Comment choisir un moteur BLDC : guide complet de sélection

 Pourquoi le choix du moteur BLDC est-il si important ?

Dans les robots, les bras robotisés, les équipements d'automatisation, les drones et les systèmes de fabrication intelligente, le moteur est un composant essentiel qui détermine les performances de mouvement de l'équipement.

De nombreux ingénieurs rencontrent des questions similaires lors de la sélection d'un moteur BLDC :

• Quel couple est nécessaire pour répondre aux exigences de la charge ?

• Comment choisir la valeur KV ?

• La vitesse du moteur répond-elle aux exigences de l'application ?

• Un réducteur est-il nécessaire ?

• La précision de l'encodeur est-elle suffisante ?

• Comment trouver un équilibre entre le poids, la taille et les performances ?

Choisir un moteur BLDC adapté ne consiste pas simplement à comparer la puissance ou la vitesse maximale. Il faut plutôt prendre en compte de manière globale les exigences de l'application, les conditions de charge et les exigences de commande du système.

Pour les équipements rotatifs ordinaires, la vitesse et la puissance peuvent être les principaux critères à prendre en compte ; cependant, pour les systèmes de mouvement haute performance tels que les articulations robotiques, les bras robotisés et les actionneurs électriques, les ingénieurs accordent généralement davantage d'importance aux éléments suivants :

• Couple de sortie élevé

• Densité de couple élevée

• Réponse dynamique rapide

• Contrôle précis de la position

• Conception légère

• Fonctionnement stable à long terme

Par conséquent, choisir le bon moteur BLDC est essentiel pour garantir les performances et la fiabilité de l'ensemble du système de mouvement.

Qu'est-ce qu'un moteur BLDC ?

Un moteur BLDC, ou moteur à courant continu sans balais, est un moteur synchrone à aimants permanents qui utilise une commutation électronique au lieu d'une commutation mécanique traditionnelle.

Les moteurs traditionnels à balais utilisent des balais et un collecteur pour changer le sens du courant, tandis que les moteurs BLDC utilisent un contrôleur électronique pour commander la commutation du courant et permettre un contrôle précis du mouvement du rotor.

Un système complet de moteur BLDC comprend généralement :

• Corps du moteur

• Rotor à aimants permanents

• Bobinages du stator

• Pilote

• Capteur de position ou encodeur

Comme les balais mécaniques sont supprimés, les moteurs BLDC présentent les avantages suivants :

1. Rendement supérieur

La réduction des pertes par frottement mécanique améliore le rendement de conversion énergétique, ce qui rend les moteurs BLDC adaptés aux équipements fonctionnant pendant de longues périodes.

2. Durée de vie plus longue

L'absence d'usure des balais réduit les besoins en maintenance.

3. Performances dynamiques supérieures

Les moteurs BLDC peuvent assurer un démarrage et une accélération rapides ainsi qu'un contrôle précis du mouvement.

4. Mieux adaptés aux applications robotiques

Lorsqu'ils sont associés à un encodeur, un réducteur et un système de commande, ils peuvent constituer une solution de mouvement haute performance.

Par conséquent, les moteurs BLDC sont devenus un composant de puissance important dans les systèmes modernes de robotique et d'automatisation.

Qu'est-ce que la densité de couple d'un moteur BLDC ?

Pour les robots, les exosquelettes et les robots humanoïdes, se concentrer uniquement sur le couple maximal ne suffit pas.

En effet, les robots nécessitent généralement :

• Un poids réduit

• Un espace d'installation plus réduit

• Une capacité de sortie plus élevée

Par conséquent, la densité de couple est devenue un indicateur important pour évaluer les performances d'un moteur.

Formule de calcul :

Densité de couple = Couple de sortie ÷ Poids du moteur

Unité :

Nm/kg

Par exemple :

Deux moteurs peuvent tous deux fournir un couple de 10 Nm :

• Le moteur A pèse 1 kg

Densité de couple :

10 Nm/kg

• Le moteur B pèse 0,5 kg

Densité de couple :

20 Nm/kg

Pour les articulations robotiques, une densité de couple plus élevée signifie :

• Des structures mécaniques plus légères

• Une inertie de mouvement plus faible

• Une réponse dynamique plus rapide

• Une meilleure efficacité énergétique

Par conséquent, les moteurs BLDC à haute densité de couple suscitent un intérêt croissant dans le domaine de la robotique.

