Qu'est-ce que le moteur BLDC et ses avantages

1.Concept de moteurs à courant continu sans balais

Un moteur à courant continu sans balais (BLDC), également appelé moteur sans balais ou moteur à courant continu synchrone, est un type de moteur qui ne nécessite ni balais ni collecteurs pour fonctionner. L'entrée d'un moteur BLDC est le courant continu (DC), mais il simule essentiellement le courant alternatif (AC) en commutant cycliquement les commutateurs principaux de l'onduleur. Cela crée un champ magnétique changeant dans les enroulements de la bobine, permettant au rotor du moteur de subir un couple continu et donc une rotation continue. Les moteurs BLDC peuvent être configurés en monophasé, biphasé ou triphasé en fonction du nombre d'enroulements du stator. Les moteurs BLDC les plus couramment rencontrés sont les moteurs triphasés. Le schéma ci-dessous illustre le démontage d'un moteur à courant continu triphasé sans balais.

2.Application des moteurs à courant continu sans balais

On estime que la taille du marché des moteurs BLDC atteindra environ 19,76 milliards de dollars d'ici 2022. La technologie des moteurs BLDC devenant de plus en plus mature, les moteurs BLDC ont trouvé de nombreuses applications dans divers domaines, notamment l'armée, l'aérospatiale, l'industrie, l'automobile, les systèmes de contrôle civils et les appareils électroménagers. Ils sont couramment utilisés dans les appareils basse tension et faible consommation tels que les petits robots, les drones, les vélos électriques, les aspirateurs et les outils électriques.

Vous trouverez ci-dessous quelques applications populaires :

Aspirateur/Sèche-cheveux : Lorsqu’il s’agit de sèche-cheveux ou d’aspirateurs, la marque la plus connue est Dyson. Le sèche-cheveux Dyson, présenté comme « technologie noire de nouvelle génération », est doté du moteur numérique intelligent V9, qui est plus petit, plus léger et plus rapide que les moteurs traditionnels. Sans l'utilisation de balais de charbon, le moteur peut atteindre une vitesse allant jusqu'à 110 000 tours par minute, et il est plus petit et plus léger que les autres moteurs. Le moteur utilisé dans le moteur numérique de Dyson est un « moteur à courant continu sans balais monophasé », essentiellement un type de moteur BLDC.

Drones/Cardans :

La clé du contrôle moteur des drones est le contrôle de la vitesse et de la direction. Les drones les plus populaires sont sans aucun doute ceux de DJI. Le schéma ci-dessous montre le démontage du drone Spark, avec quatre moteurs BLDC visibles à chaque coin.

Des applications similaires incluent les cardans.

Outils électriques : les outils électriques portatifs courants que l'on trouve dans la vie quotidienne comprennent les clés électriques, les perceuses et autres de Bosch. L'économie d'énergie et le rendement élevé des moteurs à courant continu sans balais, associés à la réduction continue du coût des outils électriques portatifs, ont conduit à un développement rapide de l'utilisation des moteurs BLDC dans les outils électriques. Les fabricants internationaux les plus connus, tels que Bosch, Dewalt, Milwaukee et d’autres, mènent cette tendance.

3. Construction de moteur à courant continu sans balais

Stator : Le stator d'un moteur BLDC est composé de tôles d'acier laminées, avec des enroulements placés dans des fentes creusées le long de l'axe circonférentiel interne. Le stator est similaire à celui d'un moteur à induction mais avec une répartition des enroulements différente. La plupart des moteurs BLDC ont trois enroulements de stator connectés en étoile, chacun étant constitué de plusieurs bobines interconnectées. Les bobines sont placées dans les fentes et interconnectées pour former des enroulements. Ces enroulements sont répartis le long de la circonférence du stator pour créer des pôles magnétiques uniformément espacés.

Rotor : les moteurs BLDC utilisent des aimants permanents comme rotor, sans bobines à l'intérieur. Les pôles magnétiques sud et nord du rotor sont disposés en alternance. De plus, avec les progrès de la technologie des matériaux magnétiques doux et la baisse des prix, les matériaux de terres rares néodyme fer bore haute performance sont de plus en plus utilisés pour fabriquer des rotors à aimants permanents. Leur produit à énergie magnétique élevée et leurs caractéristiques stables permettent aux moteurs BLDC d'avoir de meilleures propriétés mécaniques et une meilleure réponse dynamique, ainsi qu'un rendement et une plage de vitesse plus élevés. Voici un diagramme schématique de la section transversale de l'aimant du rotor à partir d'un document principal sur BLDC de Microchip :

Capteurs à effet Hall : L'aspect le plus crucial du contrôle du moteur BLDC est l'identification de la position du rotor. Il existe deux méthodes d'identification de position : l'une consiste à utiliser des capteurs de position pour identifier la position du rotor, appelés capteurs Hall ; l'autre méthode est sans capteur, qui consiste à identifier la position du rotor en détectant la force contre-électromotrice. Pour les moteurs BLDC avec capteurs, la plupart des moteurs BLDC intègrent trois capteurs Hall dans le stator. Lors de chaque commutation, un enroulement est connecté au pôle positif de l'alimentation de commande (le courant entre dans l'enroulement), le deuxième enroulement est connecté au pôle négatif (le courant en sort) et le troisième enroulement est dans un état déconnecté. Le couple est généré par l'interaction entre le champ magnétique produit par les bobines du stator et l'aimant permanent. Lorsque le pôle magnétique du rotor passe près du capteur Hall, le capteur émet un signal de niveau haut ou bas, indiquant que le pôle magnétique sud/nord traverse la région détectée par le capteur Hall. Le déphasage entre les signaux émis par les capteurs Hall peut être de 60° ou de 120°.