Dans le cadre du développement d’équipements industriels exigeant une grande précision de commande et un rendement élevé, le choix du moteur constitue un facteur déterminant qui influe sur les performances du produit. Ces dernières années, les moteurs sans noyau suscitent un intérêt croissant dans les domaines où la miniaturisation et la haute précision sont indispensables, tels que les appareils médicaux, les équipements optiques et les dispositifs de sécurité.
Grâce à leur structure unique dépourvue de noyau de fer, les moteurs sans noyau ont permis d’allier une rotation fluide et une réactivité élevée, deux caractéristiques difficiles à obtenir avec les moteurs traditionnels.
Dans cet article, nous vous expliquons en détail le fonctionnement de base des moteurs sans noyau, leurs avantages concrets dans les applications industrielles, ainsi que des exemples concrets d’utilisation. Nous vous invitons à vous en servir comme référence pour le choix des moteurs dans le cadre du développement de vos produits.
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Qu’est-ce qu’un moteur sans noyau ? Structure de base et principe de fonctionnement
Nous allons vous présenter la structure de base et le principe de fonctionnement des moteurs sans noyau. Nous vous expliquerons comment leur structure unique, dépourvue de noyau de fer, permet de réduire considérablement le couple de cogging et d’assurer une rotation fluide.
Contenu abordé dans cette section
- Structure de base d’un moteur sans noyau
- Différences structurelles par rapport à un moteur classique
- Principe de fonctionnement et mécanisme anti-cogging
Examinons maintenant en détail chacun de ces éléments.
Structure de base d’un moteur sans noyau
Les moteurs sans noyau sont dotés d’une structure dans laquelle les bobines sont enroulées en forme cylindrique ou plate, sans utiliser de noyau de fer. Alors que dans les moteurs à courant continu classiques, un noyau de fer est placé au centre du rotor, les moteurs sans noyau sont constitués uniquement de bobines, sans noyau de fer.
L’absence de noyau en fer permet d’alléger considérablement le rotor et de réduire son moment d’inertie. Grâce à cette caractéristique, la réactivité lors du démarrage et de l’arrêt est améliorée, ce qui permet un contrôle précis à grande vitesse. Les bobines cylindriques sont disposées à l’intérieur ou à l’extérieur des aimants permanents, de sorte qu’elles tournent au sein du champ magnétique.
Différences structurelles par rapport à un moteur classique
Par rapport aux moteurs à courant continu classiques dotés d’un noyau magnétique, les moteurs sans noyau présentent plusieurs différences structurelles notables. Le tableau ci-dessous récapitule les principales différences.
| Rubrique | Moteurs à courant continu courants | Moteurs sans noyau |
| Structure du rotor | Avec noyau en fer | Sans noyau en fer (bobine uniquement) |
| Couple de cogging | Il se produit | Pratiquement pas |
| Poids du rotor | Relativement lourd | Léger |
| Moment d’inertie | élevé | Faible |
| Réactivité | Standard | Réponse rapide |
| Pertes dans le fer | Présentes | Non |
| Efficacité | Standard | Haute efficacité |
La principale différence réside dans l’absence de noyau magnétique au niveau du rotor. Dans les moteurs classiques, le noyau magnétique sert à concentrer efficacement le flux magnétique, mais il génère également des irrégularités magnétiques (couple de cogging).
En supprimant le noyau magnétique, les moteurs sans noyau ont permis d’éliminer presque entièrement les irrégularités magnétiques. De plus, l’absence de noyau allège le rotor, ce qui réduit son moment d’inertie. Par ailleurs, l’absence de pertes dans le fer permet d’obtenir un fonctionnement plus efficace.
Principe de fonctionnement et mécanisme anti-cogging
La raison pour laquelle les moteurs sans noyau ne génèrent pas de couple de cogging tient à l’absence de noyau magnétique. Dans les moteurs classiques, une force d’attraction magnétique s’exerce entre le noyau magnétique et l’aimant permanent, ce qui entraîne un phénomène de cogging : le couple varie en fonction de la position de rotation.
