Qu’est-ce qu’un moteur sans noyau ?
Un moteur sans noyau est un petit moteur sans noyau de fer.
L’avantage des moteurs sans noyau est qu’il n’y a pas de perte de fer en raison de l’absence d’un noyau de fer. Il n’y a pas de vibration due à l’engrenage et le moteur fonctionne silencieusement.
Cependant, le couple est plus faible car la force magnétique générée est plus faible que celle d’un moteur normal.
Utilisations des moteurs sans noyau
Les moteurs sans noyau sont utilisés dans les moteurs vibrants pour téléphones portables et les servomoteurs pour véhicules et robots radiocommandés, en tirant parti de leur petite taille et de leur faible niveau de vibration, de bruit et d’interférence électromagnétique.
En raison de leur excellente réactivité et contrôlabilité, ils sont également utilisés dans les instruments d’arpentage, les moteurs d’objectifs d’appareils photo, les endoscopes à ultrasons, les foreuses chirurgicales, etc. Les fabricants développent leurs propres méthodes d’enroulement, matériaux, etc.
Principe des moteurs sans noyau
Un moteur ordinaire se compose d’une bobine enroulée autour d’un noyau de fer, avec un aimant placé à l’extérieur de la bobine. Un courant électrique traverse la bobine et le champ magnétique généré par induction électromagnétique est utilisé pour faire tourner l’aimant.
Dans les moteurs sans noyau, le noyau de fer est éliminé en plaçant des aimants permanents à l’intérieur et en enroulant la bobine en forme de coupe en utilisant de la résine ou un autre matériau à l’extérieur des aimants, dans le sens inverse. Lorsqu’un courant électrique est appliqué à la bobine, celle-ci tourne selon la règle de Fleming. Lorsque la bobine tourne, elle est appelée “rotor”.
1. Réponse au courant
Les moteurs sans noyau ont une faible inductance de bobinage et sont très efficaces. La constante de temps électrique du moteur est un paramètre qui décrit les caractéristiques de l’augmentation du courant par rapport à la tension d’entrée.
Elle indique le temps nécessaire pour que le courant atteigne 63,2 % de sa valeur de crête. En raison de la constante de temps électrique relativement faible des moteurs sans noyau, le courant réagit très rapidement.
2. Réponse à l’accélération/décélération
Les moteurs sans noyau sont des moteurs à faible inertie en raison de leur poids réduit. L’inertie fait référence au moment d’inertie, qui augmente proportionnellement à la masse.
L’inertie est proportionnelle au couple d’accélération/décélération, qui est le couple nécessaire pour accélérer ou décélérer à une vitesse de rotation donnée. Cela signifie que le couple d’accélération/décélération est également plus faible dans les moteurs sans noyau, ce qui les rend adaptés à l’accélération et à la décélération rapides.
L’utilisation d’aimants puissants à base de terres rares, tels que les aimants au néodyme pour les aimants internes, a permis de poursuivre la miniaturisation et d’augmenter le couple. Ils permettent de réduire la taille, l’épaisseur et le poids.
Autres informations sur les moteurs sans noyau
1. Efficacité
Les moteurs sans noyau ne souffrent pas de pertes en fer. Les pertes de fer se composent principalement de pertes par hystérésis et de pertes par courants de Foucault. La perte d’énergie causée par un changement dans le rapport du champ magnétique du noyau de fer est appelée “perte par hystérésis”.
Le changement de direction du champ magnétique génère également un courant électrique à l’intérieur du noyau de fer. L’énergie électrique générée se transforme en chaleur et s’échappe vers l’extérieur ; cette perte est appelée perte par courant de Foucault.
Dans le cas des Moteurs Sans Noyau, la perte de fer susmentionnée ne se produit pas, de sorte que le moteur peut fonctionner avec un rendement élevé, même à des vitesses élevées. La méthode d’enroulement des bobines reflète la technologie de chaque entreprise et est conçue pour réduire les déchets et augmenter l’efficacité.
2. Différence entre les moteurs sans noyau et les moteurs sans balais
Un moteur sans noyau est un moteur qui n’utilise pas de noyau de fer mais qui est constitué de bobines et d’aimants. Un moteur dont les bobines sont enroulées autour d’un noyau de fer commun est appelé moteur à noyau.
Les moteurs sans balais sont des moteurs qui n’utilisent pas de balais et qui tournent grâce à un circuit électronique qui contrôle la direction du courant. Les moteurs à courant continu (CC ou DC) sont classés selon qu’ils sont contrôlés par un circuit électronique ou par un collecteur et des balais, car le sens du courant doit être inversé périodiquement pour que le moteur continue à tourner.
Les moteurs sans noyau sont de deux types : à balais et sans balais. Un moteur sans noyau et sans balais est simplement appelé “moteur sans noyau et sans balais”. Pour les moteurs à balais, le rotor est la bobine et le stator est l’aimant permanent. Pour les moteurs sans balais, le rotor est un aimant permanent et le stator est une bobine.
3. Avantages et inconvénients des moteurs Sans Noyau
Avantages
- Compacts et légers
- Possibilité de rotation à grande vitesse
- Rendement élevé et faible consommation de courant
- Absence de “cogging”
Le noyau de fer représente la majeure partie du poids du moteur. L’absence de noyau de fer dans les moteurs sans noyau leur permet d’être compacts et légers. Ils présentent également un faible moment d’inertie, ce qui se traduit par une réactivité et une contrôlabilité excellentes, ainsi que par un rendement élevé du moteur et une rotation à grande vitesse.
Dans les moteurs à noyau, le noyau de fer et l’aimant se rapprochent et s’éloignent constamment l’un de l’autre, ce qui provoque à chaque fois un effet de cogging, ou piégeage de la force magnétique. Toutefois, l’avantage des moteurs sans noyau est qu’il n’y a justement pas de cogging, ce qui se traduit par une rotation douce et silencieuse.
Inconvénients
- Couple faible
- Insensible à la chaleur
- Prix élevé
L’un des inconvénients des moteurs sans noyau est qu’ils ont généralement un faible couple. Le couple est proportionnel à la valeur du courant. Pour obtenir un couple élevé, il faut appliquer un courant important, mais comme le fil de cuivre est fin et qu’il n’y a pas de noyau de fer, la bobine est mécaniquement faible et il n’est pas possible d’appliquer un courant important.
Si un courant important est appliqué à un moteur sans noyau avec une faible valeur de courant admissible, la chaleur peut déformer la bobine et entraîner une défaillance du moteur.