Lors du choix d’un moteur, le calcul du couple est une étape incontournable.Le couple est une grandeur physique qui exprime l’intensité de la force permettant de faire tourner un objet autour d’un axe de rotation. Il est étroitement lié à la puissance et à la vitesse de rotation du moteur ; toute erreur de calcul risque d’empêcher le bon fonctionnement de l’équipement. À l’inverse, il convient de veiller à ne pas choisir un moteur aux caractéristiques techniques excessives, car cela entraînerait une augmentation des coûts et un encombrement de l’espace d’installation.
Dans cet article, nous vous expliquons comment utiliser la formule de calcul « T = 9 550 × P/N », qui repose sur la puissance et la vitesse de rotation, en commençant par la définition de base du couple et la distinction entre ses différentes unités.Ce contenu rassemble des informations utiles dans la pratique, allant de la prise en compte du couple de charge et du coefficient de sécurité lors du choix d’un moteur jusqu’au mécanisme d’augmentation du couple par un motoréducteur. Il aborde également l’utilisation de l’unité mN·m (milliniuton-mètre) employée pour les petits moteurs, ce qui permettra aux personnes qui envisagent de choisir un micromoteur d’en tirer profit.
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Principes fondamentaux et unités à connaître avant de calculer le couple
Pour effectuer un calcul de couple avec précision, il est indispensable de bien comprendre les définitions de base et les unités.
Contenu abordé dans cette section
- Les principes fondamentaux du couple, calculé comme le produit de la force et de la distance
- Distinction entre les unités N·m et mN·m
- La relation d’inverse proportionnalité entre le couple et la vitesse de rotation
Avant de passer aux calculs relatifs au choix du moteur, nous allons passer en revue les notions de base, dans l’ordre.
Les principes fondamentaux du couple, calculé comme le produit de la force et de la distance
Le couple s’obtient en multipliant la « force (F) » par la « distance (L) par rapport à l’axe de rotation ». Par exemple, lorsque vous serrez un boulon à l’aide d’une clé, plus vous la tenez loin du centre de rotation, moins vous avez besoin de force pour le faire tourner.
Selon le même principe que celui du levier, plus la distance entre le point d’application de la force et l’axe de rotation est grande, plus la force de rotation est importante. Plus la valeur du couple d’un moteur est élevée, plus celui-ci est capable de déplacer des objets lourds ou de tourner en résistant à des charges importantes.Lorsqu’il s’agit d’évaluer les performances d’un moteur, considérer le couple comme le produit de la force exercée autour de l’axe de rotation et de la distance d’action facilite la compréhension des formules de calcul qui seront présentées ci-après.
Distinction entre les unités N·M et MN·M
L’unité internationale du couple est le N·m (newton-mètre).On définit le couple de 1 N·m comme la force de rotation résultant de l’application d’une force de 1 N (newton) en un point situé à 1 m de l’axe de rotation. En revanche, dans le domaine des petits moteurs, on utilise généralement le mN·m (millinewton-mètre), qui correspond à un millième de N·m. Les relations entre les principales unités sont les suivantes :
| Unité | Explication |
| N·m (newton-mètre) | Unité de référence du Système international (SI). Couple résultant de l’application d’une force de 1 N en un point situé à 1 m de l’axe de rotation. |
| mN·m (milliniuton-mètre) | Un millième de N·m. Généralement utilisé dans les fiches techniques des petits moteurs |
| kgf·m (kilogramme-mètre-force) | Ancienne unité. Une conversion vers l’unité SI actuelle est nécessaire : N·m = kgf·m × 9,80665 |
Si vous vous trompez de ordre de grandeur entre N·m et mN·m lors de la lecture d’un cahier des charges, vos résultats de calcul risquent de présenter un écart de trois chiffres. Étant donné que le choix d’un micromoteur implique notamment de manipuler des valeurs de couple de l’ordre du mN·m, prendre l’habitude de vérifier les unités vous permettra d’éviter les erreurs de calcul.
La relation d’inverse proportionnalité entre le couple et la vitesse de rotation
Le couple et la vitesse de rotation d’un moteur à courant continu sont généralement inversement proportionnels lorsque la tension d’alimentation est constante. Le principe veut que, lorsque la charge est importante et qu’un couple élevé est nécessaire, la vitesse de rotation diminue, tandis que lorsque la charge est faible, la vitesse de rotation augmente.
