Moteurs spécialisés : pôles ombragés, servomoteurs, hystérésis et applications d'embrayage à courants de Foucault

Moteur à induction à pôles ombragés

Les moteurs à induction à pôles ombragés génèrent un couple de démarrage en incorporant une boucle de cuivre court-circuitée dans chaque pôle du stator, positionnée à 30° à 60° de l'enroulement principal. Typiquement, un tiers d'un pôle est enveloppé d'une bande de cuivre nue.

Les bobines d'ombrage créent un flux magnétique retardé et amorti qui est en retard de 30° à 60° par rapport au champ principal. Combiné avec la composante principale non amortie, le résultat est un champ tournant qui confère un couple de démarrage modeste.

Moteur à induction à pôles ombragés, (a) conception à double bobine, (b) version mono-bobine plus petite

Puisque le couple de démarrage est intrinsèquement faible, les moteurs à pôles ombragés ne sont produits que dans des tailles inférieures à 50 W. Leur simplicité et leur faible coût les rendent idéaux pour les petits ventilateurs, circulateurs d'air et autres applications à faible couple. La vitesse peut être réduite en insérant une réactance en série pour limiter le courant et le couple, ou en commutant entre les prises de la bobine du moteur.

Contrôle de vitesse du moteur à pôles ombragés

Servomoteur biphasé

Un servomoteur biphasé est un composant clé d'un système en boucle fermée qui mélange des éléments électroniques, mécaniques et électriques. En retirant le noyau en fer du rotor, ne laissant qu'une coupelle en aluminium pour tourner, la masse d'inertie est dramatiquement réduite. Le noyau en fer est réinséré dans la coupelle comme une partie stationnaire qui complète le circuit magnétique. Cette construction légère permet au rotor d'accélérer rapidement comparé à une conception à cage d'écureuil.

Servomoteur biphasé AC à haute accélération

En fonctionnement, un enroulement est alimenté directement par l'alimentation monophasée, tandis que l'autre est piloté par un amplificateur. Le premier enroulement reçoit une tension décalée de 90° fournie par un condensateur en série. Le second enroulement reçoit une onde sinusoïdale à amplitude variable qui gouverne la vitesse du moteur ; une inversion de phase de 180° inverse le sens. L'onde sinusoïdale variable est générée par un amplificateur d'erreur. Par exemple, les surfaces de commande d'avion sont positionnées à l'aide de servomoteurs biphasés à 400 Hz.

Moteur à hystérésis

Un moteur à hystérésis remplace le rotor laminé en acier au silicium à faible hystérésis d'un moteur à induction conventionnel par un cylindre sans créneaux, sans enroulements, en acier aimanté durci. Cette conception amplifie le retard magnétique du rotor. Le moteur synchrone à faible couple résultant délivre un couple constant de l'arrêt jusqu'à la vitesse synchrone. En raison de son faible couple, les moteurs à hystérésis sont limités à de très petites tailles et sont généralement utilisés pour des tâches à vitesse constante telles que les entraînements d'horloge et, historiquement, les platines de phonographe.

Embrayage à courants de Foucault

Lorsque le stator d'un moteur à induction ou synchrone est monté pour tourner indépendamment du rotor, l'ensemble fonctionne comme un embrayage à courants de Foucault. Les bobines du stator sont alimentées en courant continu et mécaniquement liées à la charge. Le rotor à cage d'écureuil reste connecté au moteur d'entraînement. Le moteur est initialement démarré sans excitation en courant continu ; à mesure que l'embrayage est engagé, la tension continue est augmentée de zéro au niveau requis, produisant un couple continuellement variable. Ce fonctionnement est analogue au mécanisme à courants de Foucault utilisé dans les vitesse-mètres analogiques automobiles.

Résumé : Autres moteurs spécialisés

• Le moteur à induction à pôles ombragés, utilisé dans les applications à faible couple sous 50 watts, développe une seconde phase à partir de spires court-circuitées dans le stator.
• Le moteur à hystérésis est un petit moteur synchrone à faible couple autrefois utilisé dans les horloges et phonographes.
• L'embrayage à courants de Foucault fournit un couple ajustable.