Dans des domaines tels que les équipements industriels, les appareils médicaux et la robotique, la conception permettant de concilier la miniaturisation des équipements et la garantie du couple nécessaire est déterminante pour les performances des produits. Des préoccupations telles que « Serait-il possible d’augmenter légèrement le couple tout en conservant la même taille ? » ou « Nous souhaitons poursuivre la miniaturisation, mais nous craignons que le moteur ne puisse pas supporter la charge » constituent des enjeux de conception auxquels les équipes de développement sont régulièrement confrontées.Dans cet article, nous vous présentons et expliquons de manière structurée les principes de fonctionnement fondamentaux des moteurs compacts à couple élevé, les méthodes courantes permettant d’augmenter le couple, leurs principales applications, ainsi que les points à vérifier lors de la sélection. Nous avons également rassemblé, sous forme de questions-réponses, les interrogations les plus fréquentes sur les chantiers de conception. Ce contenu vous sera utile comme référence pour la sélection des moteurs et la préparation de documents destinés aux réunions internes.
| Sous la supervision du groupe commercial des composants électroniques de C.I. TAKIRON Corporation Nous supervisons la rédaction de cet article en nous appuyant sur les compétences techniques de pointe et l’expertise acquises depuis notre création en 1919 en tant qu’entreprise leader dans le domaine de la transformation des matières plastiques.Au sein de notre département, nous analysons en permanence les tendances du marché et les dernières technologies relatives aux micromoteurs ultra-compacts et de haute précision, et nous nous attachons à fournir des informations à forte valeur ajoutée aux concepteurs et développeurs. En tant qu’équipe d’experts maîtrisant parfaitement les caractéristiques des produits, nous vous accompagnons dans la résolution de vos défis et dans l’innovation technologique grâce à la diffusion de contenus précis et concrets. |
Connaissances de base sur les moteurs compacts à couple élevé
Lorsqu’il s’agit de choisir un moteur compact à couple élevé, il est utile de commencer par s’accorder sur les termes de base et les valeurs chiffrées, ce qui permettra de faciliter la comparaison des différentes méthodes et l’étude des applications. La définition du couple, la gamme des moteurs dits « compacts », ainsi que la nécessité de concilier miniaturisation et couple élevé constituent les connaissances préalables indispensables à la prise de décisions en matière de conception.Dans ce chapitre, nous allons passer en revue, dans l’ordre, les bases permettant de comprendre les aspects techniques et les stratégies d’amélioration du couple, selon trois points de vue différents.
Contenu abordé dans cette section
- Qu’est-ce qu’un moteur compact à couple élevé ?
- Les principes fondamentaux et les unités du couple
- L’intérêt de concilier miniaturisation et couple élevé
En suivant ces étapes dans l’ordre, vous établirez un lien entre la définition des termes et leur importance en matière de conception, ce qui vous permettra d’être prêt à analyser les méthodes d’augmentation du couple.
Qu’est-ce qu’un moteur compact à couple élevé ?
On entend par « moteur compact à couple élevé » un moteur conçu dans un format réduit et doté d’un couple élevé, c’est-à-dire d’une force de rotation importante. Les moteurs à couple élevé sont considérés comme des moteurs dotés d’une force de rotation importante. En revanche, il n’existe pas de définition claire et unifiée du terme « moteur compact » au sein du secteur.On observe parfois que l’on qualifie de « moteur de petite taille » les moteurs d’une puissance inférieure ou égale à 100 W, et de « moteur ultra-compact » ceux d’une puissance inférieure ou égale à 3 W, mais la définition en elle-même n’est pas considérée comme claire. Dans cet article, nous nous intéresserons aux moteurs alliant une taille réduite à un couple élevé.Les micromoteurs développés par C.I. Takiron se situent, comme nous le verrons plus loin, dans la gamme des couples de l’ordre du mN·m. Les principes de conception étant différents de ceux des grands moteurs industriels de l’ordre du N·m, il est préférable de poursuivre votre lecture en gardant à l’esprit qu’il s’agit de moteurs à couple élevé destinés à des appareils de petite taille.