Quels paramètres faut-il prendre en compte lors de la sélection d'un moteur BLDC ?

Les principaux paramètres suivants doivent faire l'objet d'une attention particulière lors de la sélection d'un moteur BLDC :

Pour les applications robotiques et de contrôle du mouvement, les paramètres les plus importants comprennent généralement :

• Couple

• Vitesse

• Valeur KV

• Densité de couple

• Précision de l'encodeur

• Performances thermiques

Comment sélectionner un moteur BLDC en fonction des exigences ?

Après avoir analysé les exigences de l'application, l'étape suivante consiste à sélectionner les paramètres appropriés du moteur BLDC en fonction des conditions réelles de fonctionnement.

Les étapes les plus importantes du processus réel de sélection comprennent :

1. Tout d'abord, déterminer le couple requis

Le couple est l'un des paramètres les plus importants dans la sélection d'un moteur BLDC.

Il détermine si le moteur peut entraîner la charge cible.

La formule de base de calcul du couple pour un système rotatif est :

T = F × r

Où :

• T : couple requis (Nm)

• F : force générée par la charge (N)

• r : rayon de rotation (m)

Par exemple :

Un bras robotisé doit transporter une charge de 5 kg et la longueur du bras robotisé est de 0,3 m.

Force gravitationnelle générée par la charge :

F = 5 × 9.81 ≈ 49 N

Couple statique requis :

T = 49 × 0.3

≈ 14.7 Nm

Cependant, dans les applications robotiques réelles, le moteur ne peut pas être sélectionné directement sur la base de cette valeur.

En effet, le système est également soumis aux facteurs suivants pendant le mouvement :

• Inertie d'accélération

• Résistance au frottement

• Variations de charge

• Chocs externes

• Changements de posture

ainsi que d'autres facteurs.

Par conséquent, une marge de sécurité est généralement nécessaire lors de la sélection réelle du moteur :

Couple nominal du moteur ≥ Couple de charge réel × Facteur de sécurité

Le facteur de sécurité est généralement déterminé en fonction des exigences de l'application :

Pour les articulations robotiques, les performances dynamiques sont généralement plus importantes que le simple fait de satisfaire aux exigences de charge statique.

2. Quelle est la différence entre le couple continu et le couple de pointe ?

Il s'agit d'un problème facilement négligé lors de la sélection d'un moteur BLDC.

De nombreux ingénieurs se concentrent uniquement sur le couple maximal annoncé pour un produit, mais le couple de pointe ne représente pas la capacité de sortie à long terme du moteur.

Couple continu

Le couple continu désigne le couple que le moteur peut fournir de manière stable pendant une longue période.

Adapté aux applications suivantes :

• Équipements fonctionnant pendant de longues périodes

• Robots mobiles AGV

• Équipements d'automatisation

• Maintien de posture d'un robot

Par exemple :

Un bras robotisé doit maintenir une position fixe pendant une longue période et dépend du couple continu pour maintenir la charge.

Couple de pointe

Le couple de pointe désigne la capacité maximale de sortie que le moteur peut atteindre pendant une courte période.

Adapté aux applications suivantes :

• Accélération rapide

• Variations instantanées de charge

• Mouvements robotiques à forte dynamique

Par exemple :

Articulation robotique :

Le maintien d'une charge normale nécessite :

10 Nm

Un mouvement rapide peut nécessiter :

20 Nm

Par conséquent, le moteur doit satisfaire aux deux exigences suivantes :

• Couple continu suffisant

• Couple de pointe suffisant

Par conséquent, lors de la sélection d'un moteur BLDC, il ne faut pas regarder uniquement le couple de pointe maximal. Il faut également prendre en compte :

• Cycle de fonctionnement

• Variations de charge

• Vitesse de mouvement

• Conditions de dissipation thermique

afin de procéder à une évaluation complète.

3.  Comment déterminer la vitesse d'un moteur BLDC ?

Après avoir déterminé le couple, la vitesse du moteur doit être déterminée en fonction des exigences de mouvement de l'équipement.

