Moteur sans balais

Un moteur sans balais, ou «moteur brushless», est une machine électrique de la catégorie des machines synchrones, dont le rotor est constitué d'un ou de plusieurs aimants permanents et pourvu d'origine d'un capteur de position rotorique.



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Machine électrique - Production de l'énergie électrique - Électrotechnique - Modélisme

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Un moteur sans balais, ou «moteur brushless», est une machine électrique de la catégorie des machines synchrones[1], dont le rotor est constitué d'un ou de plusieurs aimants permanents et pourvu d'origine d'un capteur de position rotorique (capteur à effet Hall, synchro-résolver, codeur incrémental par exemple).

Fonctionnement

Vu de l'extérieur, il fonctionne en courant continu. Son appellation (de l'anglais Brushless) vient du fait que ce type de moteur ne contient aucun collecteur tournant et par conséquent pas de balais. Par contre un système électronique de commande doit assurer la commutation du courant dans les enroulements statoriques[2]. Ce système peut être, soit intégré au moteur pour les petites puissances, soit extérieur sous la forme d'un convertisseur de puissance (onduleur). Le rôle de la totalité capteur plus électronique de commande est d'assurer l'auto-pilotage[3] du moteur c'est-à-dire l'orthogonalité[3] du flux magnétique rotorique comparé au flux statorique[3], rôle jadis dévolu à la totalité balais-collecteur sur une machine à courant continu[3].

Évolutions comparé à la machine à courant continu

Moteur de ventilateur sans le rotor ; on y voit les bobines (moteur diphasé)
Ventilateur d'ordinateur démonté
Schéma en coupe d'un moteur sans balais de faible puissance à rotor externe.

Ce type de moteur électrique élimine l'ensemble des inconvénients du moteur à courant continu classique : problèmes de commutation au niveau du collecteur, défrettage, inertie, refroidissement (les pertes joules étant localisées au stator elles sont plus faciles à évacuer), puissance massique nettement plus grande, géométrie, durée de vie ; surtout l'indice de protection IP peut être augmentée comparé aux machines à courant continu du fait de l'absence de balais.

À performances identiques, son rendement est toujours meilleur, ceci étant dû en partie à l'absence de pertes mécaniques et électriques liées aux balais (en particulier lors de faibles charges). Mais également la majorité du temps à son inertie notablement réduite comparé à une machine équivalente à courant continu, ce paramètre étant prépondérant dans de nombreuses applications, surtout dans les phases d'accélération.

Toujours à performances identiques, le moteur sans balais est d'un prix de revient inférieur à celui de la machine à courant continu du fait du remplacement du collecteur et des balais par un capteur électronique d'un coût particulièrement réduit. Pour les petites puissances, ce capteur assure les deux fonctions de détection de la position rotorique et de commutation du courant. Dans ce cas, le fonctionnement est semblable, vu de l'extérieur, à une machine à courant continu : il suffit de faire fluctuer la tension d'alimentation pour faire fluctuer la vitesse de rotation et dans de nombreuses utilisations ceci ne nécessite pas le recours à un variateur électronique de vitesse (petits ventilateurs par exemple, les capteurs à effet Hall incorporés au stator assurant aussi la commutation des phases).

Pour la grande majorité des applications nécessitant une commande et une régulation électronique du couple, de la vitesse et/ou de la position, les avantages du moteur sans balais sont tels qu'il a totalement remplacé la machine à courant continu et , en liaison avec les progrès de l'électronique de puissance (par exemple les IGBT), le prix de revient de ces solutions s'en est trouvé réduit dans le même temps que leurs performances ont été notablement perfectionnées.

Utilisations

Moteur de lecteur de disquette d'ordinateur

Les moteurs brushless sont beaucoup utilisés dans l'industrie, surtout dans les servo-mécanismes des machines-outils et en robotique[4], où ils ont fait disparaître les machines à courant continu. On trouve de tels moteurs pour des couples de quelques newton-mètres jusqu'à plusieurs centaines de Nm et des puissances de quelques centaines de watts jusqu'à des centaines de kilowatts.

Ils équipent surtout les disques durs et les graveurs de DVD.

Une forme simplifiée et populaire de ces technologies est utilisée dans les ventilateurs assurant le refroidissement des micro-ordinateurs. Dans ce cas, le stator (bobiné) est à l'intérieur et le rotor (comportant les aimants) à l'extérieur.

Dans le domaine des transports, les moteurs électriques qui équipent les véhicules hybrides comme la Toyota Prius et la Honda Civic IMA pour assurer, entre autres, le fonctionnement à faible vitesse sont aussi des moteurs sans balais. Des moteurs de type brushless sont aussi utilisés pour les dispositifs de ventilation/ climatisation d'automobiles depuis les années 1990 ; un des principaux avantages dans ce cas est leur silence.

Ils équipent aussi les vélos à assistance électrique, vélos qu'on entraîne en pédalant comme sur un vélo classique mais où un moteur vient aider à l'effort. Certains scooters présents sur le marché utilisent aussi ce moteur pour les faibles vitesses ou en remplacement total du moteur thermique.

Ils sont aussi particulièrement utilisés en modélisme pour faire se mouvoir des modèles réduits d'avions, d'hélicoptères (aéromodélisme). Ils sont moins bruyants que les moteurs avec balais. Cependant les moteurs sans balais de modèles réduits radiocommandés sont fréquemment assemblés à la main, contrairement aux moteurs classiques à balais et leur coût est toujours supérieur (2009).

Notes et références

  1. P. Zimmermann, «Electronically Commutated D. C. Feed Drives for Machines Tools», Robert Bosch GmbH – Geschäftsbereich Industrieaurüstung, Erbach, Germany, p.  69-86 in Prœeding of PCI Motorcon, september 1982, p.  72
  2. P. Zimmermann, op.  cit. , p.  81
  3. P. Zimmermann, op.  cit. , p.  78-81
  4. P. Zimmermann, op.  cit. , p.  69

Bibliographie

Annexes

Liens externes


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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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