Comparaison des avantages et des inconvénients entre les schémas de moteurs à balais et sans balais

Un moteur à courant continu à balais produit un couple maximal au repos, qui diminue linéairement avec l'augmentation de la vitesse. Les moteurs à balais peuvent surmonter certaines des limitations des moteurs à balais ; Ils incluent une efficacité plus élevée et une sensibilité moindre à l’usure mécanique. Ces avantages se font au détriment d’une électronique de commande potentiellement moins robuste, plus complexe et plus coûteuse.
Les moteurs sans balais typiques sont dotés d'aimants permanents qui tournent autour d'un induit fixe, éliminant ainsi le problème de connexion du courant à un induit mobile. Un contrôleur électronique remplace le composant balai/commutateur du moteur à courant continu sans balais, qui change constamment la phase des enroulements pour maintenir le moteur en marche. Le contrôleur effectue une distribution de puissance de synchronisation similaire en utilisant un circuit à semi-conducteurs au lieu d'un système balai/commutateur.
Les moteurs à courant continu sans balais offrent plusieurs avantages par rapport aux moteurs à courant continu sans balais, notamment un rapport couple/poids élevé, un couple par watt plus élevé (efficacité améliorée), une fiabilité plus élevée, un bruit plus faible, une durée de vie plus longue (corrosion sans balais et du collecteur), l'élimination des étincelles ionisantes de commutateurs et réduction globale des interférences électromagnétiques (EMI). Puisqu'il n'y a pas d'enroulements sur le rotor, ils ne sont pas soumis à la force centrifuge, et comme les enroulements sont supportés par le boîtier, ils peuvent être refroidis par conduction et ne nécessitent pas de flux d'air à l'intérieur du moteur pour les refroidir. Cela signifie que l'intérieur du moteur peut être complètement fermé et protégé de la saleté ou d'autres substances étrangères.
La commutation de moteur sans balais peut être implémentée dans un logiciel à l'aide d'un microcontrôleur ou d'un ordinateur à microprocesseur, dans du matériel analogique ou dans un micrologiciel numérique à l'aide d'un réseau de portes programmable sur site (FPGA). L'inversion avec l'électronique au lieu des balais permet une plus grande flexibilité et des fonctionnalités non disponibles avec les moteurs CC à balais, y compris les limites de vitesse, le fonctionnement « micro-pas » pour un contrôle lent et/ou fin du moteur et le maintien du couple au repos. Le logiciel du contrôleur peut être personnalisé pour des moteurs spécifiques à utiliser dans l'application, ce qui entraîne une plus grande efficacité de commutation.
La puissance maximale appliquée à un moteur sans balais est largement limitée par la chaleur, et trop de chaleur affaiblira l'aimant et endommagera les propriétés d'isolation des enroulements.
Les moteurs sans balais sont plus efficaces que les moteurs sans balais lorsqu’il s’agit de convertir l’électricité en puissance mécanique. Cette amélioration est en grande partie due à la fréquence du courant de commutation déterminée par le retour du capteur de position. L'avantage supplémentaire est dû à l'absence de balais, ce qui réduit les pertes d'énergie mécanique dues au frottement. Les gains de rendement sont plus importants dans les zones à vide et à faible charge de la courbe de performance du moteur. Sous des charges mécaniques élevées, l'efficacité des moteurs sans balais et des moteurs à balais de haute qualité est comparable.
Les environnements et les exigences imposés aux fabricants pour utiliser des moteurs à courant continu sans balais incluent un fonctionnement sans entretien, une vitesse élevée et des risques d'étincelles ou affectant potentiellement le fonctionnement d'équipements électroniques sensibles.
La structure d’un moteur sans balais peut être similaire à celle d’un moteur pas à pas. Contrairement aux moteurs pas à pas, les moteurs sans balais sont généralement utilisés pour produire une rotation continue. Les moteurs pas à pas n'incluent généralement pas de capteurs de position d'arbre pour un retour interne sur la position du rotor. Au lieu de cela, le contrôleur pas à pas s'appuiera sur des capteurs pour détecter la position de l'appareil entraîné. Ils s'arrêtent souvent lorsque le rotor est dans une position angulaire définie, tout en produisant un couple. Un système de moteur sans balais bien conçu peut également être maintenu à zéro régime et à un couple limité.