Un moteur électrique à courant continu à balais convertit l’énergie électrique en énergie mécanique en appliquant la loi de Lorentz, qui stipule que «un conducteur parcouru par un courant placé dans un champ magnétique subit une force». Cette force peut être exploitée de diverses façons, par exemple dans un Vérin linéaire pour convertir un mouvement de rotation en mouvement linéaire.
Progressive Automations propose une variété de vérins linéaires intégrant soit un moteur CC à noyau, soit un moteur CC sans noyau. Mais lequel choisir et pourquoi ? Nous examinons les différences entre un moteur CC à noyau et un moteur CC sans noyau en étudiant leur conception ainsi que leurs avantages et inconvénients. Nous abordons également le fonctionnement, les protocoles de communication et la Rétroaction de différents moteurs afin de vous aider à prendre une décision éclairée.
Moteur CC à noyau
Le moteur CC à balais à noyau est la variante la plus répandue, car il est économique à fabriquer et à produire en grande série. Un moteur à noyau se compose d’un rotor (tournant), d’un stator (fixe), d’un collecteur (généralement avec balais) et d’aimants de champ permanents. De plus, les enroulements de l’induit sont bobinés autour du noyau en fer et reliés au collecteur.
Les balais, en contact avec le collecteur, sont en graphite/carbone, ce qui permet au Courant connecté de passer à travers les enroulements de l’induit. Le Courant dans les enroulements produit un champ magnétique qui interagit avec les aimants fixes et génère une force, laquelle fait tourner le noyau en fer et, par conséquent, l’arbre du moteur.
Ces moteurs sont idéaux pour des applications exigeantes grâce à leur couple de démarrage élevé et à leur noyau en fer rigide. Ils sont moins susceptibles de surchauffer, le noyau en fer agissant comme dissipateur thermique. Parmi les applications à grande échelle : voitures électriques, ascenseurs et pompes. À plus petite échelle : locomotives miniatures, brosses à dents électriques et autres jouets.
Avantages
- Plus économiques.
- Couple de démarrage élevé.
- Contrôle de la vitesse sur une large plage de tensions.
- Démarrage, arrêt et inversion rapides.
- Exempts d’harmoniques.
Inconvénients
- Rendement électrique plus faible (environ 50 %).
- Entretien élevé en raison de l’usure des balais.
Moteur CC sans noyau
Qu’est-ce qu’un moteur sans noyau ? Il est similaire à un moteur CC à noyau en ce qu’il possède des balais et un collecteur. Il existe aussi des variantes sans balais. La différence est toutefois que les enroulements du rotor sont bobinés de manière oblique (ou en nid d’abeilles) pour former un cylindre creux autoportant, généralement recouvert d’époxy pour la stabilité.
Le stator, qui se trouve à l’intérieur du cylindre creux, est composé d’un aimant aux terres rares, tel que le néodyme, l’AlNiCo (aluminium-nickel-cobalt) ou le SmCo (samarium-cobalt). Les balais d’un moteur sans noyau peuvent être en métal précieux (p. ex. argent, or ou platine) ou en graphite. Le cylindre de fils répartit le champ magnétique dans toute la structure lorsqu’un Courant électrique est appliqué aux conducteurs reliés aux balais et au collecteur, lequel interagit avec l’aimant aux terres rares pour produire une force et faire tourner l’arbre.
Les moteurs sans noyau ouvrent un large éventail de possibilités en robotique. Parmi leurs applications : prothèses, pompes à insuline, équipements de laboratoire et appareils de radiographie – tous nécessitant un positionnement de haute précision.
Avantages
- Conception petite, légère et compacte.
- Faible niveau de bruit et de vibrations.
- Très efficace (environ 90 %).
- Durée de vie accrue grâce à une moindre électro‑érosion.
- Vitesses d’accélération et de décélération élevées.
- Caractéristiques vitesse/couple linéaires permettant un contrôle plus simple.
Inconvénients
- Sensiblement plus coûteux.
- Ne supporte pas les surcharges thermiques, faute de noyau en fer agissant comme dissipateur thermique pour les enroulements du rotor.
- Nécessite une électronique supplémentaire (p. ex., décodeurs).
Protocoles de communication
Que vous optiez pour un moteur CC à noyau ou sans noyau, vous devez tenir compte des protocoles de communication propres à chacun. Les principaux protocoles incluent la communication RS-485 et TTL/PWM. Le choix de l’un ou l’autre déterminera également le type de moteur que vous pouvez utiliser.
Communication RS-485
La communication RS-485 est un protocole série populaire qui offre un transfert de données à haute vitesse entre dispositifs. Il s’agit d’un standard de communication robuste et éprouvé, capable de fournir des données fiables sur de longues distances.
Progressive Automations propose le vérin linéaire PA-12 de haute précision, qui peut être piloté à l’aide d’un microcontrôleur Arduino. Deux variantes sont toutefois proposées : l’une utilisant un moteur CC à noyau (PA-12-T) et l’autre un moteur CC sans noyau (PA-12-R).
Si vous optez pour la variante sans noyau, la communication RS-485 doit être utilisée. Ce protocole s’implémente facilement à l’aide d’un module TTL vers RS-485 pour communiquer avec l’Arduino. À défaut, un autre microcontrôleur peut être utilisé, communiquant via RS-485, prêt à l’emploi.
Communication TTL/PWM
Le vérin linéaire PA-12-T peut être commandé directement avec un microcontrôleur Arduino via une communication TTL/PWM, réduisant le coût de modules supplémentaires de conversion de communication. Le vérin linéaire offre un contrôle précis de la position avec une précision allant jusqu’à 100um.
Compte tenu des avantages et inconvénients précédemment discutés des moteurs CC à noyau et sans noyau, la meilleure solution dépendra de l’application. Les deux vérins linéaires PA-12 assurent un contrôle précis de la position, mais les protocoles de communication diffèrent.
Rétroaction
Un facteur clé pour déterminer le moteur CC à privilégier est de décider si vous souhaitez ajouter une forme de Rétroaction. La Rétroaction désigne toute information qu’un contrôleur peut utiliser pour surveiller un processus et apporter des corrections. Par exemple, pour un moteur CC, les potentiomètres, capteurs à effet Hall et codeurs sont des types de Rétroaction courants.
Un potentiomètre transforme un moteur CC en servomoteur, permettant un contrôle précis de la position et de la vitesse. Le type de Rétroaction peut s’appliquer à un moteur CC à noyau comme à un moteur sans noyau, mais il est essentiel d’examiner les différentes options de Rétroaction pour faire le meilleur choix selon l’application. Si vous avez besoin d’une haute efficacité et d’une grande précision, optez pour un moteur CC sans noyau avec un codeur comme option de Rétroaction fiable. Cette option est toutefois assez coûteuse et dépendra de vos contraintes budgétaires.
Conclusion
Nous avons mis en évidence les avantages et inconvénients des moteurs CC à noyau et sans noyau, ainsi que les protocoles de communication et options de Rétroaction. Progressive Automations propose une variété de vérins linéaires intégrant un mélange de ces actionneurs/appareils/capteurs.
La décision dépend de nombreux facteurs, tels que les spécifications du vérin linéaire auquel le moteur CC est raccordé, le prix et le niveau de précision requis. L’application détermine le moteur nécessaire, et le moteur détermine les spécifications du vérin linéaire. Pour plus d’informations sur les produits Progressive Automations ou pour une assistance supplémentaire, contactez‑nous dès aujourd’hui.