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Débloquer la densité de performance dans les moteurs sans fente

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L'importance des aimants en néodyme pour les moteurs

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Les aimants sont au cœur des discussions mondiales actuelles, pour de bonnes et de mauvaises raisons.

Ces aimants jouent un rôle essentiel dans les performances, l'efficacité et l'optimisation de la taille des moteurs, ce qui les rend indispensables à la conception moderne. En même temps, ils sont profondément liés à une géopolitique complexe et à des restrictions commerciales, ce qui rend l'approvisionnement difficile.

C'est pourquoi il est essentiel de comprendre la sélection des aimants et l'architecture des moteurs pour fournir des produits de haute qualité. En résumé, l'utilisation d'aimants en néodyme pour les moteurs brushless sans fente améliore la densité du couple et permet d'obtenir des moteurs électriques de haute performance.

Dans le prolongement de notre précédent article de blog sur les différences entre les moteurs à fente et les moteurs sans fente, cet article explore la manière dont les aimants influencent la conception des moteurs. Les moteurs brushless sans fente à flux radial et les moteurs brushless sans fente "plats" à flux axial attirent l'attention en raison de leur capacité à fournir un couple sans effet de cogging, un mouvement plus fluide et un meilleur rendement, en particulier lorsque la qualité de l'aimant est optimisée. Si les moteurs sans fente bénéficient d'aimants de qualité supérieure, ces choix peuvent entraîner des compromis pour les moteurs à fente, d'où l'importance de ce débat.

En fin de compte, deux facteurs de conception ressortent :

Nombre de paires de pôles
Qualité de l'aimant

Ces choix ont un impact direct sur le couple, la vitesse et la densité de puissance, ce qui les rend essentiels pour optimiser les performances des moteurs à courant continu sans balais et sans fentes.

Combinaisons de paires de pôles

Tout d'abord, revenons aux principes de base : le nombre de paires de pôles fait référence au nombre de paires de pôles magnétiques Nord-Sud disposées autour du rotor (ou du stator, selon la conception).

Graphique des moteurs classés par nombre de paires de pôles, de 1 à 5, avec des flèches indiquant la relation entre le couple et la vitesse

D'un point de vue physique, la vitesse finale du moteur dépend inversement du nombre de paires de pôles pour une fréquence d'alimentation donnée. La formule de la vitesse synchrone est la suivante

n_s=(120×f)/"nombre de pôles" =(60×f)/"nombre de paires de pôles"

Où : (60×f)/"nombre de paires de pôles" :

n_s= vitesse synchrone (RPM)

f= fréquence d'alimentation (Hz)

Principes de base :

Un nombre élevé de paires de pôles permet généralement d'obtenir un couple plus élevé mais une vitesse plus faible.
Un faible nombre de paires de pôles permet d'obtenir une vitesse plus élevée mais un couple plus faible.

Bien entendu, cela varie en fonction des applications :

Les applications telles que les ventilateurs ont besoin d'une vitesse élevée et utilisent donc moins de paires de pôles.
Les applications nécessitant un couple élevé, telles que les systèmes d'actionnement, ont besoin de plus de paires de pôles.

L'augmentation du nombre de paires de pôles permet de minimiser le flux magnétique par pôle et de réduire les pertes en fer, ce qui améliore considérablement la fluidité du couple. Cependant, pour y parvenir, il faut concevoir soigneusement les bobinages, ce qui peut s'avérer difficile dans le cas des conceptions sans fente avec des fils de microdimension. En fait, cela signifie souvent un investissement important en machines à bobiner avant même d'envisager une quelconque personnalisation.

C'est là que la technologie de bobinage des moteurs Mirmex fait la différence. Notre processus d'impression breveté simplifie la fabrication des bobines et permet une personnalisation facile pour chaque application et chaque combinaison de paires de pôles. Finie la peur de personnaliser les bobinages !

Spécifications de la qualité de l'aimant

Lors de la conception de moteurs électriques de haute performance, un facteur qui peut influencer de manière significative les performances est la qualité de l'aimant. Mais qu'entend-on par "qualité d'aimant" ? En termes simples, il s'agit de la classification des performances d'un aimant, généralement indiquée par un code qui combine :

Un nombre (par exemple, 35, 52, voire jusqu'à 60) représentant l'énergie maximale que l'aimant peut stocker, mesurée en méga Gauss Oersted (MGOe).
Un code de lettres (par exemple, N, H, SH, UH) définissant la capacité de température de l'aimant.

Par exemple, un aimant nommé N52UH a un produit énergétique d'environ 52 MGOe et peut fonctionner à des températures ultra-élevées allant jusqu'à 180°C. À mesure que les fournisseurs repoussent les limites, les aimants atteignent la catégorie N60, offrant ainsi un potentiel de performance encore plus élevé.

Qualités d'aimants au néodyme disponibles pour les moteurs sans bride Mirmex

L'augmentation de la qualité de l'aimant améliore considérablement les performances des moteurs électriques en augmentant le flux magnétique, ce qui améliore la densité de puissance et de couple, ce qui est essentiel pour les conceptions compactes et efficaces.

Cependant, dans les moteurs à fentes, il y a une limite : des aimants plus puissants peuvent provoquer une saturation magnétique dans les dents, ce qui réduit l'avantage des qualités supérieures. En revanche, les moteurs sans fente tirent pleinement parti d'aimants plus puissants.

Comme les moteurs sans fente ont un entrefer apparent plus important, le champ magnétique dans cet entrefer est naturellement plus faible. Cela laisse de la place pour augmenter le champ avec des aimants de qualité supérieure, ce qui permet des conceptions plus compactes et plus fluides qui distribuent le couple de manière uniforme et offrent des gains de performance significatifs.

Le rendement s'améliore également avec des aimants de qualité supérieure. Pour générer de la puissance mécanique, un moteur a besoin d'un couple et d'une vitesse, qui dépendent tous deux du champ magnétique. Si la majeure partie de ce champ provient de l'aimant lui-même - une source "libre" - le moteur nécessite moins d'apport électrique, ce qui réduit les pertes et augmente le rendement global. Cela est particulièrement utile dans les applications où les économies d'énergie et la gestion thermique sont essentielles.

Prêt à améliorer votre conception ?

Alors que les moteurs à fente sont déjà limités par la saturation, les moteurs sans fente ont encore une marge de progression.

En combinant des aimants de haute qualité avec la technologie Mirmex d'enroulement optimisé, les moteurs sans fente peuvent atteindre des constantes de couple et de moteur plus proches de celles des moteurs à fente, tout en conservant leurs avantages inhérents : pas de cogging, faible inductance et livraison de couple en douceur. Cela signifie que les moteurs sans fente peuvent désormais rivaliser avec les moteurs à fente, en offrant des performances supérieures sans sacrifier l'efficacité ou la fluidité.

Si votre projet utilise actuellement un moteur à encoches mais qu'il nécessite une faible ondulation et une absence de cogging, il est peut-être temps d'envisager de passer à la technologie sans encoches. Contactez-nous pour découvrir comment nos conceptions avancées peuvent vous aider à obtenir de meilleurs résultats.

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