Les différentes applications ont des exigences différentes en matière de RPM (vitesse) :

Dans le cas d'un entraînement direct par le moteur

Si le moteur est directement connecté à la charge, le RPM doit être calculé en fonction de la vitesse de mouvement cible.

Par exemple :

Un mécanisme rotatif nécessite :

60 RPM

La vitesse de sortie du moteur doit donc être proche de :

60 RPM

Lorsqu'un réducteur est utilisé :

Dans les systèmes robotiques, les moteurs BLDC sont généralement utilisés avec des réducteurs.

Un réducteur réduit la vitesse de sortie tout en augmentant le couple de sortie.

Vitesse de sortie = Vitesse du moteur ÷ Rapport de réduction.

Par exemple :

Un moteur tourne à 6000 RPM et le rapport de réduction est de 30:1 :

Vitesse de sortie = 6000 ÷ 30

= 200 RPM

Couple de sortie ≈ Couple du moteur × Rapport de réduction × Rendement.

Par exemple :

Si le couple du moteur est de 1 Nm et que le rapport de réduction est de 30:1 :

Couple de sortie théorique = 1 × 30

= 30 Nm

La valeur réelle doit tenir compte des pertes de rendement du réducteur.

Que signifie la valeur KV d'un moteur BLDC ?

KV est un paramètre important pour la sélection du moteur.

Il désigne théoriquement l'augmentation de la vitesse à vide par volt, exprimée en RPM/V.

Vitesse théorique ≈ KV × Tension

Par exemple :

Un moteur de 100 KV à 24 V :

100 × 24 = 2400 RPM

La vitesse réelle est généralement inférieure en raison de facteurs tels que la charge, le rendement, la chute de tension, la méthode de commande et les pertes par frottement.

KV élevé contre KV faible :

KV élevé :

Vitesse plus élevée, adapté aux applications à grande vitesse, avec un couple relativement plus faible ; couramment utilisé dans les drones, les ventilateurs haute vitesse et les équipements rotatifs à grande vitesse.

KV faible :

Vitesse plus faible et couple plus élevé par unité de courant, ce qui le rend plus adapté à l'entraînement de charges ; couramment utilisé dans les articulations robotiques, les cardans, les actionneurs électriques et les bras robotisés.

Pour les applications robotiques, une attention particulière est généralement accordée au couple élevé, à la grande précision de contrôle et à la faible inertie. Par conséquent, les moteurs BLDC à faible KV et couple élevé sont souvent mieux adaptés aux applications robotiques.

Comment sélectionner la tension de fonctionnement d'un moteur BLDC ?

La tension doit correspondre à l'alimentation du système.

Les options de tension courantes comprennent 12 V, 24 V, 36 V, 48 V et des solutions à tension plus élevée.

La compatibilité avec le système d'alimentation doit être prise en compte.

Par exemple :

Si un système robotique utilise une batterie de 48 V, le moteur, le pilote et le système de commande doivent prendre en charge la plage de tension correspondante de 48 V.

La demande en courant peut être calculée à l'aide de la formule suivante :

P = V × I

Où :

• P : puissance (W)

• V : tension (V)

• I : courant (A)

À puissance identique, une tension plus élevée entraîne un courant plus faible.

Par exemple :

Un système de 480 W :

À 24 V :

I = 480 ÷ 24 = 20 A

À 48 V :

I = 480 ÷ 48 = 10 A

Les avantages d'une tension plus élevée comprennent :

• Pertes dans les câbles plus faibles

• Moins de génération de chaleur

• Meilleur rendement

• Meilleures performances lors d'un fonctionnement à long terme

Par conséquent, les systèmes 24 V et 48 V deviennent de plus en plus courants dans les robots, les AGV et les systèmes d'automatisation industrielle.

Un réducteur et un encodeur sont-ils nécessaires ?

Dans de nombreuses applications robotiques et d'automatisation, un moteur BLDC est associé à un réducteur, un encodeur et un pilote afin de constituer un système d'actionnement complet.

Cela est particulièrement courant dans les articulations robotiques, les bras robotisés, les robots exosquelettes et les robots humanoïdes.