Dans un moteur sans noyau, seule la bobine tourne dans le champ magnétique ; par conséquent, cette force d’attraction magnétique ne se produit pas.Lorsque l’on fait passer un courant dans la bobine, une force électromagnétique est générée conformément à la loi de la main gauche de Fleming, ce qui permet d’obtenir un couple de rotation régulier. Le flux magnétique étant uniforme, il n’y a pratiquement aucune irrégularité de rotation, ce qui permet un contrôle de la vitesse et un positionnement d’une extrême précision.
Les cinq avantages des moteurs sans noyau et leurs applications dans les équipements industriels
Nous vous expliquons en détail les cinq principaux avantages qui justifient l’adoption des moteurs sans noyau dans les équipements industriels.
Contenu abordé dans cette section
- Avantage n° 1 : un contrôle de haute précision grâce à l’absence de cogging
- Avantage n° 2 : réactivité et performances de démarrage élevées
- Avantage n° 3 : un encombrement réduit grâce à une conception compacte
- Avantage n° 4 : faible consommation d’énergie et prolongation de l’autonomie de la batterie
- Avantage n° 5 : longue durée de vie et grande fiabilité
Nous allons vous expliquer concrètement dans quels domaines d’application chacune de ces caractéristiques prend toute sa valeur.
Avantage n° 1 : un contrôle de haute précision grâce à l’absence de cogging
L’absence de noyau en fer permet d’éliminer pratiquement tout couple de cogging, ce qui garantit une rotation extrêmement fluide. Les irrégularités de rotation étant réduites au minimum, la précision du contrôle de la vitesse et du positionnement s’en trouve considérablement améliorée.
Dans le domaine des dispositifs médicaux, notamment les pompes à perfusion et les respirateurs artificiels, le réglage précis du débit est directement lié à la sécurité des patients ; un contrôle de haute précision est donc indispensable. Les caractéristiques de rotation fluide des moteurs sans noyau permettent un contrôle précis du débit.
Dans les systèmes d’entraînement des lentilles des appareils optiques, la moindre vibration peut entraîner une dégradation de la qualité d’image ; toutefois, grâce à ses propriétés « sans à-coups », il est possible de maintenir une qualité d’image haute définition.
Avantage n° 2 : réactivité et performances de démarrage élevées
Grâce à la structure légère du rotor, le moment d’inertie est faible, ce qui permet des démarrages et des arrêts rapides. Le temps nécessaire pour passer du démarrage à la vitesse cible est réduit, ce qui permet de limiter au maximum les retards de commande.
Le mécanisme de mise au point automatique des appareils photo numériques nécessite un déplacement rapide de l’objectif au moment où le sujet est capturé, ce qui exige une grande réactivité. Grâce à la réactivité élevée des moteurs sans noyau, il est possible d’effectuer une mise au point précise afin de ne pas manquer le moment idéal pour prendre la photo.
Cette caractéristique est également mise à profit dans les mécanismes d’asservissement des robots industriels, notamment dans les situations où un changement instantané de mouvement est requis.
Avantage n° 3 : un encombrement réduit grâce à une conception compacte
La structure sans noyau de fer permet de réduire la taille du moteur lui-même. Comme il est possible de gagner de la place tout en conservant une puissance équivalente, cela améliore la liberté de conception de l’ensemble du produit.
Dans le domaine des appareils médicaux portables, la miniaturisation est indispensable pour alléger la charge pesant sur les patients. L’utilisation de moteurs sans noyau permet de réduire la taille et le poids de l’appareil tout en garantissant les performances requises.
Même dans le domaine des outils portatifs, ils contribuent à réduire la fatigue des opérateurs et à améliorer la maniabilité, ce qui se traduit par une amélioration de l’efficacité du travail. Dans les appareils électroniques qui regroupent plusieurs fonctions dans un espace restreint, la conception compacte des moteurs sans noyau constitue un atout majeur.
* Même si l’absence de noyau magnétique permet d’alléger le rotor, il est possible que le moteur dans son ensemble ne puisse pas être allégé.
