Comprendre les moteurs CC à balais et sans balais : fondamentaux et applications

Vous êtes-vous déjà demandé comment votre voiture avance ? Quelle est la magie derrière ? Entre nous, la magie vient du moteur. Qu'est-ce qu'un moteur ? Quelle puissance lui permet de déplacer votre voiture ? Vous trouverez les réponses ici.

Le moteur est un dispositif électromagnétique qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Il est indiqué par la lettre M (ancienne norme D) dans les circuits. Sa fonction principale : générer un couple de rotation, servant de source d'énergie pour divers appareils ou machines (locomotives électriques, tramways, magnétoscopes, rasoirs, jouets électriques, etc.).

Moteurs classés par type d'alimentation : CC et CA

Le moteur CC convertit l'énergie électrique continue en énergie mécanique. La voiture citée utilise un moteur CC.

Le moteur CA convertit l'énergie électrique alternative en énergie mécanique. Ils sont largement utilisés dans lave-linge, réfrigérateurs, climatiseurs, pompes, ventilateurs, etc.

Les moteurs CC se divisent en sans balais et à balais selon structure et principe. Les moteurs à balais ont des sous-catégories, comme le montre « l'arbre généalogique des moteurs CC » ci-dessous :

Moteur CC sans balais

Le moteur CC sans balais inverse stator et rotor d'un moteur CC conventionnel. Le rotor est un aimant permanent créant le flux d'entrefer. Le stator est l'induit avec enroulement multiphase. Structurellement, il ressemble au moteur synchrone à aimant permanent.

Les moteurs CC sans balais sont principalement utilisés dans les périphériques informatiques et produits électroniques : imprimantes, fax, copieurs, disques durs, lecteurs de disquettes, caméras, magnétoscopes, etc.

Moteur CC à balais

Deux balais (cuivre ou carbone) connectent directement les bornes + et - au collecteur du rotor, fixés sur le couvercle arrière via un siège isolant. Le collecteur relie les bobines du rotor. La polarité des trois bobines alterne constamment, créant une force avec les deux aimants fixes, faisant tourner le dispositif.

Les moteurs CC à balais se divisent en moteurs CC électromagnétiques et moteurs CC à aimant permanent.

Moteur CC électromagnétique

Inclut les types série, dérivation, séparé et composé.

• Moteur série : enroulement d'excitation en série avec enroulement d'induit, alimenté en CC. Applications : outillage électrique, ustensiles de cuisine.
• Moteur dérivation : enroulement d'excitation en parallèle avec enroulement d'induit, même alimentation. Performances identiques au moteur séparé. Utilisé dans grands tours, raboteuses.
• Moteur séparé : enroulement d'excitation non connecté à l'induit, alimenté par une autre source CC. Les moteurs à aimant permanent peuvent être vus comme moteurs séparés. Comme le dérivation, utilisé dans grands tours et raboteuses.
• Moteur composé : deux enroulements d'excitation, dérivation et série. Si les flux sont dans le même sens : excitation composée cumulative ; sens opposés : différentielle. Applications : navires, trolleybus, équipements de levage et miniers.

Moteur CC à aimant permanent

Inclut terres rares, ferrite et Al-Ni-Co. Applications extrêmement vastes : aérospatiale, défense, industrie, agriculture, vie quotidienne.

Dans la climatisation, les moteurs CC sans balais à aimant permanent sont devenus un indicateur clé de la technologie.

• Le premier prototype de moteur était à aimant permanent. Mais la faible performance du matériau limitait son application.
• L'Al-Ni-Co a fait progresser le moteur à aimant permanent. Mais son prix élevé limitait son usage.
• L'apparition de la ferrite bon marché a grandement étendu les applications : moteurs de jouets, audio-vidéo, micro-moteurs automobiles, entraînements industriels basse puissance et servomoteurs. Statistiques : les moteurs à aimant permanent représentent > 92 % des moteurs CC < 500 W, majoritairement ferrite.
• Cependant, la ferrite a un magnétisme faible, inadapté aux moteurs haute performance. Dans les années 1960, les aimants permanents terres rares samarium-cobalt sont apparus, rendant possibles les servomoteurs haute performance. Mais leur prix élevé a conduit à leur remplacement par les aimants NdFeB découverts dans les années 1980.
• L'aimant NdFeB surpasse presque tous les aspects sauf température de travail et coefficient de température magnétique. De plus, il est bien moins cher. On s'attend à ce que tous types de servomoteurs (CC, CA, pas à pas) soient éventuellement remplacés par des moteurs à aimant permanent.

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