Les principes fondamentaux et les unités du couple
Le couple est un indicateur qui désigne la force exercée dans le sens de la rotation sur un axe (moment de force). Dans les explications des termes techniques du domaine de l’automatisation, le couple est défini comme la force exercée dans le sens de la rotation autour d’un axe, et son unité est le N·m (newton-mètre) du Système international d’unités (SI).Le N·m est défini, conformément à la loi sur les unités de mesure, comme le moment de force résultant de l’application d’une force de 1 N perpendiculairement à un point situé à 1 m de distance. Dans le domaine des petits moteurs, on utilise le mN·m, une unité plus petite que le N·m. La relation entre ces deux unités est la suivante :
| Unité | Prononciation | Relations entre les grandeurs |
| N·m | Newton-mètre | Unité dérivée du Système international (SI) exprimant le moment de force |
| mN·m | milliniuton-mètre | Équivalent à un millième de N·m |
Le couple développé par les micromoteurs se limite à l’ordre du mN·m, ce qui représente un ordre de grandeur différent de celui des moteurs de grande taille, qui s’expriment en N·m. Lorsque vous étudiez les sources d’entraînement pour des appareils de petite taille, le fait d’harmoniser les unités de mesure permet d’améliorer la précision de l’estimation du couple nécessaire et de la comparaison des produits.
L’intérêt de concilier miniaturisation et couple élevé
Nous allons vous expliquer l’intérêt de concilier miniaturisation et couple élevé. En principe, plus un moteur est grand, plus il a tendance à générer un couple élevé. Si l’on parvient à augmenter le couple sans modifier la taille, il est alors possible de concevoir un moteur compact capable d’offrir les mêmes performances de couple qu’un moteur de grande taille.De nombreux appareils du quotidien, tels que les smartphones, les aspirateurs ou les sèche-cheveux, sont équipés de moteurs. Plus la miniaturisation de ces appareils progresse, plus les dimensions des moteurs pouvant y être intégrés sont soumises à des contraintes. L’objectif est donc de concevoir des moteurs capables de garantir le couple nécessaire malgré ces contraintes, afin de concilier la miniaturisation globale de l’appareil et le maintien de ses performances.Dans les domaines où l’espace d’installation est limité, comme les appareils médicaux ou les équipements de précision, les moteurs à la fois compacts et capables de développer un couple suffisant constituent un atout qui élargit la marge de manœuvre en matière de conception des produits.
Comment augmenter le couple d’un petit moteur à couple élevé
Le couple d’un moteur est déterminé par sa conception électromagnétique interne et par son mécanisme de réduction externe. Pour augmenter le couple tout en conservant les mêmes dimensions, il est nécessaire de concevoir un système qui combine et optimise ces éléments. Les méthodes permettant d’augmenter le couple peuvent être classées selon plusieurs critères.Dans ce chapitre, en nous appuyant sur cette approche, nous allons présenter les principales mesures d’amélioration du couple pour les petits moteurs, en les classant selon trois critères.
Contenu abordé dans cette section
- Optimisation des aimants et des matériaux de noyau
- Astuces concernant le bobinage et l’entrefer
- Obtention d’une vitesse réduite et d’un couple élevé grâce à un motoréducteur
En comparant les approches axées sur la conception interne et celles axées sur les mécanismes externes, vous pourrez déterminer quelle solution d’augmentation du couple est la plus adaptée à vos besoins.
Optimisation des aimants et des matériaux de noyau
L’optimisation des aimants et des matériaux du noyau constitue une méthode permettant d’augmenter le couple grâce à la conception électromagnétique interne du moteur. Parmi les facteurs internes qui influencent le couple, on peut citer les deux éléments suivants :
| Éléments | Contribution à l’augmentation du couple |
| Révision des aimants | Remplacer les aimants par des aimants plus puissants afin d’augmenter le couple |
| Amélioration des matériaux du noyau | Utilisation d’une tôle magnétique à haute perméabilité pour améliorer la densité de flux magnétique |
Il existe différents types d’aimants, tels que les aimants en ferrite, en néodyme et en samarium-cobalt. Si les aimants en néodyme possèdent un champ magnétique puissant, ils sont en revanche sensibles à la chaleur ; pour les modèles standard, la température d’utilisation recommandée est généralement d’environ 80 °C.En ce qui concerne les matériaux de noyau, plus leur perméabilité magnétique est élevée, plus la performance du noyau en tant qu’électroaimant est améliorée, ce qui permet d’obtenir un couple plus élevé. En choisissant l’aimant et le matériau de noyau en fonction des conditions de température d’utilisation, on se rapproche d’une conception permettant d’augmenter le couple tout en conservant les mêmes dimensions.
