À une époque où la réduction de la consommation d’électricité est une nécessité, les moteurs à haut rendement suscitent un intérêt croissant.
Les moteurs à haut rendement sont une technologie qui contribue à réaliser des économies d’énergie et à réduire les coûts en convertissant efficacement l’électricité en puissance.
Dans cet article, nous vous expliquons en détail le fonctionnement de base et les différents types de moteurs à haut rendement, ainsi que leurs avantages et les points à prendre en compte lors de leur mise en œuvre. De plus, nous vous présentons les caractéristiques des moteurs sans noyau et des moteurs sans balais de C.I. Takiron, qui constituent des solutions permettant d’améliorer le rendement des moteurs de petite taille.
* Veuillez noter que notre société ne commercialise pas de moteurs à haut rendement.
| 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. |
Principes fondamentaux et types de moteurs à haut rendement
Nous vous présentons les notions fondamentales, depuis la définition des moteurs à haut rendement jusqu’aux critères de classification par classe de rendement, en passant par leurs principaux types.
Contenu abordé dans cette section
- Présentation des moteurs à haut rendement
- Classes d’efficacité et normes IE
- Principaux types de moteurs à haut rendement
Nous allons examiner ci-après chacun de ces points plus en détail.
Présentation des moteurs à haut rendement
Un moteur à haut rendement est un moteur conçu pour réduire au minimum les pertes lors de la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique.
En limitant les pertes d’énergie sous forme de chaleur, comme c’est le cas avec les moteurs classiques, il est possible d’accomplir davantage de travail avec la même puissance électrique.
À l’intérieur d’un moteur, plusieurs types de pertes se produisent : les pertes dans le cuivre (pertes dues à la résistance des enroulements), les pertes dans le fer (pertes dues aux variations du flux magnétique) et les pertes mécaniques (friction et pertes dues au vent).Dans les moteurs à haut rendement, il est possible de réduire globalement ces pertes grâce à l’utilisation de tôles magnétiques de haute qualité, à l’utilisation de fils plus épais pour les enroulements et à l’amélioration des roulements, entre autres.
Vous pouvez ainsi réaliser à la fois des économies d’énergie et des réductions de coûts.
L’amélioration du rendement de conversion énergétique permet, à long terme, de réduire les factures d’électricité et de limiter les émissions de CO₂, ce qui contribue également à réduire l’impact environnemental.
Classes d’efficacité et normes IE
Les niveaux de rendement des moteurs sont définis par la norme CEI 60034-30-1 de la Commission électrotechnique internationale (CEI) et classés en cinq catégories, allant de IE1 (rendement standard) à IE5 (rendement ultra-élevé). Au Japon également, les classes de rendement basées sur cette norme CEI sont utilisées.
Les caractéristiques de chaque classe sont les suivantes.
| Classe d’efficacité | Classification | Caractéristiques |
| IE1 | Rendement standard | Niveau de référence des moteurs traditionnels |
| IE2 | Haute efficacité | Moteur offrant un rendement supérieur à la norme |
| IE3 | Rendement Premium | Équivalent aux normes « Top Runner » japonaises* |
| IE4 | Rendement « Super Premium » | Un rendement encore plus élevé |
| IE5 | Rendement ultra-élevé | Le plus haut niveau de rendement à l’heure actuelle |
Plus la classe IE est élevée, plus le rendement s’améliore, toutes conditions égales par ailleurs. Les coûts réels d’électricité et les économies de CO₂ varient en fonction de la puissance, du taux de charge, de la durée de fonctionnement et du prix de l’électricité, mais une amélioration du rendement de quelques pour cent seulement permet de réduire le coût total des installations fonctionnant pendant de longues périodes.
Grâce à cette norme, les utilisateurs peuvent choisir un moteur en se basant sur des indicateurs objectifs.
*À propos de « Top Runner » : https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saving/enterprise/equipment/
Principaux types de moteurs à haut rendement
Il existe différents types de moteurs à haut rendement, en fonction de leur utilisation et de leur taille.
Parmi les exemples les plus courants, on peut citer les moteurs à induction triphasés, les moteurs à aimants permanents et les moteurs à courant continu sans balais.
Les moteurs à induction triphasés de classe IE3 ou supérieure sont largement utilisés dans les équipements industriels de grande taille et servent à entraîner des pompes, des ventilateurs, des compresseurs, etc. Ils se caractérisent par une grande robustesse et offrent la durabilité et la fiabilité nécessaires à un fonctionnement continu sur de longues périodes.
En revanche, les moteurs sans balais et les moteurs sans noyau conviennent particulièrement aux appareils de petite taille et aux applications nécessitant un contrôle de précision. Ceux-ci offrent une excellente réactivité et, grâce à leur faible couple de cogging, permettent une rotation fluide.
Ces produits sont plébiscités dans des domaines exigeant une grande précision, tels que les appareils médicaux, les équipements optiques et les dispositifs de sécurité.
