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Options de la technologie des moteurs aérospatiaux

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Décodage de la sélection des micro-moteurs pour les applications aérospatiales

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Dans l'industrie aérospatiale, la fiabilité et la durabilité ne sont pas négociables. La nécessité de respecter les objectifs de taille, de poids et de puissance (SWaP) ajoute encore au défi, car ces applications exigent des solutions efficaces et compactes qui excellent dans les environnements difficiles. Les technologies des moteurs à courant continu, y compris les moteurs à balais sans noyau, les moteurs cylindriques BLDC (avec ou sans fente) et les moteurs plats à fente BLDC, apparaissent comme des choix optimaux pour répondre à ces exigences, offrant une gamme de facteurs de forme divers adaptés aux besoins d'applications spécifiques.

Les moteurs à courant continu sans balais se composent d'un rotor, constitué d'une bobine fixée à un arbre, et d'un stator avec des aimants fixes. Comme la bobine n'est pas constituée de tôles de fer, le moteur est considéré comme sans fer. Les conceptions sans fer présentent des avantages significatifs puisque les pertes typiques du noyau de fer sont éliminées. Les moteurs sont commutés à l'aide de balais en métal précieux ou en graphite qui réduisent la résistance de contact et la friction, tout en simplifiant l'électronique de commande.

Les moteurs cylindriques BLDC utilisent une bobine stationnaire avec un aimant permanent en rotation. Les enroulements de la bobine, qui font partie du stator, peuvent être alimentés et commutés électriquement, ce qui élimine le besoin d'un système de collecteur et de balais.

Dans la technologie BLDC, il existe deux topologies uniques de moteurs : à fente et sans fente. La principale différence entre ces deux conceptions réside dans l'enroulement du stator. Dans les moteurs à fentes, le fil de la bobine est inséré dans des fentes de laminage, qui peuvent être renforcées par le surmoulage du stator assemblé. Les moteurs sans fente utilisent une conception de bobine autoliée qui peut être plus facile à fabriquer.

Les moteurs plats à fente à courant continu sans balais, quant à eux, ont une configuration unique avec des bobines insérées dans des fentes de laminage à l'intérieur d'une configuration de rotor extérieur. Ces moteurs constituent une solution sur mesure pour les applications A&D, garantissant efficacité et fiabilité sans complexité inutile.

Critères de sélection des moteurs pour les applications aérospatiales

Les technologies des moteurs à courant continu offrent une gamme de solutions parfaitement adaptées aux exigences de l'industrie aérospatiale, chaque option apportant son lot d'avantages. Cependant, il existe des compromis entre ces technologies de moteur, en fonction des critères spécifiques requis par l'application. Les paramètres clés du système de mouvement à prendre en compte lors de la sélection d'un moteur pour votre application sont les suivants :

Densité de couple. Les moteurs à courant continu offrent un couple élevé dans des conceptions compactes, avec jusqu'à 3 à 5 fois le couple continu maximum pendant les phases transitoires. Les moteurs BLDC à fente et sans fente fournissent jusqu'à 10 fois le couple continu maximum sans saturation magnétique. Les moteurs BLDC à rotor extérieur plat offrent une densité de couple élevée avec un facteur de forme plus faible.

Pertes par frottement. Les moteurs CC à balais minimisent les frottements grâce à des matériaux de balais et de collecteurs à faible friction. Les moteurs CC de précision conçus pour l'A&D minimisent les pertes grâce à un choix judicieux des roulements du moteur.

Pertes de fer. Les moteurs à courant continu à noyau de fer subissent des pertes par courants de Foucault à des vitesses élevées, tandis que les moteurs sans fer, privilégiés pour les applications à grande vitesse, éliminent les pertes par fer. Les moteurs BLDC à noyau de fer peuvent minimiser les pertes de fer grâce à une conception stratégique et à la sélection des matériaux.

Vitesse maximale. Les petits moteurs à courant continu et les modèles plats de BLDC peuvent fonctionner en continu à 10 000 tr/min ou plus, tandis que les modèles cylindriques de BLDC peuvent dépasser 40 000 tr/min. Les moteurs à grande vitesse sont dotés de systèmes de roulements équilibrés pour minimiser les vibrations.

Couple de rotation. Les moteurs CC sans noyau et les moteurs BLDC sans fente éliminent le couple de cogging, tandis que les moteurs BLDC à fente peuvent le minimiser grâce à des ajustements de conception.

Durée de vie du moteur. La durée de vie des moteurs à courant continu avec balais est limitée par l'usure des balais et du collecteur, tandis que les moteurs BLDC, à commutation électronique, sont limités par la durée de vie des roulements.

Inertie. Les moteurs BLDC à fente sont préférés pour les applications à faible inertie du rotor, tandis que les moteurs BLDC plats à fente ont une inertie plus élevée en raison de rotors plus grands.

Robustesse. Les moteurs BLDC à fente sont les plus robustes et conviennent aux environnements difficiles grâce à la conception de leur stator et de leur rotor. Les moteurs plats BLDC, bien que moins robustes, peuvent être conçus pour répondre aux exigences A&D.

Conclusion

L'industrie aérospatiale exige une gamme complète de technologies de moteurs capables de répondre aux exigences d'applications diverses avec une fiabilité et une efficacité inébranlables. Des conceptions compactes aux densités de couple élevées, les solutions de moteurs à courant continu offrent un éventail de performances adaptées à des besoins spécifiques, tout en relevant les défis des contraintes SWaP. Les moteurs BLDC sans fente et DC sans noyau se distinguent non seulement par leur efficacité et leur compacité, mais aussi par leur capacité à résister aux normes rigoureuses DO-160G et MIL-STD-810, ce qui en fait des atouts inestimables dans les environnements où la résilience est primordiale.

Êtes-vous en train de naviguer dans les complexités de la sélection du moteur parfait pour votre application ? Contactez les ingénieurs de Portescap ici, qui vous fourniront les informations suivantes