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Les moteurs électriques à courant continu font partie des inventions les plus importantes sur lesquelles le monde moderne s'est fortement appuyé. Ces moteurs sont utilisés dans les appareils électroménagers, les outils électriques, les drones, les systèmes de refroidissement pour PC, la robotique et les véhicules électriques.
Deux des moteurs électriques à courant continu les plus couramment utilisés aujourd'hui sont les moteurs à courant continu à balais et sans balais. Les deux moteurs ont la même idée fondamentale d'utiliser l'électromagnétisme pour fournir des rotations mécaniques. Mais avec des concepts de conception différents, les moteurs à balais et sans balais auront forcément leurs différences en termes de performances, de coût et de maintenance.
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Alors, quelle conception de moteur est la meilleure - brossée ou sans balais ?
Comment fonctionne un moteur électrique à courant continu ?
Les moteurs électriques convertissent l'électricité en énergie mécanique. Pour ce faire, ils permettent à l'électricité de passer à travers les enroulements de cuivre, créant un champ électromagnétique qui excite les aimants permanents à l'intérieur du moteur, provoquant le mouvement du rotor et produisant de l'énergie mécanique.
Bien que les moteurs à balais et sans balais aient le même objectif de convertir l'électricité en énergie mécanique, leurs conceptions sont différentes. Pour comprendre leur différence, parlons de la conception du moteur, en commençant par le moteur à balais.
Conception de moteur brossé
Les moteurs à balais sont en production depuis plus d'un siècle maintenant. Ils sont connus pour avoir une conception simpliste utilisant une paire de balais de charbon pour alimenter le moteur. Les moteurs à balais auront toujours quatre parties principales, à savoir :
- Stator : La partie fixe du moteur. Il contient les aimants permanents qui font bouger le rotor.
- Rotor: La partie tournante du moteur. Il contient une bobine de cuivre qui, lorsqu'elle est alimentée, rend la bobine de cuivre électromagnétique.
- Commutateur: Un anneau métallique qui assure que le rotor continue de tourner en inversant la polarité à chaque demi-tour du rotor.
- Brosses : Une partie fixe en carbone directement connectée aux bornes de la source d'alimentation. Ils transmettent l'alimentation à l'anneau du commutateur, qui active alors le rotor.
Un moteur à balais utilise des balais pour alimenter électriquement le moteur tout en permettant à la fois au rotor et au collecteur de tourner. Le rotor est composé d'enroulements en cuivre qui, lorsqu'ils sont alimentés, deviennent essentiellement un électroaimant.
Que se passe-t-il si deux aimants se rapprochent ?
Eh bien, selon l'alignement des pôles magnétiques, ils s'attirent ou se repoussent. Le but d'un moteur à balais est d'utiliser l'attraction et la répulsion pour faire tourner le moteur. C'est là qu'un commutateur devient utile.
Un commutateur est un anneau métallique au centre du rotor qui commute le pôle magnétique du rotor tous les 180 degrés. Cela garantit efficacement que le pôle magnétique du rotor s'aligne toujours avec le même pôle magnétique du stator, provoquant une répulsion.
Le résultat? Continu les rotations mécaniques ont suffisamment de force pour alimenter votre mélangeur (ou tout ce qui utilise un moteur à balais).
Conception de moteur sans balais
Les moteurs sans balais ont commencé à gagner en popularité dans les années 1980 lorsque les transistors sont devenus plus courants dans l'électronique. Avoir facilement à disposition composants à semi-conducteurs a joué un rôle important dans la fabrication de moteurs sans balais applicables aux outils électriques, aux appareils électroménagers et à l'électronique. Leur conception complexe mais efficace donne aux moteurs sans balais plus de couple que leurs homologues à balais.
La conception du moteur sans balais utilise plusieurs pièces essentielles. Ils comprendraient :
- Stator : La partie fixe du moteur. Il contient plusieurs bobines de cuivre qui, lorsqu'elles sont alimentées, deviennent un aimant actif.
- Rotor: La partie tournante du moteur. Celui-ci contient les aimants permanents qui tournent en raison du champ électromagnétique entre le stator et le rotor.
- Capteur à effet Hall : Un capteur qui détecte quelles bobines sont alimentées et quelles bobines ne le sont pas.
- Circuit de contrôle: Un circuit électronique conçu pour décider quelles bobines à l'intérieur du stator exciter.
