Un moteur électrique à courant continu à balais convertit l'énergie électrique en énergie mécanique en utilisant la loi de Lorentz, qui stipule qu'« un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique subira une force ». Cette force peut être utilisée de diverses manières, par exemple dans un actionneur linéaire pour convertir un mouvement de rotation en mouvement linéaire.
Progressive Automations propose une variété de actionneurs linéaires Vous avez un moteur à courant continu avec ou sans noyau ? Mais lequel choisir et pourquoi ? Nous étudions les différences entre un moteur à courant continu avec ou sans noyau en examinant leur construction, leurs avantages et leurs inconvénients. De plus, nous étudions le fonctionnement, les protocoles de communication et le retour d'information des différents moteurs pour vous permettre de prendre une décision éclairée.
Moteur à courant continu à noyau
Le moteur à courant continu à balais et noyau est le type de moteur le plus répandu en raison de sa rentabilité et de sa production en grandes quantités. Un moteur à balais et noyau est composé d'un rotor (rotatif), d'un stator (fixe), d'un collecteur (généralement à balais) et d'aimants inducteurs permanents. De plus, des enroulements d'induit sont enroulés autour du noyau de fer et reliés au collecteur.
Les balais en contact avec le collecteur sont en graphite/carbone, ce qui permet au courant de circuler dans les enroulements de l'induit. Le courant qui traverse les enroulements produit un champ magnétique qui interagit avec les aimants fixes et génère une force qui fait tourner le noyau de fer, entraînant ainsi l'arbre du moteur.
Ces moteurs sont idéaux pour les applications exigeantes grâce à leur couple de démarrage élevé et à leur noyau en fer rigide. Ils sont moins sujets à la surchauffe grâce au noyau en fer qui agit comme dissipateur thermique. Parmi les applications à grande échelle, on trouve les voitures électriques, les ascenseurs et les pompes. Parmi les applications à petite échelle, on trouve les locomotives, les brosses à dents électriques et autres jouets.
Avantages
- Plus rentable.
- Couple de démarrage élevé.
- Contrôle de vitesse sur une large plage de tensions.
- Démarrage, arrêt et marche arrière rapides.
- Sans harmoniques.
Inconvénients
- Rendement électrique inférieur (environ 50 %).
- Entretien important dû à l'usure des balais.
Moteur à courant continu sans noyau
Qu'est-ce qu'un moteur sans noyau ? Similaire à un moteur à courant continu avec noyau, il possède des balais et un commutateur. Il existe également des versions sans balais. Cependant, la différence réside dans le fait que les enroulements du rotor sont bobinés en biais (ou en nid d'abeille) pour former un cylindre creux autoporteur, généralement époxydé pour plus de stabilité.
Le stator, logé dans le cylindre creux, est constitué d'un aimant en 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 (argent, or ou platine, par exemple) ou en graphite. Le cylindre métallique répartit le champ magnétique dans toute la structure lorsqu'un courant électrique est appliqué aux fils reliés aux balais et au collecteur, qui interagit avec l'aimant en terres rares pour produire une force et faire tourner l'arbre.
Les moteurs sans noyau ouvrent de nombreuses possibilités d'utilisation en robotique. Parmi les applications possibles, on peut citer leur utilisation intensive dans les prothèses, les pompes à insuline, les équipements de laboratoire et les appareils de radiographie, qui nécessitent tous un positionnement de haute précision.
Avantages
- Conception petite, légère et compacte.
- Fonctionnement à faible bruit et vibrations.
- Très efficace (environ 90%).
- Durée de vie plus longue grâce à une électroérosion moindre.
- Taux d'accélération et de décélération élevés.
- Caractéristiques de vitesse/couple linéaires permettant un contrôle plus facile.
Inconvénients
- Significativement plus cher.
- Ne peut pas gérer les surcharges thermiques car il n'y a pas de noyau de fer pour servir de dissipateur thermique pour les enroulements du rotor.
- Nécessite des composants électroniques supplémentaires (par exemple des décodeurs).
Protocoles de communication
Que vous optiez pour un moteur CC avec ou sans noyau, vous devez tenir compte des protocoles de communication de chaque modèle. Les principaux protocoles de communication sont le RS-485 et la communication TTL/PWM. Le choix déterminera également le type de moteur que vous pourrez utiliser.
Communication RS-485
La communication RS-485 est un protocole de communication série populaire qui permet un transfert de données à haut débit entre appareils. Il s'agit d'une norme de communication robuste et fiable, capable de fournir des données fiables sur de longues distances.
Progressive Automations propose l'actionneur linéaire haute précision PA-12, pilotable par microcontrôleur Arduino. Deux versions sont disponibles : l'une avec moteur à courant continu avec noyau ( PA-12-T ) et l'autre avec moteur à courant continu sans noyau ( PA-12-R ).
Si vous optez pour la version sans noyau, il est nécessaire d'utiliser la communication RS-485. Ce protocole est facilement implémenté grâce à un module TTL vers RS-485 pour communiquer avec l'Arduino. Il est également possible d'utiliser un autre microcontrôleur, qui communique directement via RS-485.
Communication TTL/PWM
Le PA-12-T L'actionneur linéaire peut être contrôlé directement par un microcontrôleur Arduino via une communication TTL/PWM, réduisant ainsi le coût des modules de conversion de communication supplémentaires. L'actionneur linéaire offre un contrôle de position précis, avec une précision allant jusqu'à 100 µm.
Compte tenu des avantages et inconvénients des moteurs à courant continu avec et sans noyau évoqués précédemment, la meilleure solution dépendra de l'application. Les deux actionneurs linéaires PA-12 offrent un contrôle de position précis, mais leurs protocoles de communication sont différents.
Retour
Un facteur clé pour choisir un moteur à courant continu est de décider s'il faut y 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, dans le cas d'un moteur à courant continu, les potentiomètres, les capteurs à effet Hall et les codeurs sont des types de rétroaction courants.
Un potentiomètre convertit un moteur à courant continu en servomoteur, permettant un contrôle précis de la position et de la vitesse. Le type de rétroaction peut être appliqué à un moteur à courant continu avec ou sans noyau, mais il est essentiel de considérer les différentes options de rétroaction pour prendre la meilleure décision en fonction de l'application. Si vous recherchez un rendement élevé et une grande précision, optez pour un moteur à courant continu sans noyau avec codeur, une option de rétroaction fiable. Cependant, cette option est assez coûteuse et dépendra de vos contraintes budgétaires.
Conclusion
Nous avons mis en évidence les avantages et les inconvénients des moteurs CC avec et sans noyau, ainsi que les protocoles de communication et les options de rétroaction. Progressive Automations propose une variété d'actionneurs linéaires combinant ces actionneurs/dispositifs/capteurs.
Le choix dépend de nombreux facteurs, tels que les spécifications de l'actionneur linéaire auquel le moteur CC est associé, son prix et le niveau de précision requis. L'application déterminera le moteur nécessaire, et le moteur déterminera les spécifications de l'actionneur linéaire. Pour plus d'informations sur les produits Progressive Automations ou pour obtenir une assistance supplémentaire, Contactez-nous aujourd'hui.