Le choix d’un type de moteur adapté à l’application est essentiel pour optimiser le rendement et améliorer les performances.
Afin d’optimiser l’ensemble du système, il est nécessaire de prendre pleinement en compte les caractéristiques de l’élément entraîné ainsi que ses modes de fonctionnement.
Les trois avantages liés à l’adoption de moteurs à haut rendement
Nous allons vous présenter les avantages concrets liés à l’adoption de moteurs à haut rendement sous trois angles différents.
Contenu abordé dans cette section
- Réduction de la consommation d’électricité grâce aux économies d’énergie
- Amélioration de la rentabilité grâce à une utilisation à long terme
- Prolongation de la durée de vie des équipements grâce à la limitation de l’augmentation de la température
Bien qu’un investissement initial soit nécessaire, les avantages obtenus lors de la phase d’exploitation sont considérables et le retour sur investissement est tout à fait prévisible.
Réduction de la consommation d’électricité grâce aux économies d’énergie
Les moteurs à haut rendement présentent un rendement de conversion énergétique supérieur à celui des moteurs à rendement standard, ce qui permet de réduire la consommation électrique à puissance égale. Cela s’explique par le fait que les pertes lors de la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique sont faibles.
Les moteurs conformes à la norme « Top Runner » (équivalents à la classe IE3) permettraient, selon les rapports, de réduire les pertes d’environ 35 % par rapport aux moteurs standard.Si l’on remplaçait tous les moteurs industriels du pays par des moteurs répondant à la norme « Top Runner », on pourrait espérer une économie d’électricité de 15,5 milliards de kWh par an. Si l’on se base sur une consommation électrique annuelle d’environ 3 950 kWh par foyer, cela équivaut à la consommation annuelle d’environ 3,9 millions de foyers.
Même dans le domaine des petits moteurs, les moteurs sans noyau et les moteurs sans balais présentent un rendement supérieur à celui des moteurs à balais traditionnels, ce qui permet de prolonger l’autonomie des appareils alimentés par batterie.
Il présente de grands avantages dans les applications où l’économie d’énergie est essentielle, telles que les appareils médicaux et les équipements de sécurité.
Amélioration de la rentabilité grâce à une utilisation à long terme
Les moteurs à haut rendement présentent un coût d’acquisition plus élevé que les moteurs standard, mais leur utilisation à long terme permet de réduire les coûts d’exploitation grâce aux économies d’énergie cumulées.
À mesure que les économies réalisées sur la facture d’électricité s’accumulent, l’investissement initial peut être amorti au bout d’un certain temps. Le délai de rentabilité est d’autant plus court que le temps de fonctionnement des équipements est long.
Dans les applications à taux d’utilisation élevé, telles que les pompes ou les ventilateurs fonctionnant 24 heures sur 24, les économies d’électricité réalisées chaque année sont plus importantes qu’avec un moteur standard, ce qui se traduit généralement par des avantages économiques significatifs.
Si l’on considère le coût total, il est plus économique de remplacer les moteurs standard par des moteurs à haut rendement que de continuer à les utiliser. De plus, si l’on ajoute à cela l’allongement de la durée de vie des équipements, dont il sera question plus loin, la rentabilité globale s’en trouve améliorée, notamment grâce à la réduction des frais d’entretien et des coûts de remplacement.
Prolongation de la durée de vie des équipements grâce à la limitation de l’augmentation de la température
Les moteurs à haut rendement perdent peu d’énergie sous forme de chaleur, ce qui permet de limiter l’élévation de température pendant leur fonctionnement.
Le fait de maintenir la température du moteur à un niveau bas permet de ralentir la dégradation de l’isolation des enroulements et l’usure des roulements, ce qui contribue à prolonger sa durée de vie.
On considère généralement que lorsque la température des enroulements d’un moteur diminue de 10 °C, sa durée de vie est multipliée par deux environ.
Les moteurs à haut rendement générant peu de chaleur permettent non seulement de réduire les coûts liés aux équipements de refroidissement, mais aussi de limiter la fréquence de remplacement des moteurs eux-mêmes, ce qui se traduit par une réduction des coûts. En particulier pour les équipements difficiles d’accès ou les chaînes de production dont l’arrêt entraînerait des pertes importantes, les avantages de la maintenance préventive résultant de l’allongement de la durée de vie sont très appréciés.
Points à prendre en compte lors de l’installation de moteurs à haut rendement et choix de moteurs de petite taille
Nous vous présentons les points à vérifier lors de la mise en service, ainsi que des solutions permettant d’améliorer le rendement des petits appareils.
Contenu abordé dans cette section
- Vérification de la taille du moteur et de l’espace disponible pour son installation
- Évolution de la vitesse de rotation et du courant de démarrage
- Choix de moteurs à haut rendement pour les petits appareils
Un choix judicieux permet de concilier gain d’efficacité et amélioration des performances.
