Utilisation sans réluctance : les moteurs C.C. de FAULHABER

Contrairement aux moteurs C.C. conventionnels à armature en fer, les moteurs C.C. de FAULHABER sont dotés d'une bobine cuivre autoportante à bobinage oblique. Cette conception permet non seulement de minimiser le moment d'inertie du rotor, mais elle confère aussi aux entraînements une dynamique optimale et un fonctionnement précis, sans réluctance. Cette technologie a été développée par Dr. Fritz Faulhaber Senior. Avec des performances maximales et un encombrement minimal, elle a permis de créer de nouvelles options d'entraînement pour de nombreux domaines d'application.

« C.C. » est l'acronyme de « courant continu ». Un moteur C.C. convertit le courant continu en énergie mécanique. Ses principaux composants sont un rotor mobile, un stator fixe et un collecteur, c'est-à-dire un inverseur de courant ou de polarité qui dirige le courant dans le rotor avec un sens de circulation constamment changeant. Dans les moteurs C.C. conventionnels, le rotor est constitué d'une bobine enroulée autour d'un noyau en fer (armature), entouré à l'extérieur par des aimants en U du stator. Dans les moteurs C.C. de FAULHABER, c'est l'inverse.

Dans les moteurs C.C. de FAULHABER, le stator à aimant permanent est cylindrique et situé à l'intérieur, tandis que le rotor tourne autour de lui à l'extérieur.

Le rotor est constitué d'une bobine de cuivre sans fer, autoportante et à enroulement oblique. Cette technologie a été développée par Dr. Fritz Faulhaber Senior et brevetée en 1958. Elle est au cœur des moteurs C.C. de FAULHABER. Les micromoteurs C.C. plats de la série SR-Flat constituent la seule exception à cette disposition : leur rotor et leur stator sont agencés en disque pour économiser de la longueur.

Le poids total du moteur est très faible grâce à la bobine cuivre autoportante sans fer. De plus, cette structure garantit un moment d'inertie minimal, ainsi qu'un fonctionnement très précis et sans réluctance. Grâce à ces caractéristiques, les moteurs C.C. de FAULHABER ont une dynamique et une densité de puissance particulièrement élevées.

Le stator d'un moteur C.C. est un aimant permanent. Le courant continu est conduit dans le rotor. Les champs magnétiques ainsi générés sont repoussés ou attirés par les pôles magnétiques du stator. Cette force crée le mouvement du moteur C.C.. Le collecteur inverse constamment le sens du courant et ainsi la polarité des champs magnétiques. De cette manière, une rotation continue peut résulter de la seule attraction et répulsion des pôles. Le courant est transmis au rotor par un contact glissant, appelé balais.

Ce transfert de courant est appelé la commutation. FAULHABER propose deux versions :

• La commutation métaux précieux présente une faible densité de courant et une faible résistance de contact. Cette version est particulièrement bien adaptée aux applications à faible puissance, alimentées par batterie et à faible tension de démarrage.
• Dans le cas de la commutation graphite, les balais à ressort sont composés d'une combinaison de graphite et de cuivre ou d'argent. Ils disposent d'une grande surface de contact et produisent une force de contact élevée pour une transmission optimale de la puissance à l'enroulement, même en cas de chocs ou de vibrations.

Les paramètres de base sont les suivants :

• Courant nominal et tension nominale
• Vitesse et couple
• Taille (longueur et diamètre max.)

Parmi les nombreuses versions de produits de FAULHABER, il existe presque toujours un entraînement offrant la solution idéale pour vos besoins. Avec un réducteur supplémentaire, par exemple, la plage de vitesse peut être considérablement étendue ou le couple ajusté. FAULHABER propose une large gamme de réducteurs parfaitement adaptés aux moteurs C.C..

L'emplacement et le type des points de montage ainsi que le diamètre de l'arbre peuvent également jouer un rôle important lors de la sélection. Les conditions externes d'utilisation doivent aussi être prises en compte. En cas d'influences environnementales défavorables, telles que l'humidité, la poussière, une pression négative ou des températures extrêmes, un certain degré de protection, l'aptitude au vide ou une plage de température particulièrement étendue peut s'avérer nécessaire.

Un autre critère déterminant est celui des accessoires disponibles. FAULHABER offre le plus grand choix de combinaisons personnalisées du secteur pour ses moteurs C.C. : Outre nos réducteurs de précision (réducteurs planétaires, réducteurs à étages et réducteurs à étages sans jeu), notre gamme comprend également des codeurs haute résolution (codeurs incrémentaux et codeurs absolus), ainsi que des commandes puissantes (contrôleur de vitesse, contrôleur de mouvement). Notre outil Drive Calculator vous permet de trouver rapidement le moteur C.C. qui répond le mieux à vos besoins. Nous proposons également à nos clients la fabrication sur mesure d'entraînements configurés pour une application spécifique.

Notre tutoriel Motor Calculations for Coreless Brush DC Motors (Calculs relatifs aux moteurs C.C. brush sans fer) explique comment calculer les paramètres essentiels de l'entraînement pour une application. Il vous aide à sélectionner le bon moteur C.C. pour l'application ou un prototype. Ce tutoriel résume les méthodes, formules et détails de calcul les plus importants pour déterminer la puissance de sortie, la courbe caractéristique vitesse-couple ainsi que les courbes caractéristiques de courant et de rendement.

Les moteurs C.C. brushed (avec balais) présentent des avantages liés à la conception qui peuvent jouer un rôle important lors de la sélection d'un moteur.

• Commande simple, intégration facile
  Avec les moteurs brushless, le champ tournant doit changer en permanence, ce qui nécessite une boucle de rétroaction et un certain effort de commande. Un moteur C.C. brushed, quant à lui, ne nécessite qu'une connexion de tension continue. Par conséquent, il peut facilement être intégré dans n'importe quelle commande.
   
• Faible moment d'inertie, dynamique élevée
  Dans les moteurs C.C. de FAULHABER, un enroulement en cuivre autoportant et sans fer tourne avec une masse très faible et un moment d'inertie minimal. Le moteur bénéficie ainsi d'un haut niveau de dynamique : il offre des performances élevées même avec une tension de démarrage très basse et peut également fonctionner à faible vitesse. Il s'agit là d'un aspect important, surtout en cas d'alimentation par batterie. Dans le même temps, il peut effectuer des changements de vitesse très rapides. En raison du faible moment d'inertie, sa capacité de surcharge est toutefois limitée.
   
• Structure simple, solutions rentables
  Grâce à leur conception simple, les moteurs C.C. brushed nécessitent peu d'électronique et, selon la version, fonctionnent aussi avec des composants simples. Ils permettent donc de réaliser des solutions très rentables.

En comparaison, les moteurs C.C. brushless (sans balais) nécessitent une électronique beaucoup plus complexe. Cela signifie également qu'ils sont plus chers et demandent plus d'efforts d'intégration. Comme la bobine est fixe et que les aimants bougent, le moment d'inertie est plus important pour ce type de moteur. Il nécessite une tension de démarrage supérieure, mais peut aussi supporter une surcharge plus importante. Les moteurs C.C. brushless sont particulièrement performants dans les conditions de surcharge fréquentes et dans les applications à régime continu nécessitant une durée de vie maximale : ils n'ont pas besoin de balais sujets à l'usure. Ils sont également disponibles sous forme de moteurs plats avec une longueur totale très courte.