Portée
Les servomoteurs sans balais comprennent une large gamme de types de moteurs, notamment les moteurs CC sans balais à aimants permanents et les moteurs CA sans balais à aimants permanents. Ils peuvent également être conçus pour un mouvement rotatif ou linéaire. Quels que soient les différents types, ils ont des points communs : ils utilisent des aimants permanents et ce sont des moteurs triphasés.
Construction
Les servomoteurs sans balais remplacent le commutateur mécanique des moteurs à balais par une commutation électronique. Dans les servomoteurs sans balais, c'est l'aimant permanent qui agit comme le rotor (composant rotatif) plutôt que les bobines qui sont fixes. La rotation du servomoteur est obtenue en modifiant individuellement l'intensité et le sens du courant dans chaque jeu de bobines, ce qui change le sens des champs magnétiques générés par les bobines fixes. Il y a généralement trois jeux de bobines dans un servomoteur sans balais, chaque jeu de bobines est alimenté individuellement dans un ordre particulier qui crée une série de forces électromagnétiques pour maintenir le rotor en mouvement. Cela nécessite 3 fils d'alimentation pour fournir du courant à chaque jeu de bobines. Comme les bobines sont fixes, il est facile d'établir des connexions électriques directes avec elles, ce qui élimine le besoin de collecteurs et de balais mécaniques. L'absence de balais et de collecteurs dans le moteur sans balais rend ce dispositif très durable, car les balais et les collecteurs des moteurs à balais sont susceptibles de s'user en raison d'un contact mobile continu.
Parce qu'ils n'ont pas de commutateurs mécaniques, les servomoteurs sans balais nécessitent une commutation électronique et des dispositifs de retour pour contrôler la vitesse du moteur. La commutation électronique offre une efficacité accrue, des économies d'énergie importantes et un meilleur contrôle par rapport à la commutation mécanique. Cependant, en l'absence de commutateurs mécaniques, la plupart des servomoteurs sans balais ont besoin de dispositifs de rétroaction pour contrôler avec précision le couple et la position du moteur.
Il existe différentes options en ce qui concerne les niveaux de rétroaction et de commutation qui dépendent des contraintes économiques et de la précision souhaitée du moteur. Cela permet aux consommateurs de choisir les niveaux de rétroaction et le type de commutation électronique qui conviennent le mieux à leur application. Les capteurs à effet Hall et les encodeurs constituent le retour d'information de choix pour les servomoteurs sans balais. Les deux dispositifs peuvent être utilisés séparément ou en tandem pour utiliser le type de commutation préféré. Les capteurs à effet Hall seuls ne sont capables que d'une commutation trapézoïdale, tandis que les encodeurs seuls ne sont capables que d'une commutation sinusoïdale. L'utilisation conjointe de capteurs à effet Hall et de codeurs permet d'utiliser une commutation sinusoïdale ou trapézoïdale. La commutation trapézoïdale est standard dans les servomoteurs sans balais car elle est facile à mettre en œuvre et permet de délivrer un couple maximal. Bien que la commutation trapézoïdale soit préférable pour la plupart des applications, la commutation sinusoïdale avec les servomoteurs sans balais est utile pour les applications où les bruits audibles et mécaniques doivent être extrêmement faibles.
La rétroaction sans capteur est une innovation récente dans la technologie des servomoteurs CC sans balais, où la position du moteur est déterminée à partir de la force contre-électromotrice du moteur. La rétroaction sans capteur peut fonctionner avec une commutation trapézoïdale ou sinusoïdale, mais la commutation sinusoïdale est préférée pour les applications plus sensibles car elle est moins sensible aux ondulations du couple. Comme la rétroaction sans capteur exige que le moteur fonctionne sur la base de sa propre rétroaction interne, la rétroaction sans capteur est plus efficace lorsque la charge du moteur est statique. Par exemple, les drones sont devenus une application courante de la rétroaction sans capteur dans les servomoteurs CC sans balais, car la charge ne change pas de manière significative lorsque le drone est en mouvement et l'absence de dispositifs de rétroaction lui permet d'être plus léger.
