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Auteur(s)
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Sylvain ALLANO : Docteur ès Sciences - Diplômé du Centre d’Études Internationales de la Propriété Industrielle CEIPI (Brevets, marques et modèles) - Professeur des Universités à l’École Normale Supérieure de Cachan
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les petits moteurs électriques sont présents partout et sont devenus des composants tellement courants que leur existence est bien souvent ignorée. On ne pourrait plus concevoir une société industrielle sans l’utilisation massive de petits moteurs et actionneurs électriques. Ces moteurs sont généralement fabriqués en très grandes séries, à l’exception de certaines gammes de servomoteurs et d’actionneurs. Les impératifs industriels (coût, automatisation) conditionnent la conception de ces moteurs qui doivent, en outre, généralement se fondre au sein de l’application.
Un mode de définition d’un petit moteur électrique peut s’appuyer soit sur des critères quantitatifs de puissance ou de couple, soit sur des considérations applicatives dans lesquelles les fonctions de positionnement et de mouvement l’emportent sur la fonction de conversion d’énergie. Mais il faut noter le caractère parfois arbitraire de la définition d’un petit moteur électrique, puisqu’il répond à toutes les règles et principes de l’électrotechnique. Nous considérerons, dans la suite, les moteurs de puissance nominale inférieure à 600 W, en référence aux règlements officiels de la Construction Électrique (NF C 51 –200). Il est à noter que cette limite de puissance correspond, dans la terminologie anglo‐saxonne, à des fractional horse power motors, donc de puissance inférieure à environ 735 W.
Il est utile de préciser les notions terminologiques de moteur et d’actionneur :
-
le moteur est un organe générant un mouvement au sens étymologique du terme ;
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l’actionneur est un organe produisant une action.
La désignation de moteur est plus large que celle d’actionneur, puisqu’elle inclut, outre la production d’actions, la génération de mouvements de nature quelconque. Enfin, les petits actionneurs et moteurs peuvent produire des actions ou mouvements rotatifs, linéaires ou plus complexes.
Le présent article vise les moteurs et actionneurs de gamme centimétrique, en excluant, outre la limite de puissance précitée :
-
en limite inférieure, les microactionneurs électrostatiques, magnétiques et piézoélectriques, qui ne seront qu’évoqués ;
-
en limite supérieure, les moteurs à excitation séparée externe, tant à courant continu que synchrones, et, d’une manière générale, les moteurs mettant en œuvre des bagues.
Il sera constamment fait référence aux articles de la collection des Techniques de l’Ingénieur relatifs aux différents types de moteurs électriques et à leur commande.
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Mise en œuvre de petits moteurs et actionneurs d’entraînement
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2. Concepts et techniques de conversion électromécanique
2.1 Éléments de classification
On peut dire que, depuis l’invention des premiers moteurs électriques au dix‐neuvième siècle, pratiquement tous les modes possibles de combinaison des trois composants essentiels (cuivre, air, fer) d’un moteur ou actionneur électrique ont été envisagés pour obtenir une conversion électromécanique. En outre, à la différence des moteurs de moyenne ou grande puissance qui présentent des conceptions relativement stabilisées et identifiées, le domaine des petits moteurs électriques a suscité un très grand foisonnement et une très grande diversité conceptuelle ; seules des contraintes économiques ou de faisabilité limitent l’imagination des concepteurs. En effet, dans des systèmes électromagnétiques, la génération d’un effort est généralement le résultat d’un couplage entre deux champs attachés, respectivement, à deux corps en mouvement l’un par rapport à l’autre.
On peut toutefois tenter une classification des différentes structures rencontrées dans les petits moteurs électriques (figure 1), en sachant que d’autres modes de classification peuvent également être envisagés (par exemple, sur la structure du stator) et que certains moteurs sont difficilement classifiables.
Si l’on entreprend une classification fondée sur la nature et l’existence de champs magnétiques ou électrostatiques dans l’interface rotor‐stator, on peut distinguer (figure 1) :
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les moteurs à courant continu et les moteurs universels, qui ont en commun de présenter des champs magnétiques d’entrefer non tournants et de nécessiter un collecteur mécanique 2.2 ;
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les moteurs synchrones 2.3 et asynchrones 2.4 à champ magnétique d’entrefer tournant ;
-
les moteurs piézoélectriques ...
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