Astuces concernant le bobinage et l’entrefer
Les optimisations apportées au bobinage et à l’entrefer constituent également des méthodes permettant d’augmenter le couple grâce à la conception interne. En ce qui concerne le bobinage, l’augmentation du nombre de spires ou l’épaississement du diamètre du fil entraînent une hausse du courant et du flux magnétique, ce qui se traduit par une augmentation du couple. Lorsque le diamètre du fil est accru, le couple de démarrage et le courant de démarrage augmentent proportionnellement au carré de ce diamètre.Par ailleurs, cette relation de proportionnalité au carré tend à s’affaiblir dès lors qu’une certaine limite est dépassée. L’entrefer désigne l’espace situé entre le rotor et le stator. Plus l’entrefer est étroit, plus l’influence du champ magnétique est importante. L’enroulement et l’entrefer étant étroitement liés, il est donc efficace de concevoir le moteur en ajustant ces deux paramètres conjointement.
Obtention d’une vitesse réduite et d’un couple élevé grâce à un motoréducteur
L’utilisation d’un motoréducteur pour obtenir une vitesse réduite et un couple élevé consiste à augmenter le couple grâce à un mécanisme de réduction externe. Un motoréducteur est un produit combinant un moteur et un réducteur; il permet d’augmenter le couple de sortie en fonction du rapport de réduction.Le couple de sortie lors du montage d’un réducteur est calculé à l’aide de la formule « Tout = Tin × i × η » (couple de sortie = couple d’entrée × rapport de réduction × rendement de transmission). Le couple de sortie augmente proportionnellement au rapport de réduction, tandis que la vitesse de rotation diminue en fonction de ce même rapport.Bien que l’intégration du moteur et du réducteur entraîne une baisse de la vitesse de rotation, elle permet d’obtenir un couple élevé ; il est donc nécessaire de procéder à une conception optimale tenant compte de la vitesse de rotation. Les motoréducteurs de C.I. Takiron sont des produits associant un réducteur à un moteur sans noyau ou à un moteur sans balais ; ils constituent une solution idéale pour les applications nécessitant un couple élevé à faible vitesse dans des équipements de petite taille.
Principales applications des moteurs compacts à couple élevé et critères de sélection
Les moteurs compacts à couple élevé sont largement utilisés dans des domaines où un couple spécifique est requis dans des espaces restreints, notamment dans les équipements médicaux et industriels. Pour passer concrètement à leur adoption, il est utile, outre la compréhension de l’application, de disposer à l’avance d’une liste des points à vérifier lors de la sélection ainsi que des réponses aux questions que se posent les concepteurs ; cela permettra de faciliter le processus de réflexion.Dans ce chapitre, nous aborderons successivement les applications représentatives, les points clés à prendre en compte lors de la sélection, puis les questions fréquemment posées.
Contenu abordé dans cette section
- Principales applications des moteurs compacts à couple élevé
- Points à vérifier lors du choix d’un petit moteur
- Foire aux questions sur les moteurs compacts à couple élevé
En suivant pas à pas toutes les étapes, de la compréhension de l’utilisation à la validation du choix, en passant par la résolution des questions soulevées sur le terrain, vous disposerez de tous les éléments d’appréciation nécessaires à l’élaboration de documents destinés à la réflexion en interne.
Principales applications des moteurs compacts à couple élevé
Les principales applications des moteurs compacts à couple élevé s’étendent aux domaines où un contrôle précis du couple, de l’ordre du mN·m, est requis dans des espaces restreints. Parmi les domaines d’application représentatifs, on peut citer les suivants.
[ Principaux domaines d’application des moteurs compacts à couple élevé]
- Dispositifs médicaux (endoscopes, cathéters)
- Équipements industriels (outils électriques)
- Équipements optiques (système d’entraînement des lentilles)
- Équipements de sécurité (serrures électroniques)
Les moteurs à couple élevé trouvent des applications dans un large éventail de domaines, notamment les machines industrielles, la robotique et les appareils médicaux.Les moteurs ultra-compacts à arbre creux devraient trouver des applications dans les secteurs médicaux et industriels, notamment dans les OCT et les endoscopes. Étant donné que le couple et la vitesse de rotation requis varient selon les domaines, la sélection d’un moteur en fonction des exigences de l’application constitue le principe de base de l’étude de conception.
