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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 :
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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 :
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en limite inférieure, les microactionneurs électrostatiques, magnétiques et piézoélectriques, qui ne seront qu’évoqués ;
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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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Servomoteurs
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3. Mise en œuvre de petits moteurs et actionneurs d’entraînement
Les comportements électromécaniques généraux sont, bien sûr, semblables à ceux de tout moteur électrique, quelles que soient sa puissance ou ses dimensions. On peut cependant noter que, dans un petit moteur, les caractéristiques électromécaniques sont très dépendantes des problèmes de pertes (mécaniques, Joule et magnétiques), car on observe, par rapport à un moteur de même structure mais de puissance plus élevée, un facteur d’échelle particulièrement défavorable.
3.1 Caractéristiques électromécaniques
Les petits moteurs ne présentent, généralement, pas d’excitation séparée ou indépendante. Soit le flux d’excitation est normalement généré par des aimants permanents, soit des effets d’induction (moteur asynchrone) ou de magnétisation (moteur à réluctance variable) sont mis en œuvre.
Les caractéristiques électromécaniques des petits moteurs dépendent particulièrement des modes d’alimentation et des conditions de commande des ensembles alimentation et moteur 3.2. On peut cependant indiquer les lois générales de couple obtenues pour différentes structures dans des conditions optimales d’alimentation et de commande (figure 19).
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Dans les moteurs à courant continu et les moteurs synchrones à aimants permanents (figure 19a ), le couple électromagnétique C est sensiblement proportionnel au courant d’induit I, jusqu’à ce qu’apparaissent des effets classiques de saturation de zones les plus sensibles des circuits magnétiques de ces moteurs [18].
À tension d’alimentation donnée, le couple C décroît linéairement avec la vitesse N.
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Dans les moteurs à réluctance variable (figure 19b ), le couple électromagnétique est sensiblement proportionnel au carré du courant injecté au stator, jusqu’à un stade de saturation à partir duquel l’évolution du couple en fonction du courant subit une inflexion.
La variation du couple en fonction de la vitesse est assez complexe et dépend...
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