Un seul moteur BLDC ne peut généralement pas satisfaire simultanément toutes les exigences suivantes :

• Couple élevé

• Faible vitesse

• Haute précision

• Taille compacte

Par conséquent, un réducteur et un encodeur sont souvent nécessaires pour obtenir les performances de mouvement souhaitées.

Le réducteur peut augmenter le couple de sortie et réduire la vitesse de sortie, tandis que l'encodeur fournit un retour de position pour un contrôle précis du mouvement.

Cette combinaison permet aux moteurs BLDC d'être utilisés dans une gamme plus large d'applications de mouvement haute performance.

• Couple élevé

• Faible vitesse

• Contrôle de haute précision

Par conséquent, un réducteur et un système de retour d'information doivent être configurés en complément.

1. Pourquoi un moteur BLDC a-t-il besoin d'un réducteur ?

Les moteurs BLDC ont généralement une vitesse relativement élevée, tandis que les articulations robotiques réelles nécessitent :

• Un mouvement à faible vitesse

• Un couple de sortie élevé

• Un contrôle précis

Les principales fonctions d'un réducteur comprennent :

1.  Réduire la vitesse de sortie

Par exemple :

Moteur :

6000 RPM

Rapport de réduction :

50:1

Sortie :

Environ 120 RPM

2.  Augmenter le couple de sortie

Un réducteur peut convertir une entrée à haute vitesse et faible couple en une sortie à faible vitesse et couple élevé.

Par exemple :

Sortie du moteur :

2 Nm

Rapport de réduction :

50:1

Sortie théorique :

Environ 100 Nm

La valeur réelle doit prendre en compte :

• Rendement du réducteur

• Pertes par frottement

• Élévation de la température de fonctionnement

3.  Augmenter la capacité de charge

Pour les articulations robotiques, un réducteur peut aider le moteur à entraîner une charge mécanique plus importante.

Applications courantes :

• Robots industriels

• Robots collaboratifs

• Robots humanoïdes

• Équipements exosquelettes

2. Pourquoi un moteur BLDC a-t-il besoin d'un encodeur ?

Un encodeur est un composant de retour d'information important dans un système de contrôle du mouvement.

Il peut détecter :

• Position du rotor du moteur

• Variations de vitesse

• Angle de sortie

Grâce au retour d'information en temps réel, le contrôleur peut ajuster le mouvement du moteur avec davantage de précision.

Les principales fonctions d'un encodeur comprennent :

1.  Améliorer la précision du contrôle de position

Par exemple :

Un bras robotisé doit se déplacer avec précision jusqu'à un angle spécifié.

L'encodeur peut fournir un retour d'information en temps réel sur la position actuelle, permettant au système de commande d'effectuer un contrôle en boucle fermée.

2.  Améliorer la stabilité du mouvement

Sans encodeur, le système ne peut pas déterminer avec précision la position réelle du moteur.

Les problèmes suivants peuvent survenir :

• Erreurs de position

• Perte de pas

• Contrôle instable

3.  Améliorer la réponse dynamique

Lors des mouvements à grande vitesse et des démarrages et arrêts rapides, le retour d'information de l'encodeur peut aider le système de commande à effectuer des ajustements rapides.

Processus complet de sélection d'un moteur BLDC

Un processus raisonnable de sélection d'un moteur BLDC comprend généralement :

Définir les exigences de l'application

↓

Calculer le couple de charge

↓

Déterminer la vitesse cible

↓

Sélectionner la valeur KV et la tension de fonctionnement

↓

Évaluer les exigences de puissance

↓

Adapter le réducteur et l'encodeur

↓

Vérifier la taille, le poids et les performances thermiques

Cas pratiques de sélection de moteurs BLDC chez CubeMars

La sélection d'un moteur BLDC doit finalement revenir au scénario d'application réel. Les différentes plateformes robotiques ont des exigences différentes en matière de moteurs : les bras robotisés accordent davantage d'importance aux performances de contrôle de position et de contrôle de force, les robots à pattes accordent davantage d'importance à la réponse dynamique et à la densité de couple, tandis que les robots mobiles tels que les rovers martiens doivent trouver un équilibre entre le couple de sortie, la capacité de charge et la stabilité de fonctionnement dans des environnements complexes.

