Qu'est-ce qu'un moteur à courant continu sans balais

 

A Moteur CC sans balais (BLDC)est un produit mécatronique typique composé d'un corps moteur et d'un pilote. On l'appelle également « moteur sans collecteur » car il n'a ni balais ni collecteur (ou anneau collecteur).

 

L'histoire des moteurs brushless remonte au XIXe siècle. À cette époque, l'inventeur américain Nikola Tesla inventait le moteur asynchrone en 1887. Bien que certains considèrent le moteur asynchrone comme « l'un des prédécesseurs du moteur sans balais », les limites technologiques de l'époque ont rendu le développement du moteur un processus relativement lent. . Ce n'est qu'au milieu du XIXe siècle qu'une percée dans la technologie automobile s'est produite avec l'invention et l'application du transistor. Grâce à l'utilisation d'un circuit de commutation à transistor au lieu du balai et du collecteur traditionnels, les moteurs à courant continu à commutation électronique sont officiellement nés. Ce nouveau moteur sans balais surmonte non seulement les défauts techniques du moteur asynchrone, mais améliore également considérablement l'efficacité et la fiabilité.

 

De nos jours, le moteur à courant continu sans balais est largement utilisé dans les domaines des outils électriques, des appareils électroménagers et de l'automatisation industrielle en raison de ses avantages de rendement élevé, de faible maintenance et de longue durée de vie.

 

 

1. Modes de régulation de vitesse

Le moteur sans balais peut remplacer le traditionnelmoteur à courant continu brossépour la régulation de vitesse, et même remplacer le système de régulation de vitesse inverseur + moteur inverseur ou moteur asynchrone + réducteur. Il n'a pas besoin d'équipement de changement de vitesse supplémentaire et réalise directement une régulation efficace de la vitesse.

 

2. Construction de balais de charbon et de bague collectrice

Les moteurs à balais utilisent des balais de charbon et des bagues collectrices pour réaliser la transmission de l'énergie électrique, et ces pièces s'usent avec l'usage, augmentant les travaux de maintenance. Les moteurs sans balais, quant à eux, éliminent les balais de charbon et la structure des bagues collectrices, éliminant ainsi l'usure de ces composants et améliorant la durée de vie et la fiabilité du moteur.

 

3. Fonctionnement à basse vitesse et haute puissance

Les moteurs sans balais peuvent atteindre une puissance de sortie élevée à basse vitesse et peuvent entraîner directement de grosses charges sans réducteur de vitesse, réduisant ainsi la complexité et la taille des équipements mécaniques.

 

4. Volume et poids

Les moteurs sans balais sont petits et légers, mais ont une puissance de sortie très élevée, ce qui leur confère un avantage dans les appareils portables et compacts.

 

5. Caractéristiques du couple

Le moteur sans balais présente d'excellentes caractéristiques de couple, en particulier à basse et moyenne vitesse. Son couple de démarrage élevé et son faible courant de démarrage le rendent adapté aux scénarios d'application nécessitant des démarrages et des arrêts fréquents.

 

6. Régulation de vitesse et capacité de surcharge

Le moteur sans balais a une fonction de régulation de vitesse en continu, une large plage de régulation de vitesse et une forte capacité de surcharge, s'adaptant à une variété de conditions de travail complexes.

 

7. Caractéristiques de démarrage et de freinage

Les moteurs sans balais dotés de bonnes caractéristiques de démarrage et d'arrêt progressif peuvent éliminer le besoin de dispositifs de freinage mécaniques ou électromagnétiques traditionnels, simplifiant ainsi davantage la complexité du système.

 

8. Efficacité et conservation de l'énergie

Les moteurs sans balais sont très efficaces car ils n'ont pas de balais de charbon ni de pertes d'excitation. Dans le même temps, étant donné que les moteurs sans balais éliminent le besoin de réduction de vitesse à plusieurs étages, les économies d'énergie combinées peuvent atteindre 20 à 60 %, voire plus.

 

9. Fiabilité et stabilité

Les moteurs sans balais sont stables, faciles à réparer et à entretenir, adaptables et fonctionnent bien dans une variété d'environnements difficiles, tels que les occasions cahoteuses et vibrantes.

 

10. Bruit et durée de vie

Les moteurs sans balais fonctionnent plus silencieusement et plus doucement, avec moins de vibrations et de bruit, et ont une durée de vie plus longue que les moteurs à balais car il n'y a pas de balais de charbon susceptibles de s'user.

 

11. Étincelles et explosivité

Les moteurs à balais peuvent générer des étincelles en raison du contact des balais de charbon, alors que les moteurs sans balais n'ont pas ce problème et sont particulièrement adaptés aux endroits où une protection contre les explosions est requise. De plus, les moteurs sans balais peuvent être sélectionnés avec des champs magnétiques trapézoïdaux ou sinusoïdaux selon les besoins pour optimiser davantage les performances.