Points à vérifier lors du choix d’un petit moteur
Lors du choix d’un petit moteur, il convient d’adopter une approche globale permettant de comparer le couple et la vitesse de rotation requis, les conditions d’alimentation, la durée de vie et les dimensions. Pour choisir un petit moteur, il est nécessaire de comparer les caractéristiques, les performances et les propriétés de chaque modèle. Vous trouverez ci-dessous une liste des principaux éléments à vérifier au préalable.
| Éléments à vérifier | Contenu |
| Couple et régime | Comprendre l’équilibre entre le couple et la vitesse de rotation requis |
| Conditions d’alimentation | Vérifiez que la tension d’alimentation et le courant se situent dans les limites de la plage d’alimentation |
| Conditions d’utilisation | Tenir compte des conditions d’environnement de fonctionnement, telles que la température |
On considère que lorsque la température ambiante augmente, la résistance des enroulements s’accroît, ce qui entraîne une diminution de la force magnétique de l’aimant et, par conséquent, une baisse du couple de démarrage. En tenant compte de la température de l’environnement d’utilisation pour définir les conditions, vous pourrez choisir un moteur dont les performances sur l’équipement réel seront correctement évaluées.
Foire aux questions sur les moteurs compacts à couple élevé
Dans le cadre de l’étude des moteurs compacts à couple élevé, nous avons rassemblé les questions les plus fréquemment posées sous forme de questions-réponses.
Q1. Est-il possible d’augmenter le couple sans modifier la taille ?
A. Oui, c’est possible. Il est possible d’augmenter le couple tout en conservant les mêmes dimensions, grâce à une révision de la conception des aimants, des enroulements, de l’entrefer, du matériau du noyau et de la hauteur d’empilement du noyau.
Q2. La conception visant à réduire la vitesse à l’aide des rapports de boîte de vitesses afin de gagner en couple constitue-t-elle un compromis ?
A. Ce n’est pas nécessairement un compromis. La réduction de vitesse par engrenage constitue un moyen efficace d’augmenter le couple. Toutefois, la conception doit tenir compte de l’équilibre entre précision, niveau sonore et durée de vie.
Q3. L’augmentation du couple entraîne-t-elle une augmentation de la production de chaleur ?
A. Il augmente. L’augmentation du couple s’accompagne d’une augmentation du courant, et les pertes dans le bobinage se traduisent par un dégagement de chaleur.
Q4. Pourriez-vous m’expliquer pourquoi l’alimentation et le pilote atteignent leurs limites au démarrage ?
A. Lors du démarrage du moteur, un courant de pointe pouvant atteindre plusieurs fois le courant nominal circule. Lorsque la protection contre les surintensités de l’alimentation électrique se déclenche, la tension de sortie diminue ; cette baisse de la tension appliquée entraîne une diminution du couple, ce qui empêche d’obtenir le couple maximal au démarrage.
Il est plus facile de clarifier les points susceptibles de poser problème sur le chantier de conception en les classant selon deux critères : les mesures visant à améliorer le couple et les conditions d’alimentation.
Résumé
Dans cet article, nous avons passé en revue les concepts de base des micromoteurs à couple élevé, les méthodes courantes permettant d’augmenter le couple, leurs principales applications et les points à vérifier lors de la sélection, ainsi que les questions fréquemment posées. Pour augmenter le couple tout en conservant les mêmes dimensions, l’optimisation de la conception interne (aimants, noyau, bobinage) associée à une réduction de vitesse par un motoréducteur constitue une solution efficace.Par ailleurs, la définition des exigences propres à chaque application ainsi que les conditions de température de l’environnement d’utilisation constituent des éléments à prendre en compte lors du choix d’un modèle. La société C.I. Takiron répond à vos demandes d’étude des spécifications de micromoteurs adaptés à vos applications et propose également des solutions sur mesure. N’hésitez pas à nous contacter si vous rencontrez des difficultés lors de l’étude de votre projet.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
Pour plus d’informations sur les micromoteurs de C.I. Takiron, veuillez consulter le site Web suivant.
- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteurs sans balais: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir un petit moteur dans le cadre du développement de vos produits, n’hésitez pas à nous contacter via le formulaire de contact. Nos techniciens vous écouteront pour comprendre votre application et vos exigences, puis vous proposeront la solution la mieux adaptée.
- Contact : https://cik-ele.com/contact/