Bras robotisé à 3 axes — Actionneur QDD et contrôle bilatéral

Dans un projet de bras robotisé à 3 axes, le développeur a réalisé des tests pratiques sur l'actionneur QDD CubeMars AK45 V3.0 et a construit un système de contrôle bilatéral utilisant le AK45-10 V3.0 KV75 et le AK45-36 V3.0 KV80.

L'objectif de ce cas n'était pas simplement de comparer le couple maximal des moteurs, mais de tester la capacité de réversibilité de l'actionneur, la capacité de contrôle de force, le retour de position et la réponse dynamique dans une articulation robotique réelle.

Le CubeMars AK45 V3.0 adopte une conception à double encodeur, qui permet d'obtenir simultanément les informations de position côté moteur et côté sortie. L'encodeur côté moteur est utilisé pour le retour de position du rotor, tandis que l'encodeur côté sortie détecte directement la position de l'arbre de sortie du réducteur, améliorant ainsi les capacités de retour de position de l'articulation robotique.

Lors du test, le AK45-10 V3.0 KV75 utilise un rapport de réduction de 10:1, tandis que le AK45-36 V3.0 KV80 utilise un rapport de réduction de 36:1. Le rapport de réduction plus faible confère au AK45-10 une meilleure réversibilité, ce qui le rend plus adapté aux applications robotiques nécessitant un mouvement compliant et un contrôle de force ; le rapport de réduction plus élevé peut fournir un couple de sortie supérieur, ce qui le rend plus adapté aux applications mettant l'accent sur la capacité de charge et le maintien de position.

Ce cas démontre également un contrôle bilatéral à 3 axes. L'opérateur commande le côté esclave du robot à l'aide du dispositif côté maître et reçoit un retour de force en temps réel. Cela montre que, dans les bras robotisés et les robots d'interaction homme-robot, la sélection du moteur nécessite de prendre en compte non seulement le couple et la vitesse, mais également :

• Réversibilité

• Capacité de contrôle du couple

• Retour d'information de l'encodeur

• Vitesse de réponse du contrôle

• Latence de communication

• Rapport de réduction

Conseils de sélection : différents rapports de réduction pour différents besoins des articulations robotiques

Les tests réalisés avec les AK45-10 et AK45-36 montrent que la sélection d’un actionneur QDD ne doit pas reposer uniquement sur le couple maximal. Il est également nécessaire de prendre en compte les exigences spécifiques de l’articulation robotique, notamment la rétro-entraînabilité, le couple de sortie, la souplesse de mouvement et le contrôle de position.

Pour les applications nécessitant des mouvements articulaires plus naturels, une bonne rétro-entraînabilité, un contrôle de force et une interaction homme-robot, un rapport de réduction plus faible peut offrir une transmission de force plus directe et une meilleure rétro-entraînabilité. En revanche, pour les articulations nécessitant un couple de sortie plus élevé, une capacité de charge supérieure et un meilleur maintien en position, un rapport de réduction plus élevé peut être envisagé en fonction des exigences de charge.

Ainsi, lors de la sélection d’un moteur BLDC ou d’un actionneur QDD, le rapport de réduction ne doit pas être déterminé uniquement sur la base du couple maximal. Il convient plutôt de prendre en compte la charge, la vitesse de fonctionnement, la souplesse de l’articulation, les exigences de contrôle de force et la précision du contrôle de position du robot afin de déterminer le rapport de réduction approprié.

Robot à pattes DIY — Sélection d'un moteur BLDC pour les mouvements dynamiques

Comparés aux équipements mécaniques fixes, les robots à pattes ont des exigences plus complexes en matière de moteurs. Lorsque le robot marche, saute, tourne et ajuste sa posture, les articulations accélèrent, décélèrent et changent continuellement de direction. Par conséquent, le moteur doit non seulement fournir un couple suffisant, mais également disposer d'une bonne capacité de réponse dynamique.

Pour les robots à pattes, il est recommandé d'accorder une attention particulière aux facteurs suivants lors de la sélection d'un moteur BLDC :

• Couple de pointe

• Couple continu

• Densité de couple

• Poids du moteur

• Réversibilité

• Vitesse de réponse

• Dimensions de l'articulation

En particulier, le poids du moteur lui-même influence directement l'inertie globale du mouvement du robot. Par conséquent, il ne suffit pas de sélectionner simplement un « moteur à couple élevé » ; il faut trouver un équilibre entre le couple et le poids.