Le graphique des caractéristiques S-T (vitesse-couple) illustre visuellement la relation entre le couple et la vitesse de rotation. Sur ce graphique, le couple est représenté sur l’axe des ordonnées et la vitesse de rotation sur l’axe des abscisses ; la relation entre ces deux grandeurs est représentée par une droite descendante vers la droite.Lors du choix d’un moteur, ce graphique permet de déterminer si le point de fonctionnement requis par l’équipement (combinaison de couple et de vitesse de rotation) se situe dans la plage de performances du moteur. En maîtrisant la lecture de la courbe S-T, il est possible de comparer objectivement plusieurs moteurs potentiels.
Formule de calcul du couple d’un moteur et méthode de calcul
Le couple d’un moteur peut être calculé à l’aide d’une formule à partir de la puissance et de la vitesse de rotation.
Contenu abordé dans cette section
- Calculer le couple à l’aide de la formule de base
- Comprendre les trois types de couple : le couple de démarrage, le couple nominal et le couple maximal
- Prendre en compte le couple de charge et le coefficient de sécurité
Nous allons présenter, étape par étape, l’utilisation des formules de calcul ainsi que les principes à prendre en compte pour déterminer le couple nécessaire.
Calculer le couple à l’aide de la formule de base
La formule de base permettant de calculer le couple d’un moteur est « T = 9 550 × P / N ». T représente le couple (N·m), P la puissance (kW) et N la vitesse de rotation (tr/min).Le coefficient 9 550 est une valeur obtenue en réorganisant la relation physique entre la puissance et le couple : « P = T × 2πN / 60 ÷ 1 000 ». Comme 60 000 ÷ 2π ≈ 9 550, il est donc possible de calculer le couple à partir des deux valeurs que sont la puissance et la vitesse de rotation.
Par exemple, pour un moteur d’une puissance de 2,7 W et d’une vitesse de rotation de 17 000 tr/min, on obtient : T = 9 550 × (2,7 ÷ 1 000) ÷ 17 000 ≈ 0,0015 N·m = 1,5 mN·m.La puissance des petits moteurs étant parfois exprimée en W (watts), il ne faut pas oublier de la convertir en kW lors du calcul. Le résultat s’exprime en N·m ; pour le comparer aux caractéristiques techniques d’un moteur exprimées en mN·m, il faut donc multiplier ce résultat par 1 000. En comprenant bien la structure de la formule de base, vous pourrez l’appliquer à des moteurs présentant des conditions différentes.
Comprendre les trois types de couple : couple de démarrage, couple nominal et couple maximal
Il existe trois types de couple pour les moteurs, en fonction de la phase de fonctionnement. Le couple de démarrage est le couple qui apparaît au moment où le moteur commence à tourner à partir de l’arrêt ; le couple nominal correspond à la valeur maximale pouvant être fournie en toute sécurité en fonctionnement continu ; quant au couple maximal, il s’agit de la valeur limite instantanée pouvant être atteinte pendant un court laps de temps.
| Les types de couple | Explication | Principales situations de vérification |
| Couple de démarrage | Force générée lors du démarrage à partir de l’arrêt | Démarrage avec une charge lourde |
| Couple nominal | Valeur maximale pouvant être fournie en toute sécurité en fonctionnement continu | Critère de conception en fonctionnement normal |
| Couple maximal | Valeur limite instantanée pouvant être atteinte en peu de temps | Vérification de la résistance aux surcharges et aux chocs |
Les valeurs de couple à vérifier variant selon les produits et la documentation, il convient de vérifier individuellement, dans les tableaux de caractéristiques et les courbes de performances, les indications relatives au couple de démarrage, au couple nominal et au couple maximal. En déterminant à l’avance, en fonction de l’application, quel type de couple est prioritaire, vous clarifierez vos critères de sélection.
Prendre en compte le couple de charge et le coefficient de sécurité
Lors du choix d’un moteur, il est nécessaire de calculer avec précision le couple de charge requis pour entraîner l’équipement. Le couple de charge ne résulte pas uniquement d’une simple résistance à la rotation, mais dépend de la combinaison de plusieurs facteurs. Les principaux éléments à prendre en compte dans ce calcul sont les suivants :
[Composantes du couple de charge]
- Couple de frottement dû à la résistance au frottement
- Moment d’inertie d’un corps en rotation
- Couple d’accélération exercé lors de l’accélération
Les principes de calcul du couple nécessaire et les valeurs indicatives du coefficient de sécurité varient en fonction du type de moteur et des critères de sélection du fabricant ; il convient donc de les vérifier en se référant à la documentation technique du produit utilisé.La raison pour laquelle on définit un coefficient de sécurité est qu’en conditions réelles d’utilisation, on peut s’attendre à une augmentation de la charge due aux variations de température et à la détérioration due au vieillissement. En choisissant un moteur dont le couple nominal est supérieur à « couple de charge × coefficient de sécurité », vous pouvez vous attendre à un fonctionnement stable sur le long terme.
