Moteurs sans balais à courant continu

J'ai déjà abordé dans une autre page les moteurs à impulsion, qui sont la version simpliste des moteurs électriques modernes à courant continu sans balais.

Un vrai moteur digne de ce nom est généralement composé d'au moins trois groupes de bobinages qui travailleront avec des aimants.

• Avec un seul bobinage+aimant, c'est un moteur à impulsion basique qui ne sera pas « moteur » la plupart du temps, et qui devra être lancé pour fonctionner car la plupart du temps, l'aimant n'est pas dans la zone d'interaction du bobinage.
• Deux bobinages est déjà une meilleure situation, mais ce n'est pas l'optimum.
• Trois bobinages est une situation intéressante, car le moteur démarrera toujours, et on sera toujours « moteur ».
• On peut faire plus compliqué, mais ce sera d'un intérêt très relatif, sauf dans quelques cas particuliers.

La version à 3 bobinages est celle qui correspond à un courant triphasé, où les ondes sont décalées entre elles de 120 degrés.

Dans le temps, on utilisait des balais pour réaliser les contacts et alimenter la bonne bobine au bon moment. Mais ces balais ont la fâcheuse tendance à s'user et à freiner à cause des frottements. Maintenant, on peut utiliser un capteur, par exemple magnétique (puisque l'on a des aimants) qui détectera la position du rotor.

C'est d'ailleurs largement utilisé dans les exemples de moteurs à impulsion où j'indique les principales manières de détecter la position du rotor, avec un relais reed, une sonde hall ou simplement l'induction (on va en reparler).

Il existe énormément de configurations possibles pour les aimants et les bobinages, mais ça se termine souvent en triphasé.

Le rotor peut être à l'intérieur ou à l'extérieur, mais c'est toujours l'aimant puisque l'on doit alimenter les bobinages qui ne doivent pas bouger, forcément.

Voilà ce qu'on trouve dans les dans les disques durs, lecteurs de disquettes et autres CD-ROM/DVD.

Vous trouverez deux grandes sortes de moteurs, suivant que les aimants sont à l'intérieur ou à l'extérieur :

Le plus compliqué sera de deviner à quel type de moteur vous avez affaire. Star=étoile ou Delta=triangle ? Sortez votre ohmmètre pour le savoir.

Une autre difficulté sera de voir comment le moteur est connecté, en particulier à son circuit intégré de commande.

Ces moteurs sont généralement pilotés par des puces spécialement adaptées pour produire les courants au bon moment dans les bobinages, en ayant en entrée l'information de la position du rotor. Ce sont les « drivers » ou circuits de pilotage / pilote.

Ces puces comportent des transistors de puissance en sortie pour envoyer le courant dans les bobines, et un cœur numérique pour recevoir les signaux de position du rotor et calculer la forme du courant.

Il existe toute une tirée de drivers, et chaque fabricant clame avoir la meilleure et la moins chère comme d'habitude. Par exemple Texas Instruments présente sa collection de drivers pour les divers types de moteurs et de tension. Pareil chez Microchip.

À présent, pour réduire les coûts, ces puces n'utilisent plus de capteurs de position : ils sont « senrorless ». À la place, ces puces écoutent ce qui s'appelle en anglais « back-EMF », autrement dit les courants d'induction quand les aimants approchent des bobines. Et c'est nettement plus simple à mettre en œuvre.

Si ça vous amuse, vous pouvez toujours refaire tout ça avec votre propre microcontrôleur, mais bon, inutile de s'embêter et de tenter de faire mieux que des gens qui ont passé des années à concevoir ce genre de circuit.
Qui coûte 1 dollar.

On peut piloter ces moteurs avec des solutions simplistes, au prix d'un mauvais rendement. Mais bon, on peut aussi ajuster la vitesse (ESC Electronic Speed Controller) avec un simple potentiomètre, ce qui attire les bricoleurs.

L'idée est de faire un oscillateur qui marche sur 3 phases, en le simplifiant à l'extrême.

Je ne vous conseille pas de faire un vrai projet avec cette solution, c'est juste pour montrer que parfois, on peut faire très simple avec peu de choses. J'avoue avoir été surpris que ça marche !

Si vous voyez des montages encore plus simples, vérifiez si l'alimentation est en courant continu.

Comme beaucoup de systèmes électriques, si un moteur produit de l'énergie mécanique à partir d'électricité, l'inverse est également possible, on peut se servir d'un moteur comme générateur.

Voilà comment faire s'il vous prenait l'idée de faire une éolienne avec un vieux moteur BLDC. Mais attention. Les moteurs de disques durs, ou même les ventilateurs tournent normalement à une vitesse assez élevée, et il faudra démultiplier la vitesse de rotation pour atteindre des vitesses où la récupération d'énergie sera intéressante...

Vous avez remarqué que le moteur produisait des signaux si on le tournait.

On peut détourner cette propriété pour en faire un encodeur rotatif, autrement dit un bouton tournant qui enverra une information de rotation dans un sens ou dans l'autre, voire même une information sur la vitesse de rotation elle-même, ou le nombre de tours ou de "crans" si le moteur contient beaucoup de bobines.

Vous aurez deux grandes options :

• Soit vous utilisez 3 amplificateurs opérationnels pour obtenir des signaux binaires à partir des signaux analogiques.
• Soit vous utilisez 3 convertisseurs analogique-numérique et vous analysez les données avec un microcontrôleur. Notez que vous pouvez relativement facilement binariser juste après, mais attention au niveau des signaux issus du moteur, la tension dépendra de la vitesse.

À vous de voir. mrExplore vous explique l'usage des amplis ops dans HDD Motor Scrollwheel - working but room for improvement.

Ceci dit, si jamais le moteur que vous avez récupéré contient également les capteurs, ce sera encore plus simple de les écouter. Ils étaient là pour déterminer la position du rotor...

Les mots-clés pour rechercher des détails : "HDD motor jog scroll scrollwheel encoder".