Les actionneurs QDD CubeMars adoptent une conception avec un rapport de réduction relativement faible, équilibrant la capacité de sortie, la réponse dynamique et la réversibilité, ce qui les rend adaptés aux plateformes robotiques nécessitant des mouvements articulaires rapides. Les documents officiels de CubeMars positionnent également les actionneurs QDD pour des applications à forte dynamique telles que les robots à pattes.

Pour les robots à pattes, les charges exercées sur les différentes articulations sont également différentes. Par exemple, les articulations de la hanche, du genou et de la cheville peuvent subir des couples et des profils de mouvement sensiblement différents. Par conséquent, lors de la sélection réelle, les calculs doivent également être effectués séparément en fonction de la position de l'articulation, de la direction du mouvement, de la charge et de la fréquence des mouvements, plutôt que d'utiliser la même spécification pour l'ensemble du robot.

Enseignement pour la sélection :

Pour les robots à pattes, la sélection d'un moteur BLDC doit donner la priorité à une densité de couple élevée, un faible poids, une réponse rapide et une bonne réversibilité, et les spécifications du moteur doivent être déterminées séparément en fonction de la charge réelle de chaque articulation.

Rover martien — Sélection d'un moteur pour les terrains complexes

Le projet de rover martien. Comparé aux bras robotisés et aux robots à pattes, un rover martien est un robot mobile typique, et ses moteurs doivent fournir une puissance de sortie continue pendant le déplacement réel.

Un rover martien peut devoir faire face aux conditions suivantes :

• Terrain irrégulier

• Pentes

• Résistance différente des surfaces de roulement

• Démarrages et arrêts fréquents

• Fonctionnement à long terme

Par conséquent, lors de la sélection d'un moteur BLDC pour ce type d'application, une attention particulière doit être accordée au couple de sortie, à la vitesse, à la capacité de fonctionnement continu, à l'efficacité du système et à la fiabilité.

Pour les robots mobiles, le moteur ne doit pas simplement rechercher un couple de pointe élevé. Plus important encore, il faut s'assurer que le moteur peut fournir en continu une capacité de sortie suffisante pendant tout le cycle de fonctionnement réel.

Par conséquent, lors de la sélection d'un moteur pour un rover martien, l'approche suivante peut être utilisée :

Étape 1 : Calculer la force motrice requise par le véhicule.

Calculer la force motrice requise en fonction du poids total du véhicule, du rayon des roues, de la pente et de la résistance de la surface de roulement.

Étape 2 : Calculer le couple requis par les roues.

Déterminer le couple requis à la sortie du moteur en fonction de la force motrice et du rayon des roues.

Étape 3 : Déterminer la vitesse cible du véhicule.

Déterminer la vitesse de sortie en fonction du diamètre des roues et de la vitesse de déplacement cible.

Étape 4 : Déterminer le rapport de réduction.

Si le moteur BLDC lui-même possède une vitesse relativement élevée, un mécanisme de réduction peut être utilisé pour réduire la vitesse de sortie et augmenter le couple de sortie.

Étape 5 : Vérifier la capacité de fonctionnement continu.

En plus du couple de pointe, le couple continu, l'élévation de température et la stabilité lors d'un fonctionnement à long terme doivent également être vérifiés.

Les applications des actionneurs robotiques CubeMars couvrent également des scénarios tels que les robots mobiles et les rovers martiens. Selon les documents officiels de CubeMars, un projet de Toronto MetRobotics devait effectuer une navigation sur un terrain irrégulier ainsi que des opérations avec un bras robotisé dans un environnement complexe simulant Mars, ce qui imposait des exigences globales en matière de précision de contrôle, de vitesse de réponse et de stabilité des actionneurs.

Enseignement pour la sélection :

Pour les robots mobiles tels que les rovers martiens, la sélection du moteur doit commencer par l'ensemble du système du véhicule plutôt que de se concentrer uniquement sur les paramètres individuels du moteur. La charge, la vitesse du véhicule, la taille des roues, le rapport de réduction, la durée de fonctionnement continu et l'environnement d'exploitation doivent tous être pris en compte de manière globale.

