Explication de la technologie des moteurs brushless vs brushed

Les moteurs sans balais sont devenus de plus en plus populaires dans l’industrie des outils professionnels pour une utilisation dans les outils sans fil. En fait, même les marques les moins chères fabriquent des outils de base qui utilisent des moteurs sans balais. Bien que cela ne semble pas être un changement significatif, il existe en fait de grandes différences entre la technologie des moteurs sans balais et à balais. Compte tenu de ces différences, nous avons pensé qu’il était important d’expliquer les avantages des moteurs sans balais afin que vous puissiez prendre une décision éclairée sur les outils à acheter et à utiliser.

Comment fonctionnent les moteurs CC à balais

Pièces d’un moteur sans balais

Un moteur à courant continu à balais se compose d’un stator (la partie fixe du moteur) et d’un induit (la partie mobile ou rotative du moteur). En règle générale, le stator est constitué d’un noyau en acier laminé empilé qui entoure le rotor et l’armature (enroulements de cuivre autour du noyau). Dans les petits moteurs, le stator peut aussi être simplement un ensemble d’aimants permanents. L’armature est une série de bobines qui deviennent des électro-aimants lorsque vous appliquez de la puissance.

armure électrique brossée

Les enroulements du stator et de l’induit du moteur à balais doivent être connectés à une source d’alimentation CC. Mais comment? Ils le font au moyen d’une paire de balais de charbon et d’un commutateur – un cylindre rotatif qui transfère l’énergie électrique aux bobines d’induit et à l’électroaimant du stator. Les anneaux de collecteur sont fixés à la bobine d’induit en deux (configuration à 2 pôles), quatre (configuration à 4 pôles) ou plus. Ils tournent avec l’armure.

Les segments de cuivre montés sur le collecteur se connectent aux enroulements du stator et de l’induit. Lorsque le collecteur tourne avec le rotor, il entre en contact avec les balais de charbon et le collecteur modifie le courant dans les enroulements. La polarité changeant rapidement, le rotor continue de tourner à l’intérieur du stator.

Le sens de rotation du rotor peut être inversé en inversant la polarité de l’alimentation CC. Vous pouvez faire varier la vitesse du moteur en ajustant la tension d’alimentation CC.

En général, un moteur à courant continu à balais dépend de contact physique entre les balais et le collecteur pour transférer l’énergie électrique au rotor et produire le mouvement.

Le mouvement blindé

Après avoir alimenté l’armature, chaque bobine chargée tire vers son aimant permanent ou son électroaimant de charge opposée. Comme l’anneau de collecteur au-dessus tourne également, il se déplace d’une connexion de balai de charbon à l’autre. Lorsqu’il arrive au pinceau suivant, il obtient une inversion de polarité. Maintenant, il veut se déplacer vers l’autre aimant permanent tout en étant simultanément repoussé par la même charge.

Au fur et à mesure que le cycle se répète, le moteur tourne. La présence de plusieurs bobines et points de contact sur l’interrupteur assure un mouvement de rotation fluide.

moteur à courant continu brossé

Imaginez un moteur brossé comme une personne indécise. Une telle personne change constamment d’avis entre deux désirs contradictoires – un beignet aux pommes savoureux mais malsain et un smoothie plus sain. C’est comme s’il était coincé dans une boucle, chassant l’un puis l’autre, mais jamais capable de prendre une décision. C’est comme s’il avait un TDAH et qu’il ne pouvait pas se concentrer sur une seule chose. Même lorsqu’il essaie de choisir le smoothie, l’attrait du beignet aux pommes le fait toujours reculer. Les deux parties sont en désaccord l’une avec l’autre, chacune poursuivant passionnément mais indécis son objet de désir respectif presque en même temps.

En quoi la technologie des moteurs sans balais diffère-t-elle des moteurs à balais

Dans un moteur sans balais, le collecteur et les balais traditionnels sont remplacés par un contrôleur électronique. Les aimants permanents, qui agissent comme le rotor, sont maintenant situés à l’intérieur du moteur et tournent autour du stator. Le stator est formé de bobines électromagnétiques fixées à l’extérieur du moteur. Le contrôleur électronique alimente chaque bobine en fonction de la charge nécessaire pour attirer l’aimant permanent.

Le contrôleur électronique d’un moteur sans balais déplace non seulement la charge, mais peut également fournir une charge similaire pour s’opposer à l’aimant permanent situé dans le rotor. Lorsque des charges égales s’opposent, cela crée une poussée sur l’aimant permanent, provoquant le mouvement du rotor. Le rotor est donc déplacé par une traction et une poussée.

moteur brushless démonté

Dans ce scénario, les aimants permanents sont comme mon partenaire de course et moi, et nous prenons nos propres décisions sur ce que nous voulons. J’ai choisi le scone aux pommes tandis que mon partenaire veut le smoothie aux fruits. Nous ne sommes plus indécis ou changeant d’avis.

Moteur sans balais Milwaukee

Le contrôleur électronique continue de faire miroiter nos petits déjeuners préférés devant nous afin que nous avancions toujours. Cela nous pousse également par derrière à utiliser ce que nous ne voulons pas.

Le coût des moteurs à courant continu avec et sans balais

Les coûts du cuivre restent les mêmes dans les moteurs à courant continu sans balais et à balais – et parfois les moteurs sans balais peuvent utiliser plus de matériau. Pourtant, les moteurs à balais coûtent généralement moins cher que les moteurs sans balais comparables. Les moteurs à balais ont simplement moins de composants et moins de complexité. Cela les rend plus faciles et moins chers à fabriquer.

