Quelle est la différence entre un moteur Brossé vs Brushless

Quelle est la différence entre un moteur Brossé vs Brushless

Figure 1: Différence entre un moteur Brossé vs Brushless

Moteurs brossés contre Brushless, quelles sont les différences

Les moteurs à courant continu brossé et brushless sont deux types distincts de moteurs électriques. En termes simples, la différence est que les moteurs brossés ont des brosses de contact électriques, ce qui fait tourner le moteur. D'autre part, les moteurs sans brushless dépendent de l'électronique plutôt que des brosses pour faire tourner le moteur. Une autre façon de le décrire est que les moteurs brushless ont des aimants en rotation dans le centre, tandis que les moteurs brossés ont des aimants stationnaires à l'extérieur.

La figure 1 montre la différence visuelle entre les deux, mais le fonctionnement de chacun est également complètement différent. La principale différence entre eux est le type de commutation qu'ils utilisent:

1. Méthode de conversion:
   • Les moteurs brossés utilisent des brosses mécaniques et un commutateur pour changer la direction courante dans les enroulements, ce qui, à son tour, génère un champ magnétique pour produire du couple et faire pivoter le moteur.
   • Les moteurs sans brosse, par contre, utilisent le contrôle électronique et les capteurs magnétiques (par exemple, les capteurs d'effet Hall) pour changer la direction courante dans les enroulements sans aucun contact mécanique. Ce contrôle électronique se fait souvent sous la forme d'un pilote externe ou d'un contrôleur de vitesse électronique intégré (ESC).
2. Efficacité:
   • Les moteurs brushless sont généralement plus efficaces que les moteurs brossés parce qu'ils n'ont pas les pertes de friction et d'énergie associées aux brosses et aux commutateurs. Cela conduit à une meilleure performance, à des durées d'exécution plus longues et à une réduction de la consommation d'énergie.
3. Maintenance et durée de vie:
   • Les moteurs brossés nécessitent plus d'entretien en raison de l'usure des brosses et des commutateurs, ce qui peut éventuellement entraîner une diminution des performances et une défaillance motrice. Des remplacements de brosses sont nécessaires périodiquement pour maintenir une performance optimale.
   • Les moteurs brushless ont moins de pièces mobiles et aucun contact mécanique, ce qui entraîne une durée de vie plus longue et des exigences de maintenance réduites.
4. Bruit et vibrations:
   • Les moteurs sans brosse produisent habituellement moins de bruit et de vibrations que les moteurs brossés parce qu'ils n'ont pas de brosses ou de commutateurs qui peuvent causer du bruit mécanique.
5. Coût et complexité:
   • Les moteurs Brushless sont généralement plus coûteux et complexes en raison de l'exigence de systèmes de commande électronique pour la commutation. Cependant, leurs avantages en termes d'efficacité, de durée de vie et de maintenance l'emportent souvent sur la différence de coût initiale.

Diagramme à moteur sans brosse

Dans le rotor d'un moteur brushless, il y a des aimants permanents, tandis que le stator reçoit les enroulements. Cette disposition s'oppose à la position du stator et du rotor dans un moteur à courant continu à balais. Lorsque le courant est fourni à l'enroulement à travers le commutateur et les balais, le moteur à courant continu à balais commence à tourner. Lorsque le moteur tourne, les paires de commutateurs et de balais suivantes sont excitées, canalisant le courant dans les différents enroulements et le maintenant en rotation. Les moteurs brushless permettent la commutation sans dépendre de balais ou de commutateurs. Au lieu de cela, ils ont utilisé des capteurs polaires tels que les éléments Hall ou les IC à effet Hall pour identifier la position polaire des aimants permanents. De plus, le conducteur doit diriger le courant à travers les enroulements en fonction de la position du pôle détectée.

Principe du moteur brushless

Pour décrire le principe de rotation d'un moteur brushless, considérons un modèle bipolaire triphasé simplifié, illustré sur la figure 2.