Comme leur nom l'indique, les moteurs sans balais n'utilisent pas de balais pour alimenter le moteur. Les moteurs sans balais n'ont pas non plus de commutateurs porteurs de courant. Au lieu de cela, il utilise un capteur à effet hall et un circuit de commande pour s'assurer que les pôles magnétiques opposés du stator et du rotor s'alignent toujours. Une autre chose que vous trouverez différente est que le stator abrite les enroulements en cuivre tandis que le rotor abrite les aimants permanents.
Un moteur sans balais fonctionne fondamentalement de la même manière qu'un moteur à balais : en utilisant des différences de pôles magnétiques pour déplacer le rotor, créant ainsi une rotation et un couple.
Mais sans balais ni commutateurs, comment les enroulements de cuivre peuvent-ils être alimentés ?
Simple, vous rendez les enroulements de cuivre stationnaires. Les balais ne sont plus nécessaires avec les enroulements de cuivre fixes car vous pouvez alimenter directement les bobines via des fils.
Comme pour les collecteurs, un moteur sans balai utilise un capteur à effet hall et un circuit de commande. Un capteur à effet Hall est un capteur circulaire plat placé à côté des enroulements en cuivre du stator. Étant donné que le stator abrite plusieurs bobines, le capteur à effet Hall peut détecter si l'une de ces bobines est alimentée ou non.
Réalisé avec Sketchup
Le capteur donne alors sa lecture au circuit de commande et décide quelles bobines exciter. Ainsi, si les aimants permanents du rotor s'approchent des pôles magnétiques attractifs, le circuit de commande arrête d'alimenter ces bobines et alimente la prochaine bobine qui attire les aimants permanents du rotor. Le circuit de commande activera également les bobines avant les aimants permanents, provoquant une répulsion et ajoutant encore plus de couple à la rotation.
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Avantages et inconvénients des moteurs à balais et sans balais
Avec les différences de conception des moteurs, les moteurs à balais et sans balais auront des avantages et des inconvénients. Voici un tableau pour vous aider à comprendre leurs forces et leurs faiblesses :
| Durée de vie | Court | Long |
| Accélération | Moyen | Haute |
| Efficacité | Moyen | Haute |
| Couple | Moyen | Haute |
| Acoustique | Bruyant | Calme |
| Coût | Peu coûteux | Cher (avec circuit de commande) |
Devriez-vous acheter du matériel avec un moteur à balais ou sans balais ?
Comme vous pouvez le voir dans le tableau, les moteurs sans balais sont meilleurs à tous points de vue (sauf en termes de coût) que leurs homologues à balais. Ils offrent un couple plus élevé, une accélération plus rapide, un bruit plus faible et une efficacité supérieure, et sont plus durables.
Ainsi, lorsque vous avez la possibilité d'acheter un nouvel outil électrique, un appareil de cuisine, un drone ou tout ce qui a besoin d'un moteur, choisir des articles avec un moteur sans balais est généralement la meilleure option.
Les moteurs à balais devraient-ils donc être obsolètes?
Et bien non. Surtout parce qu'un moteur sans balais (plus circuit de commande) coûtera beaucoup plus cher qu'un article utilisant un moteur à balais. Et bien qu'un moteur sans balais soit meilleur que son homologue à balais, cela ne signifie pas qu'un moteur à balais est mauvais. En fait, un moteur à balais est très bon. Vous pouvez réaliser les mêmes tâches avec un moteur à balais qu'avec un moteur sans balais.
En général, les moteurs sans balais sont les moteurs idéaux à l'intérieur de vos outils et équipements. Mais il existe également des situations où vous voudrez peut-être utiliser des moteurs à balais à la place. Ces situations comprendraient :
- Lorsque le moteur est utilisé en courtes rafales momentanées (par exemple, mixeur, sièges électriques et essuie-glaces)
- Lorsqu'un outil/appareil ne devient utile que quelques fois par an
- Lorsque la tâche ne nécessite pas beaucoup de couple (par exemple, jouets, bouches d'aération)
- Dans des conditions de fonctionnement extrêmes. Les moteurs à balais n'ont pas besoin de capteurs ou de circuits de commande qui peuvent tomber en panne dans des conditions météorologiques extrêmes
Faire des achats intelligents
Maintenant que vous comprenez la différence entre les moteurs à balais et les moteurs sans balais, nous espérons qu'il vous sera plus facile de faire un achat intelligent lors de l'achat d'appareils, d'outils et d'équipements de cuisine. Cela devrait également expliquer pourquoi certains articles sont plus chers que leurs homologues même s'ils proviennent de la même marque, ont les mêmes caractéristiques et utilisent le même facteur de forme. N'oubliez pas que ce n'est pas parce que vous pouvez acheter un article haut de gamme à l'aide d'un moteur sans balais que c'est toujours la chose la plus intelligente à acheter.