Moteur à courant continu vs moteur brushless

Détails
Création : jeudi 12 janvier 2012 08:13
Mis à jour : mercredi 6 juin 2018 16:57
Écrit par Daniel DALBY

En prenant un moteur brushless à rotor exterieur (outrunner) comme base de comparaison, les deux moteurs ont une structure équivalente : des aimants sur l'exterieur et des bobinages à l’intérieur autour de l'axe.

La différence est que le support des aimants forment le rotor dans un moteur brushless alors que ce sont les bobines qui tournent pour un moteur à courant continu. A dimensionnement équivalent, le couple et la surface magnétique sont identiques. Le moteur à courant continu est plus long et un peu plus lourd car l'axe doit recevoir les balais.

La commande d'un moteur à courant continu se fait généralement à tension constante (après avoir régulé son courant d'induit. NDLR) par un hacheur qui permet de varier la tension de commande. L'excitation des phases est automatique avec la rotation du rotor qui entraine une commutation des bobinages à angle fixe. Les balais ont donc un double rôle, passer le courant à une pièce en rotation et commuter les phases à angle déterminé.

Dans un moteur brushless, communément 3 phases, les phases sont excitées électroniquement à tour de rôle pour entrainer la rotation. Il faut connaitre la position angulaire du moteur pour savoir quelle phase excitée. Des capteurs sont utilisés pour cela (hall, optique, resolver, encoder, etc...). En mode sensorless, on détecte les variations de FCEM (Force Contre Electromotrice. NDLR) pour calculer la position angulaire du rotor. La commande peut se faire comme un moteur DC en tension pseudo continu (méthode des 6 pas) avec des capteurs hall qui jouent le rôle des balais pour la position angulaire, la commutation des phases se faisant toujours électroniquement.

Il est possible de faire des commandes plus sophistiquées qui permettent d'optimiser le facteur de puissance et d'augmenter le rendement du système moteur + contrôleur. Ce type de commande est difficile à mettre en œuvre avec un moteur à balai car l'excitation de la phase se fait à angle fixe. Dans ce cas, le facteur de puissance peut varier fortement, soit par des distorsions de courant, soit par des déphasages du courant à haut régime. Cela entraîne des pertes de rendement et une limitation de puissance à haut régime. Les balais créent également une discontinuité de courant dans les phases qui se traduit par un pic de tension et une étincelle sur les balais. L’énergie de magnétisation des phases est alors partiellement perdue. Le pic de tension génère du bruit CEM (Compatibilité Electro-Magnétique. NDLR).

Avec un moteur brushless, il n'y a pas d’étincelle et il est possible d'exciter continument toutes les phases sans perdre l’énergie de magnétisation à chaque inversion de FCEM. Le bruit CEM est réduit et le rendement augmenté.

Pour résumer sur le moteur à courant continu :

  • Perte de rendement à cause du facteur de puissance, augmentation des pertes cuivres
  • Perte de puissance à haut régime car il n'est pas possible de modifier la phase de la commande.
  • Pas de possibilité de travailler en régime défluxé (diminution du couple pour augmenter le kV en déphasant la commande)
  • Balais : bruit mécanique, usure mécanique, charbonnage à fort courant, demande de l'espace supplémentaire sur l'arbre, pièces supplémentaires en mouvement (fiabilité).
  • Robustesse (ne peut pas se bloquer sur un problème électronique)
  • Plus grande inertie du rotor, force centrifuge sur le bobinage.

Pour le moteur Brushless :

  • Peut se bloquer sur un défaut/bug de l’électronique
  • Une commande sensorless avec un haut facteur de puissance n'est pas standard en forte puissance basse tension aujourd'hui.
  • Avec des capteurs angulaires, risque de défaillance et contrainte mécanique pour les installer (+ augmentation du coût. NDLR).