Les aimants du rotor sont composés des pôles Nord et Sud, chacun ayant un angle de pôle de 180°. Les capteurs polaires ha, HB et HC, distants de 120°, détectent le pôle nord des aimants du rotor et génèrent ensuite un signal.

En ce qui concerne le stator, les bobines de phase U, de phase V et de phase W sont également placées à 120° l'une de l'autre et décalées de 60° par rapport au capteur polaire.

Lorsque le courant circule du circuit d'entraînement vers le moteur de chaque enroulement de phase du stator, un pôle Sud est créé du côté du diamètre intérieur du stator. Inversement, lorsque le courant circule en sens inverse, un pôle Nord est créé du côté du diamètre intérieur du stator. La figure 3 illustre le cas où le courant circule de la phase U à la phase V.

 Figure 3: principe simplifié du moteur brushless

Une méthode de contrôle pour un moteur brushless

Le moteur brushless est commandé par un contrôleur électronique qui régule la puissance fournie au moteur. Voici les étapes de base pour contrôler un moteur CC sans balais:

1. Capteurs à effet Hall: les moteurs brushless utilisent des capteurs à effet Hall pour déterminer la position du rotor et fournir une rétroaction au Contrôleur.
2. Commutation électronique: le Contrôleur électronique utilise les informations du capteur à effet Hall pour déterminer l'ordre correct des courants fournis aux enroulements du stator.
3. MOSFET ou IGBT de puissance: le Contrôleur utilise les MOSFET et IGBT de puissance pour Commuter le courant fourni aux enroulements du stator.
4. Signal PWM: le Contrôleur utilise un signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour réguler la vitesse et le couple du moteur en ajustant le rapport cyclique du signal PWM.
5. Signal d'entrée: le Contrôleur reçoit un signal d'entrée d'une source de contrôle, telle qu'un microcontrôleur, pour régler la vitesse et la direction du moteur souhaitées.

La méthode précise de contrôle d'un moteur brushless dépend du moteur et du Contrôleur spécifiques utilisés, mais ces étapes fournissent un aperçu général du processus.

Comment contrôler Sans brosse Moteur

La vitesse d'un moteur à courant continu sans balais est contrôlée en ajustant la fréquence de la puissance électrique fournie au moteur. Voici les étapes de base pour contrôler la vitesse du moteur brushless:

1. Contrôleur électronique: le Contrôleur électronique est utilisé pour réguler la puissance fournie au moteur.
2. Signal PWM: le Contrôleur utilise un signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour ajuster la fréquence d'alimentation fournie au moteur. En faisant varier le rapport cyclique du signal PWM, il est possible de faire varier la tension moyenne appliquée au moteur, ce qui affecte à son tour la vitesse du moteur.
3. Signal d'entrée: le Contrôleur reçoit un signal d'entrée d'une source de contrôle telle qu'un microcontrôleur pour régler la vitesse souhaitée du moteur.
4. Retour d'information sur le moteur: Dans certains cas, un mécanisme de rétroaction tel qu'un tachymètre ou un codeur peut être utilisé pour surveiller la vitesse du moteur et fournir une rétroaction au contrôleur, qui peut ensuite ajuster les signaux PWM afin de maintenir une vitesse constante.

Le contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu consiste à ajuster la fréquence de la puissance électrique fournie au moteur à l'aide des signaux PWM et du contrôle électronique.

Type de contrôleur dont vous avez besoin pour un moteur sans brushless

Un moteur à courant continu nécessite un contrôleur électronique, souvent appelé Contrôleur de vitesse électronique (ESC), pour régler la puissance fournie au moteur. Le CES est responsable des tâches suivantes:

1. Surveillance de la position du rotor: les moteurs Brushless utilisent des capteurs Hall Effect pour déterminer la position du rotor et fournir une rétroaction au contrôleur.
2. Commutation: Le contrôleur utilise les informations des détecteurs Hall Effect pour déterminer la séquence correcte du courant à fournir aux enroulements du stator.
3. Changement d'alimentation: Le contrôleur utilise les MOSFET ou IGBTs pour changer le courant fourni avec les enroulements du stator.
4. Contrôle de vitesse: Le contrôleur utilise les signaux de modulation de la largeur des impulsions (PWM) pour réguler la vitesse et le couple du moteur en ajustant le cycle de service des signaux PWM.
5. Signaux d'entrée: Le contrôleur reçoit les signaux d'entrée d'une source de commande, telle qu'un microcontrôleur, pour fixer la vitesse et la direction souhaitées du moteur.