Histoire
Les moteurs CC sans balais sont apparus au début de la révolution numérique dans les années 60, lorsque nous sommes passés de la technologie mécanique et électronique analogique à l'électronique numérique. Les moteurs à courant continu à balais se sont avérés insuffisants pour répondre aux demandes d'applications plus intenses, car les balais et les collecteurs s'usaient très rapidement. La disponibilité de semi-conducteurs de puissance à l'état solide, tels que les MOSFET, a rendu possible le moteur à courant continu sans balais, première machine à courant continu à commutation à l'état solide. L'inconvénient des premiers moteurs à courant continu sans balais était qu'ils ne pouvaient pas générer une grande puissance. Lorsque des matériaux à aimant permanent plus résistants sont devenus disponibles dans les années 1980, les moteurs sans balais ont pu générer autant, voire plus, de puissance que leurs homologues à balais.
Innovations futures
Les moteurs sans balais d'aujourd'hui surmontent bon nombre des limites des moteurs à balais : ils ont une puissance de sortie plus élevée, une taille plus petite, un meilleur rendement, une plus grande durabilité et un bruit électrique très faible. Ces avantages ont aussi des inconvénients, car les moteurs sans balais nécessitent des dispositifs de rétroaction et un contrôleur d'entraînement de moteur pour la commutation électronique, ils ont tendance à être plus chers que les moteurs à balais. Cependant, de nouvelles avancées dans la technologie des moteurs CC sans balais ont permis de mettre au point des commandes de moteur sans capteur qui rendront ces moteurs plus abordables. Dans la technologie de commande sans capteur, la position du rotor est déterminée en détectant la force électromotrice de l'une des tensions aux bornes du moteur, ce qui élimine le besoin de capteurs à effet Hall et de codeurs. La commande sans capteur permettra également aux moteurs à courant continu sans balais d'être plus petits, plus fiables et plus durables en raison de la diminution du nombre de composants.
Une autre innovation qui deviendra bientôt courante dans la conception des moteurs CC sans balais est l'intégration des moteurs CC sans balais et de l'électronique de commande dans un seul boîtier pour créer un système plus simple. À mesure que l'efficacité des composants électroniques augmente, l'électronique de puissance devient de plus en plus petite, ce qui confère aux commandes de moteurs CC sans balais intégrés un rôle clé dans les innovations technologiques.
Utilisations/Applications
En raison de leur efficacité et de leur longévité, les servomoteurs CC sans balais sont largement utilisés dans les appareils qui fonctionnent en continu, tels que les appareils ménagers et autres appareils électroniques grand public. Pour les applications industrielles, les moteurs CC sans balais sont un choix populaire dans les moteurs linéaires, les servomoteurs, les moteurs d'entraînement d'extrudeuse et les entraînements d'alimentation pour les machines-outils CNC, en raison de leurs capacités de contrôle du mouvement fiables et précises. Les servomoteurs CC sans balais sont également devenus le moteur de choix pour les drones car ils fournissent beaucoup de puissance tout en conservant une taille et un poids réduits. Les applications des servomoteurs CC sans balais devraient continuer à se développer à l'avenir. Au fur et à mesure que ces moteurs deviendront plus abordables, il est probable qu'ils remplaceront entièrement les servomoteurs CC à balais.
Avantages
- Haute densité de puissance
- Excellente dissipation de la chaleur
- Moins d'entretien que les moteurs à balais et une durée de vie plus longue.
- La commutation électronique permet un contrôle plus précis et une économie d'énergie accrue.
- Réduction du bruit opérationnel et mécanique par rapport aux moteurs à courant continu à balais.
- Plus petits et plus légers que les moteurs à courant continu à balais.
ADVANCED Les capacités de Motion Controls
- La majorité des servomoteurs disponibles sur le marché fonctionnent avec des moteurs sans balais et comprennent une grande variété d'options de rétroaction et de performance.
- Les moteurs sans balais peuvent être plus difficiles à configurer, mais les servomoteurs numériques simplifient grandement le processus grâce à des fonctions telles que l'AutoCommutation.