Les moteurs sans balais, en revanche, disposent de ce contrôleur électronique pour fonctionner. L’ajout d’appareils électroniques – essentiellement un petit ordinateur – augmente le coût total. Les moteurs sans balais ont également tendance à être plus efficaces et ont une durée de vie plus longue, ce qui peut justifier le coût initial plus élevé pour certaines applications.

Moteur sans balais Makita ouvert

Efficacité des moteurs avec ou sans balais

Les moteurs sans balais offrent plusieurs avantages d’efficacité par rapport aux moteurs à balais. La conception supprime les deux balais et le collecteur. Sans balais nécessitant un contact physique avec le collecteur, vous éliminez le gaspillage d’énergie et les pertes de vitesse dues au frottement et à la chaleur. Vous réduisez également l’usure du rotor.

Plaquettes de frein de vélo brossées vs moteurs sans balais

L’activation d’un moteur à balais simule la conduite d’un vélo avec les étriers de frein touchant toujours légèrement la jante de la roue. Cette petite quantité de frottement affecte toujours son efficacité et sa vitesse. En effet, pour maintenir la même vitesse, il faut plus d’énergie aux jambes. Vous produisez également de la chaleur le long de la jante du pneu en raison du frottement. En conséquence, les moteurs sans balais fonctionnent simplement plus froids que les moteurs à balais. Ils convertissent également l’électricité en énergie plus efficacement.

Avez-vous déjà remarqué l’étincelle à l’intérieur d’un outil brossé lorsque vous appuyez sur la gâchette ? Ce sont en fait de petits morceaux de métal qui sortent des balais de charbon. Comme ils s’usent avec le temps, ils finissent par échouer. Pour faire fonctionner un outil sans balais, vous devrez éventuellement remplacer les balais. Les moteurs sans balais ne nécessitent pas ce type d’entretien de routine.

Les moteurs sans balais nécessitent un contrôleur électronique, mais cela réduit la taille de la combinaison rotor/stator. Le résultat est des outils plus petits, plus légers et plus compacts. Nous le voyons avec des produits comme le sécateur sans balais Milwaukee M12, qui présente une conception en ligne super compacte. et assez de puissance.

Sécateur sans balais Milwaukee M12

Couple moteur brossé vs sans balais

Lorsque vous comparez les moteurs sans balais aux moteurs à balais, il est facile de supposer que les premiers fournissent plus de couple. En fait, la conception d’un moteur sans balais ou sans balais n’indique pas, en soi, un meilleur ou un pire couple. On se souvient de la première perceuse à percussion Milwaukee M18 FUEL (sans balai). En fait, il avait moins de couple réel que le modèle brossé haut de gamme qui l’a précédé.

Les fabricants ont enfin compris un point clé : l’électronique utilisée dans les moteurs brushless peut augmenter la puissance délivrée à ces moteurs selon les besoins. Plutôt qu’un moteur « stupide » qui augmente la vitesse avec la tension fournie, les moteurs sans balais avaient une intelligence intégrée qui pouvait compenser les gains perdus en raison des applications à couple élevé.

Les moteurs sans balais, comme ceux utilisés dans les tondeuses à gazon électriques et les désherbants à batterie, peuvent détecter quand ils commencent à ralentir sous charge. Tant que la batterie et le moteur fonctionnent dans leurs limites de température, l’électronique d’un moteur sans balai peut tirer et recevoir du courant supplémentaire de la batterie. Il en résulte des outils plus solides et plus rapides. Vous pouvez en voir des exemples dans les performances de RedLink Plus de Milwaukee, de LXT Advantage de Makita et de la gamme de produits Perform and Protect de DeWalt.

Ces technologies intègrent de manière transparente le moteur, la batterie et l’électronique de l’outil dans un système cohérent pour des performances et une autonomie optimales.

Technologie de moteur sans balais sans capteur

Les capteurs Hall sont un type de capteur électronique utilisé pour mesurer la présence et la force d’un champ magnétique. Nommés d’après leur inventeur, Edwin Herbert Hall, ces capteurs semblent aider de nombreux moteurs sans balais à détecter la position du rotor. En détectant la position du rotor, le capteur Hall permet au contrôleur de moteur de déterminer le moment et la séquence appropriés pour appliquer le courant aux enroulements du moteur.

Les moteurs sans balais sans capteur renoncent aux capteurs Hall et utilisent un algorithme pour estimer la position du rotor en fonction du courant fourni aux enroulements et de la tension du moteur.

Les moteurs sans balais sans capteur présentent certains avantages par rapport aux moteurs sans balais traditionnels. Premièrement, ils coûtent moins cher à fabriquer et impliquent moins de pièces. Deuxièmement, ils offrent plus d’espace. Cela signifie que vous pouvez mettre plus de « moteurs » dans le même package. Ils peuvent également augmenter la fiabilité car ils n’ont aucun potentiel de défaillance du capteur. Nous voyons de plus en plus de moteurs brushless sans capteur arriver sur le marché.

le verdict final

Les nombreux avantages des moteurs sans balais, notamment une efficacité, une puissance et une vitesse accrues, contribuent également à prolonger la durée de vie du moteur (et donc de l’outil). Bien que les garanties des moteurs et des outils avec et sans balais puissent être similaires au sein d’une marque donnée, il est courant que les modèles sans balais aient une durée de vie plus longue, pouvant durer plusieurs années au-delà de la période de garantie.

Cela fait des moteurs sans balais une option plus rentable à long terme. La plus grande durabilité et longévité des moteurs sans balais est un facteur clé contribuant à leur popularité croissante dans une variété d’applications.