Depuis plusieurs années, les moteurs sans balais dominent l'entraînement des outils sans fil dans le secteur de l'outillage professionnel. C'est formidable, mais quel est le problème ? Est-ce vraiment important tant que je peux visser cette vis à bois ? Euh, oui. Il existe des différences et des effets significatifs entre les moteurs sans balais et les moteurs à balais.
Avant d'aborder les moteurs à balais et sans balais de deux pieds, commençons par comprendre les bases du fonctionnement des moteurs à courant continu. Leur entraînement repose sur les aimants. Les aimants de charges opposées s'attirent. Le principe de base d'un moteur à courant continu est de maintenir la charge électrique opposée de la partie rotative (rotor) attirée par l'aimant fixe (stator) situé devant elle, la tirant ainsi continuellement vers l'avant. C'est un peu comme si je posais un beignet au beurre de Boston sur un bâton devant moi en courant : je n'arrête pas d'essayer de l'attraper !
La question est de savoir comment maintenir les donuts en mouvement. Il n'existe pas de solution simple. Il faut d'abord un ensemble d'aimants permanents. Un ensemble d'électroaimants change de charge (inversion de polarité) en tournant, de sorte qu'il y a toujours un aimant permanent de charge opposée qui peut se déplacer. De plus, la charge similaire subie par la bobine électromagnétique lors de son changement la repousse. Lorsqu'on examine les moteurs à balais et les moteurs sans balais, la façon dont l'électroaimant change de polarité est essentielle.
Un moteur à balais est composé de quatre composants principaux : des aimants permanents, des induits, des bagues de commutation et des balais. L'aimant permanent constitue l'extérieur du mécanisme et est fixe (stator). L'un est chargé positivement et l'autre négativement, créant un champ magnétique permanent.
L'armature est une bobine ou une série de bobines qui, lorsqu'elles sont alimentées, deviennent un électroaimant. C'est également la partie rotative (rotor), généralement en cuivre, mais l'aluminium peut également être utilisé.
La bague de commutation est fixée à la bobine d'induit par deux (configuration bipolaire), quatre (configuration quadripolaire) ou plus. Ces éléments tournent avec l'induit. Enfin, les balais de charbon restent en place et transfèrent la charge à chaque commutateur.
Une fois l'induit alimenté, la bobine chargée est attirée vers l'aimant permanent de charge opposée. Lorsque la bague du collecteur située au-dessus tourne également, elle passe d'un balai de charbon à l'autre. Lorsqu'elle atteint le balai suivant, sa polarité s'inverse et elle est attirée par un autre aimant permanent tout en étant repoussée par la même charge électrique. Concrètement, lorsque le collecteur atteint le balai négatif, il est attiré par l'aimant permanent positif. Le collecteur arrive à temps pour établir une connexion avec le balai de l'électrode positive et suivre jusqu'à l'aimant permanent négatif. Les balais étant par paires, la bobine positive est attirée vers l'aimant négatif, et la bobine négative vers l'aimant positif simultanément.
C'est comme si j'étais une bobine d'armature courant après un beignet au beurre de Boston. J'en étais proche, mais j'ai changé d'avis et opté pour un smoothie plus sain (mon désir a changé). Après tout, les beignets sont riches en calories et en matières grasses. Maintenant, je cours après les smoothies, tandis qu'on m'éloigne de la crème Boston. Une fois arrivé là, j'ai réalisé que les beignets sont bien meilleurs que les smoothies. Tant que j'appuie sur la gâchette, à chaque fois que j'arrive à la brosse suivante, je change d'avis et, en même temps, je cours après les objets que j'aime dans un cercle vicieux. C'est l'application ultime pour le TDAH. De plus, nous sommes deux, donc les beignets au beurre de Boston et les smoothies sont toujours recherchés avec enthousiasme par l'un de nous, mais indécis.
Dans un moteur sans balais, le collecteur et les balais sont remplacés par un contrôleur électronique. L'aimant permanent fait alors office de rotor et tourne à l'intérieur, tandis que le stator est constitué d'une bobine électromagnétique externe fixe. Le contrôleur alimente chaque bobine en fonction de la charge nécessaire pour attirer l'aimant permanent.
Outre le déplacement électronique des charges, le contrôleur peut également fournir des charges similaires pour contrer les aimants permanents. Comme les charges de même nature sont opposées, cela pousse l'aimant permanent. Le rotor se déplace alors sous l'effet des forces de traction et de poussée.
Dans ce cas, les aimants permanents sont en mouvement ; ils sont donc désormais mon partenaire de course et moi. Nous ne changeons plus d'idée. Au lieu de cela, nous savions que je voulais des beignets au beurre de Boston et que mon partenaire voulait des smoothies.
Les contrôleurs électroniques nous permettent de nous concentrer sur nos petits-déjeuners préférés, et nous poursuivons toujours les mêmes objectifs. Le contrôleur place également derrière nous les choses indésirables pour nous donner un coup de pouce.
Les moteurs à courant continu à balais sont relativement simples et peu coûteux à fabriquer (bien que le cuivre ne soit pas devenu moins cher). Puisqu'un moteur sans balais nécessite un communicateur électronique, on commence en fait à intégrer un ordinateur dans un outil sans fil. C'est pourquoi le coût des moteurs sans balais est en hausse.