 

 

Après avoir compris les concepts de base et les avantages du moteur à courant continu sans balais, nous devons également comprendre son fonctionnement. Contrairement aux moteurs à balais traditionnels, il utilise un système de contrôle électronique pour réguler le courant et la commutation pour entraîner le rotor. Ce qui suit est une introduction au fonctionnement d'un moteur à courant continu sans balais et à ses principaux composants.

 

1. Systèmes de commutation électronique

La caractéristique centrale d'un moteur à courant continu sans balais est l'absence de balais et de collecteurs mécaniques que l'on trouve dans les moteurs conventionnels. Au lieu de cela, il existe un système de commutation électronique contrôlé par un assemblage PCB. Le système change le sens du courant en fonction de la position du rotor, permettant ainsi une rotation continue du rotor. La position du rotor est généralement surveillée au moyen de capteurs à effet Hall ou d'autres détecteurs de position, et le contrôleur électronique ajuste en permanence le courant d'enroulement en fonction des signaux des capteurs.

 

2. Interaction stator-rotor

Le stator d'un moteur à courant continu sans balais est fixe et se compose d'un noyau de stator et d'enroulements enroulés autour de lui. Lorsque le courant traverse les enroulements, un champ magnétique tournant est produit. Ce champ magnétique généré par le stator interagit avec les aimants (aimants permanents) du rotor pour entraîner le rotor.

 

Stator :Les enroulements du stator produisent un champ électromagnétique qui tourne avec le courant, piloté par un contrôleur de commutation électronique.

 

Rotor:Le rotor est constitué d'aimants et d'un noyau de rotor. Lorsque le champ électromagnétique du stator change, les aimants permanents du rotor sont soumis à des forces attractives et répulsives et commencent à tourner.

 

3. Étapes clés du fonctionnement

Départ:Lorsque le courant traverse les enroulements du stator, le champ magnétique généré par les enroulements du stator interagit avec les aimants permanents du rotor, générant un couple qui fait tourner le rotor. Les moteurs sans balais ont un couple de démarrage élevé et un courant de démarrage relativement faible.

 

Fonctionnement à vide :En l'absence de charge externe, le moteur fonctionne avec un rendement élevé et le contrôleur électronique ajuste le courant dans les enroulements en fonction du retour du capteur pour maintenir le rotor en rotation constante.

 

Fonctionnement sous charge :Lorsque le moteur est connecté à une charge, le rotor génère plus de couple pour vaincre la charge. Le commutateur électronique ajuste automatiquement le courant en fonction des changements de charge, garantissant ainsi que le moteur fonctionne sans problème sous différentes charges.

 

4. Caractéristiques de couple et régulation de vitesse

Les moteurs CC sans balais offrent d'excellentes caractéristiques de couple, en particulier à basse et moyenne vitesse. Grâce à la fonction de régulation de vitesse en continu et à la large plage de vitesse, le moteur est capable de maintenir un couple de sortie stable à différentes vitesses. Cette fonctionnalité rend les moteurs BLDC adaptés à une large gamme d'applications nécessitant un contrôle de haute précision, telles que l'automatisation industrielle et les outils électriques.

 

5. Avantages des commandes électroniques

La durée de vie et l'efficacité des moteurs BLDC sont grandement améliorées grâce au système de commutation électronique qui remplace les balais de charbon et le collecteur des moteurs conventionnels. Il n'y a pas de balais susceptibles de s'user dans le moteur, ce qui réduit les besoins d'entretien, ainsi que le bruit et les interférences électromagnétiques. De plus, le contrôleur électronique permet un démarrage et un arrêt en douceur, ce qui entraîne un fonctionnement plus fluide du moteur et moins d'impact sur la structure mécanique.

 

 

Dans le processus de fabrication d'un moteur à courant continu sans balais, l'assemblage des composants clés constitue la base pour garantir le fonctionnement efficace du moteur. Ce qui suit est une structure et un processus de fabrication typiques de l'un de nos moteurs à courant continu sans balais à rotor interne (VSD).

 

Introduction aux principaux composants

1. couvercle avant 2. boîtier 3. enroulements 4. noyau de stator

5. aimants permanents 6. noyau du rotor 7. bobines de bobinage arrière et bobines de bobinage avant 8. assemblages de circuits imprimés

9. roulements avant et roulements arrière 10. couvercle arrière 11. arbres 12. entretoises et bagues de retenue

 

processus de fabrication

Assemblage du stator

Tout d'abord, le noyau du stator est fixé dans le boîtier, puis les enroulements sont enroulés sur le noyau du stator et les bobines d'enroulement avant et arrière sont utilisées pour fixer les enroulements afin de garantir que les bobines sont parfaitement alignées et ne sont pas affectées par les vibrations ou les frottements externes. Une fois le bobinage terminé, l'ensemble PCB est connecté pour fournir un support à la régulation du courant et au contrôle du moteur.