Avantage n° 4 : faible consommation d’énergie et prolongation de l’autonomie de la batterie
Grâce à sa conception hautement efficace, la consommation de courant est réduite, ce qui permet un fonctionnement prolongé des appareils alimentés par batterie. L’absence de pertes dans le fer permet de convertir efficacement l’énergie électrique fournie en force de rotation.
Dans le cas des serrures électroniques et des serrures intelligentes, le remplacement fréquent des piles nuit au confort d’utilisation. Grâce à la faible consommation d’énergie des moteurs sans noyau, une seule recharge de piles permet généralement un fonctionnement de six mois à un an.
Même pour les appareils de sécurité portables, dans les situations où une surveillance continue de longue durée est requise, l’allongement de l’autonomie de la batterie se traduit directement par une réduction des coûts d’exploitation. Les performances en matière d’économie d’énergie sont également appréciées du point de vue de la réduction de l’impact environnemental.
Avantage n° 5 : longue durée de vie et grande fiabilité
Ils présentent une usure mécanique réduite et conservent des performances stables sur le long terme. Par rapport aux moteurs classiques dotés d’un noyau en fer, les moteurs sans noyau permettent de réduire la charge exercée sur les roulements grâce à un rotor plus léger. De plus, le faible moment d’inertie des pièces rotatives permet de réduire les contraintes mécaniques lors des démarrages et des arrêts.
Ils sont utilisés dans des applications où aucune défaillance n’est tolérée, telles que le secteur médical ou les équipements de sécurité, et où une fiabilité élevée est requise. Dans le domaine des détecteurs de gaz industriels, un fonctionnement continu dans des environnements dangereux et une réduction au minimum de la fréquence d’entretien sont indispensables. Grâce à la longue durée de vie des moteurs sans noyau, un fonctionnement stable est garanti sur le long terme, ce qui contribue à améliorer la fiabilité de l’ensemble du système.
Applications industrielles et exemples d’utilisation des moteurs sans noyau
Nous allons vous présenter les applications concrètes et des exemples concrets illustrant les domaines industriels dans lesquels les moteurs sans noyau sont réellement utilisés.
Contenu abordé dans cette section
- Applications dans le domaine des dispositifs médicaux
- Applications dans le domaine de l’optique
- Applications dans le domaine des équipements de sécurité et de sûreté
- Applications dans le domaine des outils et équipements industriels
Nous vous expliquons les applications concrètes dans chaque domaine et la manière dont les caractéristiques des moteurs sans noyau contribuent à l’amélioration des performances des produits.
Applications dans le domaine des dispositifs médicaux
Dans les appareils médicaux où un fonctionnement stable et de haute précision est indispensable pour la sécurité des patients, tels que les pompes d’endoscopes ou les articulations des robots médicaux, les moteurs sans noyau sont particulièrement appréciés pour leur grande capacité de contrôle et leur fiabilité.
Les pompes à perfusion doivent contrôler avec précision le débit du produit injectable, et la moindre irrégularité de rotation est inacceptable. Les caractéristiques « sans cogging » des moteurs sans noyau permettent de maintenir un débit constant et stable.
Dans le domaine des respirateurs artificiels également, un contrôle précis de l’assistance respiratoire ayant une incidence directe sur l’état du patient, il est indispensable que les moteurs offrent des performances de haute précision. Par ailleurs, les appareils médicaux portables devant être à la fois compacts et légers, la conception peu encombrante des moteurs sans noyau favorise le développement de ces produits.
Comme indiqué ci-dessus, il peut être utilisé comme l’un des moteurs adaptés aux systèmes d’entraînement des dispositifs médicaux.
Applications dans le domaine de l’optique
Dans les appareils optiques sensibles aux vibrations infimes, tels que les mécanismes d’autofocus et de correction de l’instabilité de la main des appareils photo numériques, ou encore les systèmes d’entraînement des objectifs de microscopes, les caractéristiques de rotation fluides et sans à-coups contribuent à l’amélioration de la qualité d’image.
L’autofocus d’un appareil photo doit capturer le sujet rapidement et avec précision, ce qui exige une grande réactivité. La structure légère du rotor du moteur sans noyau permet un entraînement instantané de l’objectif.