Points pratiques pour la sélection d’un moteur en s’appuyant sur le calcul du couple
Pour mettre à profit les résultats des calculs de couple dans la pratique de la sélection des moteurs, il convient d’adopter plusieurs approches concrètes.
Contenu abordé dans cette section
- Réduire la vitesse de rotation et augmenter le couple à l’aide d’un motoréducteur
- Comparer les caractéristiques de couple selon les différents types de moteurs
- Il convient de prêter attention à la conversion des unités lors du calcul du couple d’un petit moteur
Nous allons passer en revue les points concrets permettant de mettre en pratique vos connaissances en calcul dans le cadre de vos activités professionnelles.
En réduisant la vitesse de rotation à l’aide d’un motoréducteur et augmenter le couple
Un motoréducteur est un produit qui intègre un moteur et un réducteur. Il est conçu pour réduire la vitesse de rotation grâce aux engrenages du réducteur, tout en augmentant le couple. La formule de calcul du couple de sortie est la suivante :
Couple de sortie = couple nominal du moteur × rapport de réduction × rendement du réducteur
Plus le rapport de réduction est élevé, plus la vitesse de rotation diminue, et le couple augmente d’autant. Toutefois, en raison des pertes liées au rendement de transmission des engrenages, le couple de sortie réel est inférieur à la valeur théorique.Même si un moteur seul ne fournit pas le couple nécessaire, le choix d’un motoréducteur peut parfois permettre de répondre aux exigences. Lorsque le calcul du couple révèle que le couple nominal est insuffisant, le recours à un motoréducteur constitue également une option valable.
Comparer les caractéristiques de couple selon les différents types de moteurs
Les caractéristiques de couple variant selon le type de moteur, il est nécessaire de choisir le type adapté à l’application. Les caractéristiques de couple des moteurs les plus courants sont les suivantes.
| Types de moteurs | Principales caractéristiques de couple |
| Moteur à courant continu | Couple de démarrage élevé ; le couple augmente proportionnellement à l’intensité du courant |
| Moteur CC sans balais | Ils offrent un couple stable sur une large plage de régimes et permettent un contrôle aisé de la vitesse |
Les moteurs à courant continu présentent la particularité de voir leur couple augmenter proportionnellement au courant, ce qui simplifie leur commande. Les moteurs à courant continu sans balais, grâce à leur faible nombre de contacts mécaniques, subissent une usure réduite et sont donc adaptés à une exploitation à longue durée de vie. En comparant les courbes de vitesse de rotation et de couple des différents moteurs et en sélectionnant le type le mieux adapté aux conditions d’utilisation, vous pourrez optimiser les performances de l’ensemble de l’installation.
Il convient de prêter attention à la conversion des unités lors du calcul du couple des petits moteurs
Pour les petits moteurs, les valeurs de couple s’expriment en mN·m (milliniuton-mètre) ; une erreur de conversion avec l’unité N·m peut entraîner un écart de trois chiffres. Il est donc efficace, pour éviter toute erreur de sélection, de vérifier rigoureusement les unités dès la lecture des valeurs indiquées dans la fiche technique.
Par ailleurs, les moteurs de conception sans noyau ferreux, tels que les moteurs sans noyau, ne génèrent pas de couple de cogging (légères irrégularités de rotation dues à l’interférence magnétique entre le noyau ferreux et les aimants) et se prêtent donc particulièrement bien à un contrôle de précision tirant parti de leurs caractéristiques de rotation fluides.Pour sélectionner le moteur le mieux adapté à votre application et à vos conditions d’utilisation, il est recommandé de communiquer de manière précise au fabricant les conditions requises, telles que la valeur de couple, la vitesse de rotation et la tension d’alimentation, ce qui permettra de restreindre efficacement le choix des modèles potentiels.
Résumé
Le couple d’un moteur est un indicateur de la force de rotation défini par la formule « force × distance ». À l’aide de la formule de base « T = 9 550 × P/N », il est possible de calculer le couple à partir de la puissance de sortie et de la vitesse de rotation.Lors de la sélection, il est important de bien comprendre les trois types de couple (couple de démarrage, couple nominal et couple maximal) et de définir le coefficient de sécurité en se référant à la documentation technique du moteur utilisé.L’utilisation d’un motoréducteur permet également d’augmenter le couple en fonction du rapport de réduction. Les calculs pour les petits moteurs s’effectuant en mN·m, il convient de prêter une attention particulière à la conversion des unités. Une fois que vous maîtrisez les bases du calcul du couple, nous vous invitons à vous en servir pour sélectionner le moteur le mieux adapté à votre application.
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/
- Moteur 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/