Comment sélectionner un moteur BLDC pour différentes applications ?

Les différentes applications accordent des priorités différentes aux paramètres des moteurs BLDC.

1.  Articulations robotiques

Les articulations robotiques nécessitent généralement :

• Couple élevé

• Densité de couple élevée

• Faible inertie

• Retour d'information de haute précision

• Réponse rapide

Principaux critères à prendre en compte :

Orientation recommandée :

Moteur BLDC à faible KV et couple élevé + encodeur de haute précision + réducteur.

2.  Bras robotisés

Les bras robotisés doivent trouver un équilibre entre :

• Capacité de charge

• Précision de positionnement

• Performances dynamiques

Principaux critères à prendre en compte :

• Couple continu

• Couple de pointe

• Précision du retour de position

• Fluidité du mouvement

Pour les robots collaboratifs, les facteurs suivants doivent également être pris en compte :

• Faible niveau sonore

• Faibles vibrations

• Sécurité

3.  Drones

Les applications de drones accordent généralement davantage d'importance aux éléments suivants :

• Poids

• Rendement

• Vitesse

Paramètres clés :

• KV élevé

• Rendement élevé

• Conception légère

Contrairement aux articulations robotiques, les drones dépendent davantage des performances de rotation à grande vitesse.

4.  Cardans

Les cardans nécessitent principalement :

• Stabilité

• Réponse rapide

• Contrôle précis

Principaux critères à prendre en compte :

• Faible inertie

• Faible couple de détente (couple de crantage)

• Fonctionnement fluide

• Précision de l'encodeur

5.  Robots mobiles AGV

Les AGV accordent généralement de l'importance aux éléments suivants :

• Couple de sortie

• Efficacité de fonctionnement

• Fiabilité à long terme

Paramètres clés :

• Couple continu

• Capacité de dissipation thermique

• Durée de vie du moteur

• Efficacité du système

Erreurs courantes lors de la sélection d'un moteur BLDC

Erreur 1 : Se concentrer uniquement sur le couple maximal

De nombreux utilisateurs donnent la priorité à la question suivante :

« Quel est le couple de pointe maximal ? »

Cependant, le couple de pointe ne représente que la capacité de sortie à court terme.

La sélection réelle doit prendre en compte l'ensemble des éléments suivants :

• Couple continu

• Couple de pointe

• Cycle de fonctionnement

• Conditions de dissipation thermique

Erreur 2 : Supposer qu'une valeur KV plus élevée est toujours meilleure

Une valeur KV plus élevée ne signifie pas que le moteur offre de meilleures performances.

KV élevé :

Avantage :

• Vitesse plus élevée

Inconvénient :

• Couple relativement plus faible

KV faible :

Avantages :

• Capacité de couple plus élevée

• Plus adapté aux applications avec charge

Méthode de sélection correcte :

Sur la base des éléments suivants :

• Exigences de vitesse

• Taille de la charge

• Conditions de tension

Effectuer une évaluation complète.

Erreur 3 : Ignorer la compatibilité du pilote

Un moteur BLDC ne fonctionne pas de manière indépendante.

Le système complet doit assurer la compatibilité entre :

• Moteur

• Pilote

• Alimentation électrique

• Système de commande

Si la capacité d'entraînement est insuffisante, même un excellent moteur ne peut pas fournir ses performances réelles.

Erreur 4 : Ignorer la conception thermique

Lors d'un fonctionnement prolongé à forte charge, l'élévation de température affecte :

• Le rendement du moteur

• La capacité de sortie

• La durée de vie

Par conséquent, les facteurs suivants doivent être pris en compte :

• Durée de fonctionnement

• Température ambiante

• Taux de charge

• Structure de dissipation thermique

Solutions de moteurs BLDC CubeMars

Pour les applications haute performance telles que les robots, les bras robotisés et les actionneurs électriques, CubeMars fournit des solutions de contrôle du mouvement répondant à différentes exigences.

Celles-ci comprennent :

• Moteurs de couple sans cadre

• Actionneurs intégrés

• Solutions d'encodeurs de haute précision

• Systèmes d'entraînement pour articulations robotiques

Dans les applications robotiques, les ingénieurs doivent sélectionner non seulement un moteur, mais également un système de mouvement complet.

