L'impact des charges de couple, radiales et axiales sur la sélection du moteur

Valentin Raschke | 07 juillet 2023

La sélection d'un moteur pour une application spécifique peut être une tâche difficile. De nombreux facteurs doivent être pris en compte, notamment la tension requise par l'application, le courant et le diamètre maximum, la vitesse, l'efficacité et la puissance, entre autres. Équilibrer ces considérations avec d’autres exigences d’application uniques contribuera à garantir la sélection du moteur idéal. La collaboration entre la solution de mouvement et les équipes d’ingénierie de conception est vitale dès le départ.

Lorsque vous contactez pour la première fois un fournisseur pour obtenir de l'aide dans la sélection d'un moteur miniature, une question essentielle doit être posée : quel est le point de fonctionnement spécifique de l'application, ou le couple et la vitesse requis ? Comprendre la charge sur le moteur aidera à identifier la puissance du moteur nécessaire et les accessoires requis. Il est également important de discuter de la manière dont le moteur sera intégré à l’application. Différents types de charges auront un impact significatif sur la conception du moteur requis, ainsi que sur sa durée de vie et sa fiabilité.

Le couple, la charge radiale et la charge axiale sont différents types de charges présentes dans les applications courantes de moteurs miniatures. Ils sont essentiels au processus de sélection du moteur.

Le couple est la quantité de force de rotation générée par un moteur pendant son fonctionnement. (Veuillez voir la figure 1 ci-dessus.) L'objectif typique d'un moteur est de convertir l'énergie électrique (Pelec = tension x courant) en énergie mécanique (Pmech = couple x vitesse de rotation), de sorte que la charge de couple est présente dans presque toutes les applications de moteurs rotatifs. .

La simple sélection d'un moteur en fonction de la valeur de couple requise « x » est généralement insuffisante. Le couple (et la vitesse) requis dans une application doit être compris sur l'ensemble du cycle de mouvement, car le moteur doit fournir la puissance mécanique nécessaire sans surchauffe. Le fournisseur de mouvements vous demandera souvent de fournir le cycle de mouvement exact que le moteur est censé subir ; cela permet d'analyser la température maximale que le moteur peut atteindre avant une surchauffe. Un exemple de ceci est fourni ci-dessous dans la figure 2.

Figure 2 : Cycle de mouvement typique d’un moteur utilisé dans un outil électrique industriel.

Gardez à l'esprit : la sélection du bon moteur nécessite non seulement de comprendre la valeur de couple requise, mais également le profil couple/vitesse sur l'ensemble d'un cycle de mouvement et son cycle de service.

Figure 3 : Exemple d'un entraînement par courroie.

Dans certaines applications, le moteur ou le réducteur doit non seulement fournir un certain couple pour entraîner la charge, mais il doit également supporter une charge radiale. Il s'agit d'une force qui agit radialement sur l'arbre du moteur. Un exemple est un entraînement par courroie (Figure 3, à gauche), qui est utilisé pour entraîner un axe parallèle au moteur. La force de tension doit être considérée comme une charge radiale agissant sur l'arbre du moteur, surtout si la courroie est précontrainte.

Un deuxième exemple est une pompe à membrane. Un piston monte et descend jusqu'à une pression positive ou négative dans la vanne pour faciliter l'écoulement d'un liquide ou d'un autre matériau. Monté sur l'arbre du moteur, le piston crée le mouvement et applique une charge radiale sur le moteur.

La charge radiale est pertinente pour la sélection du moteur étant donné son impact sur les options de roulements. Dans l'exemple d'un moteur à courant continu à balais ou d'un moteur pas à pas, il existe deux options de roulements standard : les roulements à manchon ou les roulements à billes. Les paliers lisses supportent généralement une charge radiale plus faible et offrent une durée de vie inférieure, mais ces inconvénients sont compensés par leur coût inférieur. En fonction du coût total du moteur, l'utilisation de deux paliers lisses au lieu de roulements à billes peut réduire considérablement les dépenses. Cependant, pour les applications où une charge radiale est présente, comme l'entraînement par courroie et la pompe à membrane, l'utilisation d'au moins un roulement à billes pour le roulement avant du moteur permet de garantir une durée de vie raisonnable et constitue donc le meilleur choix.

Figure 4 : Charge radiale sur un moteur BLDC utilisant deux roulements à billes.

En revanche, les moteurs à courant continu sans balais utilisent généralement deux roulements à billes et peuvent être entraînés à des vitesses beaucoup plus élevées que les moteurs à courant continu ou pas à pas. Un fabricant de moteurs recommandera une force dynamique radiale maximale à laquelle une durée de vie minimale du moteur à une vitesse spécifique peut être atteinte. La force dynamique radiale maximale dépendra de la taille des roulements utilisés, de la distance entre les deux roulements à billes dans le moteur (Figure 4 : Distance « B ») et de la position où la charge radiale s'applique (Figure 4 : Distance « A » ). Un moteur long doté de roulements à billes surdimensionnés supporte généralement une charge radiale plus importante qu'un moteur plus court (Figure 4).