 

Assemblage du rotor

Des aimants permanents sont installés sur le noyau du rotor pour assurer un ajustement serré. Le noyau du rotor est fixé à l'arbre pour assurer un écart précis entre les aimants permanents et les enroulements du stator afin d'assurer l'action efficace du champ magnétique.

 

Assemblage de roulements et autres supports

Installez les roulements avant et arrière sur le capuchon d'extrémité avant et le capuchon d'extrémité arrière pour favoriser la rotation en douceur de l'arbre du moteur. Installez également les entretoises et les anneaux d'arrêt en place pour vous assurer que les roulements et autres pièces sont sécurisés et non desserrés.

 

Assemblage complet de la machine

Assemblez le carter, le stator, le rotor, l'arbre et les capuchons avant et arrière ensemble dans l'ordre. Assurez-vous que chaque pièce est bien ajustée, en particulier l'écart entre le stator et le rotor doit être ajusté avec précision pour garantir un fonctionnement efficace du moteur.

 

Test et débogage

Une fois le moteur assemblé, son fonctionnement est testé, y compris un test à vide, un test de charge et un test de caractéristique de couple, pour garantir que le moteur répond aux exigences de conception et fonctionne correctement sans aucune anomalie.

 

 

Afin de garantir le bon fonctionnement et les performances stables d'un moteur à courant continu sans balais de bonne qualité, il est nécessaire de vérifier périodiquement l'état du moteur. Voici les méthodes courantes pour vérifier un moteur à courant continu sans balais :

 

1. Tests à vide

Le test à vide consiste à vérifier le fonctionnement d'un moteur à courant continu sans balais lorsqu'aucune charge externe n'est connectée pour garantir que le moteur démarrera et fonctionnera correctement. Les étapes sont les suivantes :

 

Étapes du test :

Connectez le moteur à l'alimentation du variateur, sans aucune charge externe.

 

Augmentez progressivement la tension d'entrée et observez si le moteur peut démarrer en douceur.

 

Surveille la vitesse du moteur et le courant de fonctionnement pour garantir que la vitesse et le courant du moteur se situent dans la plage normale pour la tension nominale.

 

Points de contrôle :

Le moteur fonctionne-t-il sans problème sur toute la plage de tension ?

 

Y a-t-il un bruit anormal ou une surchauffe lors du démarrage.

 

Si le courant à vide répond aux exigences techniques, si le courant à vide est trop important, cela peut indiquer qu'il y a un défaut dans l'enroulement ou le circuit.

 

2. Test de charge

Le test de charge consiste à vérifier les performances du moteur sous charge pour garantir qu'il peut répondre aux exigences de conception. Les opérations spécifiques sont les suivantes :

 

Étapes du test :

Connectez le moteur à des charges externes telles que des entraînements, des équipements ou des bancs d'essai.

 

Faites fonctionner le moteur dans différentes conditions de charge et enregistrez la vitesse, le couple et le courant du moteur.

 

Augmentez progressivement la charge et observez la réponse et la stabilité du moteur sous différentes charges.

 

Points de contrôle :

Si le moteur est capable de fonctionner en douceur et en continu à la charge nominale.

 

Le courant et le couple du moteur changent-ils comme prévu lorsque la charge augmente.

 

Vérifiez les vibrations anormales, la surchauffe ou le bruit et assurez-vous que le moteur ne se dégrade pas sous la charge.

 

3. Test caractéristique de couple

Le test de caractérisation du couple consiste à évaluer le couple de sortie d'un moteur à courant continu sans balais à différentes vitesses pour garantir que le moteur est capable de fournir une puissance suffisante pendant le démarrage et le fonctionnement.

 

Étapes du test :

Utilisez un équipement de mesure de couple pour surveiller le couple de sortie du moteur à différentes vitesses et charges.

 

Testez le couple de démarrage du moteur pour vous assurer qu'il y a un couple suffisant avec un faible courant de démarrage.

 

Testez les caractéristiques de couple du moteur à basse et moyenne vitesse pour vérifier si les exigences de conception sont respectées.

 

Points de contrôle :

S'il y a suffisamment de couple de démarrage pendant le démarrage pour garantir que l'équipement peut démarrer en douceur.

 

Si le couple reste stable à basse et moyenne vitesse et s'il est adapté aux conditions de fonctionnement du moteur pendant une longue période.

 

Le fait qu'une sortie de couple instable se produise ou non pendant le test peut être lié à une défaillance de l'enroulement ou du circuit de commande.

 

Grâce aux trois tests ci-dessus, vous pouvez obtenir une compréhension globale des performances du moteur à courant continu sans balais afin de garantir qu'il peut fonctionner de manière stable et fiable dans différentes conditions de fonctionnement. Des inspections régulières permettent de chronométrer la découverte de problèmes potentiels et de prolonger la durée de vie du moteur.