Pour des raisons de conception, les moteurs sans balais présentent de nombreux avantages par rapport aux moteurs à balais. La plupart de ces avantages sont liés à la perte des balais et des collecteurs. Le contact des balais avec le collecteur pour transférer la charge provoque également des frottements. Ces frottements réduisent la vitesse atteignable et génèrent simultanément de la chaleur. C'est comme faire du vélo avec des freins légers : si vos jambes exercent la même force, votre vitesse ralentira. À l'inverse, pour maintenir votre vitesse, vous devez puiser davantage d'énergie dans vos jambes. La chaleur de frottement échauffe également les jantes. Par conséquent, les moteurs sans balais fonctionnent à une température plus basse que les moteurs à balais. Cela leur confère un meilleur rendement et leur permet de convertir davantage d'énergie électrique.
Les balais de charbon s'usent également avec le temps. C'est ce qui provoque des étincelles à l'intérieur de certains outils. Pour que l'outil continue de fonctionner, le balai doit être remplacé régulièrement. Les moteurs sans balais ne nécessitent pas ce type d'entretien.
Bien que les moteurs sans balais nécessitent des contrôleurs électroniques, la combinaison rotor/stator est plus compacte. Cela permet d'obtenir un poids et un format plus compacts. C'est pourquoi de nombreux outils, comme la visseuse à chocs Makita XDT16, sont dotés d'un design ultra-compact et d'une puissance exceptionnelle.
Il semble y avoir un malentendu concernant les moteurs sans balais et le couple. La conception d'un moteur à balais ou sans balais n'indique pas réellement l'ampleur du couple. Par exemple, le couple réel du premier marteau perforateur à combustible Milwaukee M18 était inférieur à celui du modèle à balais précédent.
Cependant, le fabricant a finalement réalisé des choses cruciales. L'électronique utilisée dans les moteurs sans balais peut fournir plus de puissance à ces moteurs en cas de besoin.
Grâce à leur contrôle électronique avancé, les moteurs sans balais détectent le début de leur décélération sous charge. Tant que la batterie et le moteur se situent dans la plage de température spécifiée, l'électronique du moteur sans balais peut demander et recevoir davantage de courant de la batterie. Cela permet à des outils tels que les perceuses et scies sans balais de maintenir des vitesses plus élevées sous charge. Cela les rend plus rapides, généralement beaucoup plus rapides. Citons par exemple Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage et DeWalt Perform and Protect.
Ces technologies intègrent de manière transparente les moteurs, les batteries et l’électronique de l’outil dans un système cohérent pour obtenir des performances et une durée de fonctionnement optimales.
Commutation : changer la polarité de la charge, démarrer le moteur sans balais et le maintenir en rotation. Ensuite, il faut contrôler la vitesse et le couple. La vitesse peut être contrôlée en modifiant la tension du stator du moteur BLDC. Une modulation de la tension à une fréquence plus élevée permet de mieux contrôler la vitesse du moteur.
Afin de contrôler le couple, lorsque la charge du moteur dépasse un certain seuil, il est possible de réduire la tension statorique. Bien entendu, cela implique des exigences clés : surveillance du moteur et capteurs.
Les capteurs à effet Hall constituent un moyen économique de détecter la position du rotor. Ils peuvent également détecter la vitesse en fonction du temps et de la fréquence de commutation du capteur de synchronisation.
Note de l'éditeur : consultez notre article Qu'est-ce qu'un moteur sans balais sans capteur pour découvrir comment la technologie avancée des moteurs BLDC change les outils électriques.
La combinaison de ces avantages a un autre effet : une durée de vie plus longue. Bien que la garantie des moteurs (et outils) à balais et sans balais soit généralement la même au sein d'une même marque, vous pouvez vous attendre à une durée de vie plus longue pour les modèles sans balais. Cette durée de vie peut généralement dépasser de plusieurs années la période de garantie.
Vous souvenez-vous quand je disais que les contrôleurs électroniques équivalaient à des ordinateurs intégrés à vos outils ? Les moteurs sans balais constituent également une avancée majeure pour les outils intelligents et leur impact sur l'industrie. Sans la dépendance des moteurs sans balais à la communication électronique, la technologie à un seul bouton de Milwaukee ne fonctionnerait pas.
À l'heure, Kenny explore en profondeur les limites pratiques de divers outils et compare leurs différences. Après le travail, sa foi et son amour pour sa famille sont sa priorité absolue. Vous serez généralement en cuisine, ferez du vélo (il participe à un triathlon) ou emmènerez des amis pêcher dans la baie de Tampa.
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Merci pour l'explication. C'est une question que je me posais depuis longtemps, vu que la plupart des gens sont favorables au brushless (du moins, c'est un argument pour les outils électriques et les drones plus chers).
Je voudrais savoir : le contrôleur détecte-t-il également la vitesse ? N'est-il pas nécessaire de le faire pour se synchroniser ? Est-il équipé d'éléments Hall qui détectent (font tourner) les aimants ?
Tous les moteurs sans balais ne sont pas meilleurs que tous les moteurs à balais. Je souhaite comparer l'autonomie de la batterie du Gen 5X à celle de son prédécesseur, le X4, sous des charges modérées à élevées. Quoi qu'il en soit, les balais ne constituent quasiment jamais un facteur limitant. La vitesse de rotation d'origine des outils sans fil est d'environ 20 000 à 25 000 tr/min. Grâce au train planétaire lubrifié, la démultiplication est d'environ 12:1 en vitesse élevée et d'environ 48:1 en vitesse basse. Le mécanisme de gâchette et les roulements du rotor du moteur, qui soutiennent le rotor à 25 000 tr/min dans le flux d'air poussiéreux, sont généralement des points faibles.
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Date de publication : 31 août 2021