Vérification de la taille du moteur et de l’espace disponible pour son installation
Les moteurs à haut rendement ont tendance à présenter un diamètre extérieur et une longueur totale supérieurs à ceux des moteurs standard, en raison de l’utilisation de tôles magnétiques de haute qualité et de l’utilisation de fils d’un diamètre plus important pour le bobinage.
Lors du remplacement d’un équipement existant, il est nécessaire de vérifier au préalable les cotes de raccordement ainsi que les risques d’interférence avec les équipements environnants.
Il ne faut pas seulement tenir compte des cotes de montage du moteur, mais également de l’espace nécessaire au câblage et au refroidissement. Selon l’environnement d’installation, il peut s’avérer nécessaire de modifier le châssis ou de réaménager la tuyauterie.
Si vous souhaitez allier compacité et rendement élevé, pensez également à envisager des solutions telles que les moteurs sans noyau.
Les moteurs sans noyau, de par leur structure dépourvue de noyau de fer, sont à la fois compacts et très efficaces.
Ce produit est adapté aux applications soumises à des contraintes d’espace strictes, telles que les appareils médicaux ou les équipements optiques.
Évolution de la vitesse de rotation et du courant de démarrage
Les moteurs à haut rendement présentant de faibles pertes, les moteurs à induction triphasés de classe IE3 ou supérieure ont tendance à tourner à une vitesse supérieure à celle des moteurs standard (l’amplitude de cette augmentation varie en fonction de conditions telles que le nombre de pôles, la puissance nominale et le glissement).
Cette augmentation de la vitesse de rotation entraîne, dans le cas des machines hydrauliques telles que les pompes ou les ventilateurs, une augmentation du débit, ce qui peut accroître la charge. De plus, le courant de démarrage a tendance à augmenter, ce qui nécessite de vérifier la capacité des installations de distribution électrique. Si les installations électriques existantes ne permettent pas de faire face à cette situation, il faudra revoir le calibre des câbles et la capacité des disjoncteurs.
Dans le cas des pompes et des ventilateurs, l’augmentation de la puissance peut parfois entraîner une hausse de la consommation électrique ; il est donc nécessaire de prendre les mesures appropriées. C’est pourquoi des mesures telles que la commande par variateur sont indispensables.
L’utilisation conjointe d’un variateur permet de réguler correctement la vitesse de rotation et d’atteindre un rendement de fonctionnement optimal tout en limitant le courant de démarrage. L’association avec un variateur permet un fonctionnement flexible adapté à la charge.
Choix de moteurs à haut rendement pour les petits appareils
Dans le domaine des petits appareils, tels que les appareils médicaux, les appareils optiques et les équipements de sécurité, les moteurs sans noyau et les moteurs sans balais constituent des options de choix pour améliorer le rendement. Bien que de petite taille, ils offrent un rendement élevé et conviennent parfaitement aux applications nécessitant un contrôle de précision.
Les moteurs sans noyau de C.I. Takiron ne présentent aucun effet de cogging, offrent une grande réactivité et permettent un démarrage à basse tension ainsi qu’une faible consommation d’énergie.
Grâce à leur conception sans noyau de fer, ils offrent des caractéristiques de rotation fluides et permettent un contrôle de haute précision tout en limitant les vibrations et le bruit. Certains modèles peuvent même démarrer à une tension extrêmement faible, à savoir 1,0 V, ce qui contribue à réduire la consommation d’énergie des appareils fonctionnant sur batterie.
Bien que de petite taille, ils offrent un rendement élevé et sont utilisés dans de nombreux domaines, tels que les endoscopes médicaux, les mécanismes d’obturation des appareils photo et les serrures électroniques.
Pour obtenir des informations détaillées sur les spécifications ou des exemples de mise en œuvre, veuillez nous contacter via le formulaire de contact. Nous vous proposerons la solution la mieux adaptée à vos besoins et à vos exigences.
Résumé
Les moteurs à haut rendement constituent une technologie permettant de générer de la puissance de manière efficace tout en limitant les pertes d’énergie ; ils présentent trois avantages principaux : des économies d’énergie, une amélioration de la rentabilité et une prolongation de la durée de vie des équipements.
Des classes de rendement ont été définies conformément aux normes CEI, et leur adoption progresse actuellement dans un large éventail d’applications, allant des grands moteurs industriels aux petits moteurs.
Lors de la mise en service, il convient de prêter attention aux variations de taille et de vitesse de rotation ; toutefois, un choix approprié permet d’espérer d’importants gains d’énergie.
Pour les petits appareils, il existe également des options telles que les moteurs sans noyau et les moteurs sans balais de C.I. Takiron, qui allient compacité et rendement élevé.
Choisissez le moteur le mieux adapté à votre application afin de concilier économies d’énergie et hautes performances.
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/
