Les moteurs électriques ont été développés dans différents types spéciaux, tels que les moteurs pas à pas, les servomoteurs, les moteurs à aimant permanent, etc. Nous avons beaucoup de choix pour choisir le moteur qui convient le mieux à notre application. Un moteur à courant continu sans balais ou moteur BLDC est le type le plus approprié pour les applications qui exigent une grande fiabilité, un rendement élevé, un couple plus élevé par rapport au poids, etc. Cet article explique en détail les moteurs BLDC.

Construction d'un moteur BLDC

Un arrangement collecteur-balais permet d'obtenir un couple unidirectionnel dans unmoteur à courant continu typique. Évidemment, le commutateur et l'agencement des balais sont éliminés dans un moteur à courant continu sans balais. Dans ce cas, un circuit intégré d'inverseur/commutateur est utilisé pour obtenir un couple unidirectionnel. C'est pourquoi ces moteurs sont parfois appelés "moteurs à commutation électronique".

Comme tout autre moteur électrique, un moteur BLDC se compose également de deux parties principales : un stator et un rotor. Des aimants permanents sont montés sur le rotor d'un moteur BLDC, et le stator est enroulé pour un nombre spécifique de pôles. Un circuit de commande est également connecté à l'enroulement du stator. La plupart du temps, le convertisseur/circuit de commande ou le contrôleur est intégré à l'assemblage du stator. C'est la différence de construction de base entre un moteur sans balais et un moteur à courant continu typique.

Un contrôleur typique fournit une alimentation triphasée à fréquence contrôlée à l'enroulement du stator. L'alimentation est contrôlée par des circuits de commande logiques et alimente des pôles spécifiques du stator à un moment précis. Ceci peut être compris à partir des animations ci-dessous sur le fonctionnement des moteurs BLDC.

Types de moteurs BLDC

Il existe deux types de moteurs BLDC basés sur leur construction/conception : (i) la conception à rotor interne et (ii) la conception à rotor externe. Indépendamment de ces types, notez que les aimants permanents sont toujours montés sur le rotor et l'enroulement sur le stator.

1. Conception à rotor interne (inrunner) : il s'agit d'une conception conventionnelle, dans laquelle le rotor est situé au niveau du noyau (centre) et l'enroulement du stator l'entoure.
   

   Moteur BLDC à rotor interne (Crédit : Kaspars Dambis - flickr)
2. Conception à rotor externe (outrunner) : Dans cette configuration, le rotor est externe, c'est-à-dire que les enroulements du stator sont situés au niveau du noyau tandis que le rotor, portant des aimants permanents, entoure le stator.
   

   Moteur BLDC à rotor extérieur

Comment fonctionne un moteur BLDC ?

Les enroulements du stator d'un moteur BLDC sont reliés à un circuit de commande (un circuit de commutation intégré ou un circuit inverseur). Le circuit de commande alimente le bon enroulement au bon moment, selon un schéma qui tourne autour du stator. Les aimants permanents du rotor tentent de s'aligner avec les électro-aimants excités du stator, et dès qu'ils sont alignés, les électro-aimants suivants sont excités. Ainsi, le rotor continue de tourner. Les animations ci-dessous vous donneront une idée claire du fonctionnement d'un moteur à courant continu sans balais.

Animation du fonctionnement du moteur BLDC à rotor interne

Animation du fonctionnement du moteur BLDC à rotor extérieur

Moteur à courant continu sans balais et moteur à balais

• Les balais doivent être remplacés fréquemment en raison de l'usure mécanique, c'est pourquoi un moteur CC à balais nécessite un entretien périodique. De plus, comme les balais transfèrent le courant au collecteur, des étincelles se produisent. Les balais limitent la vitesse maximale et le nombre de pôles que l'armature peut avoir. Tous ces inconvénients sont supprimés dans un moteur à courant continu sans balais. Un circuit de commande électronique est nécessaire dans un moteur CC sans balais pour commuter les aimants du stator afin de maintenir le moteur en marche. Cela rend un moteur BLDC potentiellement moins robuste.
• Les avantages du moteur BLDC par rapport aux moteurs à balais sont une efficacité accrue, la fiabilité, une durée de vie plus longue, l'absence d'étincelles et moins de bruit, un couple plus élevé par rapport au poids, etc.

Applications des moteurs BLDC

Les moteurs BLDC répondent à de nombreuses exigences que les moteurs CC à balais. Mais comme ils nécessitent un circuit de commande compliqué et pour des raisons de coût, ils n'ont pas encore complètement remplacé les moteurs CC à balais, surtout dans les applications à faible coût. Malgré cela, il existe de nombreuses applications dans lesquelles les moteurs BLDC dominent.

• L'électronique grand public - disques durs d'ordinateurs, petits ventilateurs de refroidissement, lecteurs de cd/dvd, etc. et aussi dans les appareils modernes où un fonctionnement silencieux est souhaité - comme les machines à laver, les climatiseurs, etc.
• Véhicules électriques - de nombreux véhicules électriques, y compris les voitures électriques et hybrides et les vélos électriques, utilisent des moteurs BLDC.
• Ils ont un large éventail d'applications dans de nombreux autres domaines, notamment la robotique, l'industrie, les systèmes de contrôle du mouvement, etc.