Une excellente solution d'entraînement robotique doit fournir simultanément :

• Une densité de couple élevée

• Une taille compacte

• Une réponse dynamique rapide

• Un contrôle précis

• Un fonctionnement fiable à long terme

Résumé

Sélectionner un moteur BLDC adapté ne consiste pas simplement à trouver le modèle offrant la puissance, la vitesse ou le couple les plus élevés. L'objectif est plutôt de trouver le meilleur équilibre entre les performances, la taille, le rendement et la précision de contrôle en fonction des exigences spécifiques de l'application.

Lors du processus réel de sélection, les ingénieurs doivent d'abord définir les exigences de mouvement de l'équipement, notamment :

• Taille de la charge

• Vitesse cible

• Durée de fonctionnement

• Environnement d'exploitation

• Espace d'installation

• Exigences en matière de précision du contrôle

Déterminer ensuite les principaux paramètres du moteur en fonction de ces conditions :

Le couple détermine si le moteur peut entraîner la charge, la vitesse détermine l'efficacité du mouvement, la valeur KV influence les caractéristiques de vitesse du moteur, la tension détermine la compatibilité du système et la puissance détermine la capacité globale de sortie.

Pour les équipements rotatifs ordinaires, la sélection d'un moteur BLDC adapté peut principalement impliquer la prise en compte de la vitesse et de la puissance ; cependant, pour les applications haute performance telles que les robots, les bras robotisés, les exosquelettes et les actionneurs intelligents, se concentrer uniquement sur ces paramètres ne suffit pas.

Ces applications nécessitent généralement également de prendre en compte :

• Une densité de couple élevée pour fournir une puissance de sortie supérieure dans un boîtier plus compact

• Une conception à faible inertie pour une réponse dynamique plus rapide

• Un encodeur de haute précision pour un retour de position précis

• Un faible niveau sonore et de faibles vibrations pour améliorer la stabilité du mouvement

• Une excellente capacité de dissipation thermique pour un fonctionnement fiable à long terme

• Une compatibilité globale entre le moteur, le réducteur et le pilote

En particulier dans la robotique, les moteurs BLDC ne fonctionnent généralement pas de manière indépendante, mais servent de composants d'un système de mouvement complet, dans lequel un réducteur, un encodeur et un contrôleur forment ensemble un actionneur haute performance. Par conséquent, lors de la sélection d'un moteur pour un robot, l'ensemble du système doit être évalué plutôt que de simplement comparer les paramètres individuels des moteurs.

Un processus correct de sélection d'un moteur BLDC doit être le suivant :

Définir les exigences de l'application → Calculer le couple de charge → Déterminer la vitesse de fonctionnement → Sélectionner la tension et la valeur KV → Évaluer les exigences de puissance → Adapter le réducteur et l'encodeur → Vérifier la taille, le poids et les performances de dissipation thermique.

Grâce à une méthode de sélection scientifique, les problèmes tels que des performances insuffisantes du moteur, un faible rendement, une élévation excessive de la température ou une mauvaise compatibilité du système peuvent être évités, tandis que la fiabilité et la durée de vie de l'équipement peuvent être améliorées.

À mesure que les technologies de robotique et d'automatisation continuent de se développer, les moteurs BLDC évoluent vers une densité de puissance plus élevée, une taille plus compacte, un contrôle plus précis et une intelligence accrue. Pour les systèmes robotiques de nouvelle génération, sélectionner le bon moteur BLDC ne signifie pas seulement obtenir une puissance de sortie stable et fiable, mais apporte également davantage de flexibilité, de rapidité de réponse et de potentiel d'application à l'ensemble du système de mouvement.

Par conséquent, qu'il s'agisse d'articulations robotiques, de bras robotisés, d'AGV, d'actionneurs électriques ou d'autres dispositifs intelligents, la sélection d'un moteur BLDC doit être basée sur les exigences réelles de l'application, avec une évaluation complète du couple, de la vitesse, du rendement, de la capacité de contrôle et de la capacité d'intégration du système, afin de trouver la solution moteur qui correspond le mieux au projet concerné.