Diagramme à moteur brossé

Figure 6: Structure motrice brossée

Un moteur brossé est un type de moteur électrique à courant continu qui est constitué de plusieurs composants clés qui travaillent ensemble pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Les principales composantes d'un moteur brossé sont le rotor, le stator, le navetteur et les brosses, comme le montre le Fig 6. Voici une description de chaque composant et comment il contribue à la structure du moteur:

1. Rotor (Armature): Le rotor, aussi appelé l'armature, est la partie tournante du moteur brossé. Il se compose de rouleaux de fils de fils autour d'un noyau de fer, ce qui crée un électro-aimant lorsque le courant passe à travers elle. Le champ magnétique du rotor interagit avec le champ magnétique du stator, générant un couple et provoquant la rotation du rotor, conduisant l'arbre moteur.
2. Stator: Le stator est la partie stationnaire du moteur brossé. Il abrite des aimants permanents, typiquement montés sur la surface interne, fournissant un champ magnétique fixe. Le champ magnétique du stator interagit avec le champ magnétique du rotor, créant ainsi le couple nécessaire à la rotation.
3. Commutateur: Le commutateur est une composante essentielle d'un moteur brossé, qui est responsable du passage de la direction courante dans les enroulements du rotor. Il s'agit d'un cylindre métallique segmenté attaché au rotor, chaque segment étant relié à une extrémité des enroulements du rotor. Comme les spins du rotor, le navetteur tourne avec lui, en prenant contact avec les brosses.
4. Brosses: Les brosses sont des composants fixes et conducteurs qui maintiennent un contact électrique avec le commutateur rotatif. Elles sont typiquement faites de carbone ou de graphite, ce qui assure un faible frottement et une faible usure. Les brosses fournissent la connexion électrique entre la source d'énergie et les enroulements du rotor par l'intermédiaire du commutateur. Au fur et à mesure que le commutateur tourne, les brosses glissent sur sa surface, dynamisant successivement différentes enroulements de rotor, ce qui, à son tour, amène le champ magnétique du rotor à changer et à maintenir la rotation.

Un moteur brossé consiste en un rotor avec des bobines de plaie, un stator avec des aimants permanents, un commutateur et des brosses. L'interaction entre les champs magnétiques du rotor et du stator génère un couple, tandis que le commutateur et les brosses fonctionnent ensemble pour changer le courant dans les enroulements du rotor, ce qui assure une rotation continue.

Principes derrière un moteur brossé

Les moteurs à courant continu utilisent des enroulements de fils enroulés pour générer un champ magnétique. Dans un moteur brossé, ces enroulements sont fixés au rotor, qui est libre de tourner et de faire tourner un arbre. Souvent, les bobines sont enroulées autour d'un noyau de fer, bien que certains moteurs brossés soient "Infatigable, " avec des enroulements auto-supportés. La partie stationnaire du moteur, connue sous le nom de "stator", utilise des aimants permanents pour établir un champ magnétique fixe. Ces aimants sont généralement situés sur la surface interne du stator, entourant le rotor. Le fig 7 montre plus de détails.

Pour créer un couple et faire tourner le rotor, le champ magnétique du rotor doit continuellement tourner, interagir avec le champ fixe du stator par l'attraction et la répulsion. Un interrupteur électrique coulissant facilite ce champ rotatif. Ce commutateur comprend un Navetteur, généralement un contact segmenté monté sur le rotor, et des brosses fixes montées sur le stator.

