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Portescap : Maintenir la température basse : techniques de gestion thermique

Publication: 29 juillet

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La conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique génère naturellement une température élevée...
 

Dans le cas des moteurs électriques miniatures, il est vital de gérer les températures pour éviter la défaillance des composants. Afin d’optimiser les performances et l’efficacité, le fabricant de moteurs doit concevoir la bonne solution de gestion thermique en fonction des exigences de l’application.

Daniel Muller, ingénieur d’application chez Portescap, explique les considérations de gestion thermique que doit prendre en compte votre fabricant de moteurs miniatures.

Une température interne excessive endommage le moteur et ses composants. Avant même d’en arriver là, la gestion de la températurea un impact sur les performances, notamment sur l’efficacité de la conversion d’énergie. Lors du développement d’un moteur miniature, il est essentiel de s’assurer que la conception et les matériaux utilisés minimisent les pertes thermiques et améliorent la capacité de dissipation de la chaleur du moteur.

Un moteur CC à balais sans fer est généralement conçu comme une bobine autoportante tournant dans l’entrefer entre un aimant permanent et un boîtier, qui font tous deux partie du stator. Lorsque la température de la bobine augmente, la chaleur est transférée de la bobine au tube, puis du tube à l’environnement ambiant. Lorsque le courant électrique circule dans la bobine, sa température augmente, la dissipation de chaleur commence et augmente jusqu’au point où elle compense exactement la production de chaleur. À ce stade, l’énergie thermique contenue dans le moteur est constante dans le temps.

Les moteurs sans balais utilisent le même principe de fonctionnement que les moteurs à balais, mais la bobine est fixée dans le stator et que l’aimant permanent tourne avec l’arbre. Le champ magnétique en mouvement autour du stator entraîne des pertes fer, et un courant électrique est induit dans les lamelles de fer du stator. Ce courant génère de la chaleur, qui s’ajoute à celle déjà produite dans la bobine. Les pertes fer sont proportionnelles à la vitesse du moteur ; elles ne sont pas significatives à basse vitesse mais deviennent plus importantes à haute vitesse et à ce stade, le couple doit être réduit.

Que la technologie soit avec ou sans balais, le défi est le même : maintenir la température de la bobine en dessous de sa maximale admissible. La création d’un contact de haute conductivité thermique avec le moteur peut améliorer la dissipation de la chaleur. Cela peut être réalisé en augmentant la surface d’échange de chaleur avec l’air ambiant, par exemple. Dans la plupart des cas, un moteur installé sur une base métallique, monté par sa face avant sur un support métallique qui aidera à évacuer la haute température du moteur, offre un meilleur refroidissement que si le moteur n’était entouré que d’air.

Les concepteurs et fabricants de moteurs comme Portescap s’engagent avec les clients au début de leur processus de développement pour évaluer la capacité de dissipation d’un moteur ou d’un ensemble moteur/réducteur. En tenant compte du contexte spécifique de l’application, la conception et la configuration peuvent alors être optimisées pour obtenir les meilleures performances du moteur.

Certaines applications nécessitent un couple élevé pendant une courte durée. Les outils électriques industriels, tels que les tournevis, ont besoin de vitesse pendant la phase de démarrage, puis d’un couple maximal pendant la phase de serrage, qui dure généralement jusqu’à une seconde. Pour une exigence de couple de pointe, un moteur peut être alimenté avec un courant qui dépasse le courant continu nominal maximal du moteur, tant que la température de la bobine ne dépasse pas sa température maximale admissible. Cela signifie que la durée du fonctionnement doit être limitée.

Les moteurs sans balais sans encoches sont particulièrement bien adaptés aux couples de crête de courte durée, car leur conception permet d’atteindre typiquement 10 fois le couple continu maximal du moteur avec un courant 10 fois plus élevé. En même temps, les bobines sans encoches peuvent accumuler une grande quantité d’énergie thermique grâce à leur capacité supérieure, ce qui permet de fournir un couple élevé pendant une courte durée sans compter sur la dissipation de la haute température

Une autre façon de gérer la chaleur pour améliorer les performances du moteur consiste à concevoir des stators avec un passage d’air intégré afin que le flux d’air puisse l’évacuer.. Cela permet de se concentrer sur la convection de la chaleur à l’intérieur du moteur, plutôt que sur les conceptions qui reposent principalement sur la conduction de la chaleur. Il est également possible d’intégrer un ventilateur sur l’arbre du moteur, ce qui entraîne un flux d’air à travers le corps du moteur lorsqu’il fonctionne.

La durée de vie et les performances d’un moteur miniature sont étroitement liées à une bonne gestion de la température. La solution dépend des défis de chaque application individuelle et des facteurs de réussite requis, qu’il s’agisse d’atteindre un couple donné ou d’obtenir une efficacité maximale. Pour concevoir un système capable d’atteindre les objectifs spécifiques de votre application de moteur miniature, une équipe de conception expérimentée est un gage de réussite.

https://www.portescap.com/

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