Un moteur BLDC (moteur à courant continu sans balais) est un moteur rotatif doté d’aimants permanents dans le rotor et de bobinages dans le stator. Le moteur BLDC remplace le collecteur mécanique d’un moteur à courant continu à balais par un collecteur électrique, alimenté en courant continu via un onduleur/alimentation à découpage intégré, qui génère un signal alternatif pour entraîner le moteur. Les moteurs BLDC offrent un rendement élevé et une bonne opérabilité. Ils sont largement utilisés dans diverses industries de transmission, notamment grâce à leur faible consommation d’énergie.
Moteur à courant continu (moteur à balais)
Une bobine est placée dans un champ magnétique. Sous l’effet du courant, elle est repoussée par le pôle magnétique d’un côté et attirée par le pôle magnétique de l’autre côté, et tourne en continu sous cette action. Le courant qui circule dans la bobine pendant la rotation la maintient en rotation. Le collecteur du moteur est alimenté par les balais, placés au-dessus du collecteur et se déplacent en continu avec la rotation. En changeant la position des balais, le sens du courant peut être modifié. Le collecteur et les balais sont des structures indispensables à la rotation des moteurs à courant continu.
Moteur BLDC
« Brushless » dans les moteurs BLDC signifie « sans balais », ce qui signifie que les balais des moteurs à courant continu (moteurs à balais) sont absents. Le rôle des balais dans les moteurs à courant continu est d’alimenter les bobines du rotor via le collecteur, tandis que les moteurs BLDC utilisent des aimants permanents pour le rotor, qui ne comporte pas de bobines.
Le moteur à courant continu (moteur à balais) possède un champ magnétique créé par un aimant permanent fixe. Il tourne en contrôlant le champ magnétique généré par la bobine (rotor) et modifie le nombre de rotations en modifiant la tension. Le rotor du moteur BLDC est un aimant permanent. Il tourne en modifiant le sens du champ magnétique généré par la bobine environnante et contrôle la rotation du rotor en contrôlant le sens et l’intensité du courant circulant dans la bobine.
Avantages des moteurs BLDC
Les moteurs BLDC possèdent plus de trois bobines sur le stator, avec deux fils par bobine, pour un total d’au moins six fils. En effet, grâce à leur câblage interne, seuls trois fils sont généralement nécessaires, soit un de plus que le moteur à courant continu (moteur à balais) décrit précédemment, dont le mouvement est assuré par la connexion des bornes positive et négative de la batterie. Grâce à leur rendement élevé, la force giratoire (couple) peut être contrôlée et maintenue à son maximum. La rotation d’un moteur à courant continu (moteur à balais) à couple maximal ne peut être maintenue que temporairement, voire pas toujours. Pour obtenir un couple aussi élevé qu’un moteur BLDC, un moteur à courant continu (moteur à balais) doit augmenter son aimant. C’est pourquoi même un petit moteur BLDC peut fournir une puissance importante. Grâce à un bon contrôle, le moteur BLDC peut atteindre le couple et le nombre de tours souhaités sans aucune différence. Il peut transmettre avec précision le nombre de tours et le couple cibles, et sa consommation de chaleur et d’énergie peut être réduite grâce à un contrôle précis. Un moteur alimenté par batterie peut prolonger l’autonomie grâce à un contrôle précis. Durable et à faible bruit électrique, il est également possible de réduire la consommation d’énergie. Un moteur à courant continu (moteur à balais) subit des pertes dues au contact prolongé entre les balais et le collecteur. La pièce en contact génère également des étincelles, notamment lorsque l’entrefer du collecteur touche les balais, ce qui produit d’importantes étincelles et un bruit important. Pour réduire le bruit pendant l’utilisation, un moteur BLDC est recommandé.
Utilisations des moteurs BLDC
À quoi servent généralement les moteurs BLDC à haut rendement, à commande variée et à longue durée de vie ? Ils sont souvent utilisés dans des produits qui bénéficient de leur rendement élevé et de leur longue durée de vie, et sont utilisés en continu. Par exemple, les moteurs BLDC ont récemment été utilisés dans les appareils électriques et les ventilateurs, et ont permis de réduire considérablement la consommation d’énergie grâce à leur rendement élevé. Un changement du système de commande a permis d’augmenter considérablement le nombre de rotations. L’aspirateur illustre le bon contrôle du moteur BLDC. Le disque dur, support de stockage important, utilise également un moteur BLDC pour sa partie rotative. Comme il s’agit d’un moteur conçu pour fonctionner longtemps, sa durabilité est primordiale. Il se caractérise également par une consommation d’énergie extrêmement réduite, et son rendement élevé est lié à une faible consommation d’énergie.
Conclusion
Le moteur sans balais présente de nombreux avantages par rapport au moteur à courant continu avec balais, notamment un rapport couple/poids élevé, un couple plus élevé (rendement supérieur), une fiabilité accrue, un bruit réduit, une durée de vie prolongée (corrosion du moteur et du collecteur), l’élimination des étincelles ionisantes générées par le collecteur et une réduction globale des interférences électromagnétiques. Les bobinages étant supportés par le carter, ils peuvent être refroidis par conduction, éliminant ainsi le besoin de circulation d’air à l’intérieur du moteur. L’intérieur du moteur peut ainsi être entièrement fermé pour empêcher la pénétration de poussière ou d’autres corps étrangers. Les moteurs BLDC sont plus adaptés aux petits robots, en termes de contrôle de la force. Si des moteurs pas à pas sont utilisés, une structure telle qu’un poignet de robot à fixer dans une certaine position nécessite que les moteurs BLDC conviennent également à une utilisation dans les drones, en particulier ceux dotés de racks multi-axes, car il est possible de contrôler l’attitude de vol en modifiant le nombre de rotations de l’hélice, les moteurs BLDC qui peuvent donc contrôler précisément la rotation sont avantageux.