Figure 7.Principes derrière un moteur brossé

Comment contrôler la vitesse d'un Brossé Moteur

La vitesse d'un moteur à courant continu peut être contrôlée en ajustant la tension appliquée à ses bornes. Voici les étapes de base pour le contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu:

1. Bloc d'alimentation: Un bloc d'alimentation en courant continu est connecté aux bornes motrices pour fournir la puissance électrique nécessaire pour faire tourner le moteur.
2. Contrôle de vitesse: Pour contrôler la vitesse du moteur, la tension appliquée au moteur peut être ajustée à l'aide d'une résistance ou d'un signal de modulation de largeur de pouls (PWM) indiqué dans le Fig 8.  Plus la tension appliquée au moteur est faible, plus la rotation est lente. Nous avons écrit un article distinct sur Contrôleurs de vitesse ici
3. Signaux d'entrée: La tension appliquée au moteur peut être contrôlée par des signaux d'entrée provenant d'une source de contrôle, telle qu'un microcontrôleur, pour fixer la vitesse souhaitée.
4. Contrôle de la rétroaction: Dans certains cas, un mécanisme de rétroaction tel qu'un tachymètre ou un codeur peut être utilisé pour surveiller la vitesse du moteur et fournir une rétroaction à un contrôleur, qui peut ensuite régler la tension pour maintenir une vitesse constante.

Contrôle de la vitesse d'une brossée Moteur DC Implique l'ajustement de la tension appliquée à ses bornes, soit directement, soit en utilisant un mécanisme de rétroaction pour réguler sa vitesse.

Figure 8: Contrôle de la vitesse d'un moteur brossé

En résumé, un moteur à courant continu nécessite un contrôleur de vitesse électronique (ESC) pour réguler la puissance fournie au moteur et contrôler sa vitesse et son couple.

Comment filtrez-vous un moteur sans brosse à un commutateur

Une façon typique de contrôler un moteur brossé est d'utiliser un interrupteur Rocker.En bas de votre commutateur vous verrez 6 connecteurs, comme vu ci-dessous, qui aligneront le schéma du circuit du commutateur DPDT ci-dessus.Si le commutateur est appuyé sur la position avant, les connecteurs supérieurs et moyens seront connectés à l'intérieur du commutateur ; si le commutateur est appuyé sur la position arrière, les connecteurs du bas et du milieu seront connectés ; et si le commutateur est en position centrale, le commutateur est ouvert.

 Ci-dessous un schéma de câblage montrant 2 moteurs brossés connectés à un commutateur

Un schéma de câblage de l'arrière d'une bascule est affiché ci-dessous

Qui est plus cher, un moteur brossé ou tressé

En général, les moteurs à courant continu sont plus dispendieux que les moteurs à courant continu brossé. La différence de coût peut être attribuée à la complexité du système moteur brushless, qui nécessite des composants supplémentaires tels qu'un contrôleur électronique (ESC) et des capteurs Hall Effect. Le ESC et les capteurs ajoutent au coût du système, tout comme le procédé de fabrication le plus sophistiqué requis pour les moteurs sans brosses.

Cependant, en dépit de leurs coûts initiaux plus élevés, les moteurs brushless offrent souvent plusieurs avantages par rapport aux moteurs brossés, notamment une plus grande efficacité, une durée de vie plus longue et une meilleure performance, en particulier dans les applications à haute vitesse et à couple élevé. Par conséquent, le coût plus élevé des moteurs brushless peut souvent être compensé par des coûts d'exploitation plus faibles et une fiabilité accrue.

En résumé, le coût des moteurs brushless et brushless varie selon les applications et les exigences spécifiques. Les moteurs brushless ont généralement un coût initial beaucoup plus élevé, mais ils peuvent offrir une durée de vie plus longue et une efficacité accrue. Les moteurs à balais sont idéaux pour la plupart des applications quotidiennes et pour les personnes ayant peu d'expérience en électricité. Vous trouverez peut - être des moteurs brushless pour les véhicules électriques et d’autres systèmes qui nécessitent une longue durée de vie (des décennies), mais au - delà, vous trouverez que les moteurs brushless représentent 95% du marché des moteurs électriques.

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