintenance minimale — généralement un simple nettoyage ou une inspection périodique contre la poussière et les débris.
Un moteur sans balais peut‑il surchauffer, et comment l’éviter ?
Les moteurs sans balais peuvent surchauffer pour des raisons électriques s’ils sont surchargés ou mal ventilés, empêchant l’évacuation de la chaleur due au courant électrique ; toutefois, c’est moins fréquent qu’avec les moteurs à balais, qui peuvent surchauffer pour des raisons mécaniques et électriques. On évite la surchauffe en utilisant une force nominale adaptée, un contrôleur de moteur correctement dimensionné et en assurant une ventilation suffisante.
Quel type de moteur est le mieux adapté aux vérins linéaires et aux systèmes d’automatisation ?
Les moteurs CC sans balais sont généralement le meilleur choix pour les vérins linéaires et les systèmes d’automatisation. Ils offrent des mouvements plus fluides, un meilleur rendement et une durée de vie plus longue — des atouts cruciaux pour les applications de précision, continues ou intensives. Les moteurs à balais restent toutefois une bonne option pour des applications simples ou économiques où l’on s’attend à des cycles de fonctionnement courts.
En résumé
Les moteurs CC à balais ont des bobines en leur centre qui tournent autour d’aimants permanents, tandis que les moteurs CC sans balais possèdent un aimant permanent au centre qui tourne autour des bobines. La conception du moteur sans balais convient mieux aux applications tirant parti de sa plus longue durée de vie et de sa meilleure efficacité énergétique. Pour une solution plus simple et plus facile à utiliser, les applications avec des cycles courts peuvent profiter de la convivialité des moteurs CC à balais.
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