Dans le cas d’un mécanisme de correction du tremblement de l’appareil photo, la moindre vibration pouvant entraîner une dégradation de la qualité d’image, un moteur sans noyau, qui ne génère pratiquement pas de couple de cogging, constitue le choix optimal.
Le mécanisme de rotation et d’inclinaison des caméras de surveillance est également largement apprécié pour son fonctionnement fluide et son silence.
Applications dans le domaine des équipements de sécurité et de sûreté
Dans le domaine des équipements de sécurité nécessitant un fonctionnement à basse tension et une longue durée de vie, tels que les serrures électroniques, les serrures intelligentes ou les détecteurs de gaz portables, l’économie d’énergie et la fiabilité élevée constituent des critères déterminants pour leur adoption. Les serrures électroniques fonctionnant généralement à piles, le remplacement fréquent de celles-ci représente une contrainte pour les utilisateurs.Grâce à la faible consommation d’énergie des moteurs sans noyau, les serrures électroniques classiques peuvent fonctionner pendant une longue période avec un seul changement de pile.
Les détecteurs de gaz portables doivent fonctionner de manière fiable dans des environnements dangereux, et il est nécessaire de réduire au minimum le risque de panne. La grande fiabilité et la longue durée de vie des moteurs sans noyau constituent un atout majeur pour ce type d’application.
De plus, il est également utilisé comme moteur compact et efficace dans les applications d’alarmes vibrantes.
Applications dans le domaine des outils et équipements industriels
Dans le domaine des équipements industriels, tels que les visseuses électriques, les outils portatifs ou les petites pompes, où la portabilité et la puissance doivent aller de pair, les moteurs sans noyau, légers et hautement efficaces, contribuent à renforcer la compétitivité de ces produits.
Dans le domaine des outils à batterie, l’économie d’énergie permettant de prolonger la durée de fonctionnement, les caractéristiques des moteurs sans noyau à haut rendement sont mises à profit. Les moteurs sans noyau sont également choisis pour les petites pompes et les dispositifs de transport, notamment dans les situations où une conception compacte et un fonctionnement stable sont requis.
Résumé
Grâce à leur structure unique dépourvue de noyau magnétique, les moteurs sans noyau offrent de nombreux avantages, notamment une rotation fluide sans à-coups, une grande réactivité, une conception compacte et légère, une faible consommation d’énergie et une longue durée de vie.Leurs caractéristiques sont appréciées dans un large éventail de domaines, notamment les appareils médicaux, les équipements optiques, les dispositifs de sécurité et les outils industriels. Ces caractéristiques permettent d’améliorer les performances des produits et de les différencier de la concurrence.
La réduction considérable du couple de cogging résultant de l’absence de noyau de fer s’avère particulièrement utile dans les applications nécessitant un contrôle de précision.Que ce soit pour le contrôle précis du débit dans les appareils médicaux ou le maintien d’une qualité d’image haute définition dans les équipements optiques, les avantages des moteurs sans noyau sont évidents dans les situations où la moindre vibration est interdite. De plus, la réactivité élevée due à la structure légère du rotor constitue une caractéristique indispensable dans les applications exigeant des mouvements instantanés, telles que les mécanismes de mise au point automatique ou la servocommande des robots industriels.
Leur conception compacte et légère ainsi que leur faible consommation d’énergie constituent des atouts majeurs pour le développement d’appareils portables et de produits fonctionnant sur batterie.Dans le domaine des serrures électroniques et des équipements de sécurité, où une longue durée de vie des piles est requise, les économies d’énergie offertes par les moteurs sans noyau se traduisent directement par une réduction des coûts d’exploitation. De plus, leur faible usure mécanique et leur longue durée de vie permettent de réduire au minimum la fréquence des opérations de maintenance et contribuent à garantir la fiabilité dans les applications où aucune panne n’est tolérée.
Chez C.I. TAKIRON Corporation, nous vous accompagnons de manière globale, depuis la proposition de moteurs sans noyau adaptés à vos applications jusqu’à la personnalisation et au soutien dès la phase de prototypage. Si vous rencontrez des difficultés dans le choix d’un moteur dans le cadre du développement de vos produits, n’hésitez pas à nous contacter.
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/
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