En excitant alternativement les bobines du stator avec un courant continu pulsé unidirectionnel, un champ magnétique rotatif pas à pas est généré pour attirer continuellement le rotor en rotation. Schéma visuel et contrôle du principe de fonctionnement du moteur sans balais.
Chaque aimant a deux extrémités, appelées le pôle N (Nord/Rouge) et le pôle S (Sud/Bleu).
Lorsque deux pôles magnétiques se rapprochent :
• Les pôles semblables se repoussent : N rencontre N, ou S rencontre S, ils se repoussent mutuellement.
• Les pôles opposés s'attirent : N et S se rencontrent, ils s'attirent et collent ensemble comme de meilleurs amis.
Une bobine de cuivre ordinaire devient instantanément un électroaimant lorsque le courant y circule. En contrôlant l'interrupteur, nous pouvons faire apparaître et disparaître sa force magnétique à tout moment. Le moteur s'appuie sur ces électroaimants commutables pour attirer et faire tourner continuellement l'aimant central !
Dans ce modèle, les trois bobines du stator (A, B, C) sont chacune connectées à un interrupteur (MOSFET). L'entrée externe est une source d'alimentation CC pure (VCC). En activant alternativement les commutateurs selon une séquence temporelle spécifique via un microcontrôleur (MCU), le courant continu circule de manière pulsée et unidirectionnelle à travers chaque bobine de phase. Chaque bobine sous tension devient un électroaimant de polarité N fixe, attirant le pôle S du rotor à s'aligner séquentiellement pour réaliser une rotation continue.
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| Étape | Angle du rotor | MOS A (Bobine A) | MOS B (Bobine B) | MOS C (Bobine C) | Dir. du champ | Type de courant |
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Les moteurs AC sans balais traditionnels alternent le sens du courant dans les bobines pour basculer les pôles entre N et S. Dans un moteur sans balais unipolaire, la polarité de chaque bobine est fixe (produisant uniquement le pôle N). Nous n'avons pas besoin de basculer les pôles positif et négatif ; il nous suffit de suivre la séquence "A ON -> A OFF / B ON -> B OFF / C ON", ce qui équivaut à allumer tour à tour des indicateurs de champ magnétique à différentes positions physiques. En raison de l'attraction des pôles opposés, le pôle S du rotor est entraîné dans une direction spécifique par les champs magnétiques du stator activés séquentiellement.
Dans le mode pas entier à 3 étapes, à chaque commutation de bobine, le champ magnétique du rotor doit sauter de 120°. Un angle de pas trop grand provoque de fortes vibrations. Le mode demi-pas introduit un état de "bobines biphasées excitées" : lorsque les bobines A et B sont alimentées simultanément, leurs champs magnétiques se superposent pour produire un champ combiné au milieu (60°). En conséquence, l'angle de saut est réduit de moitié (60° au lieu de 120°), pour un total de 6 étapes. La rotation est nettement plus fluide et précise.
Bien que le circuit de commande CC pulsé unipolaire soit extrêmement simple, 2/3 des enroulements du moteur sont complètement inactifs à tout moment, et les bobines en cuivre ne sont pas utilisées de manière bidirectionnelle. Cela conduit à une densité de puissance et à une utilisation des matériaux extrêmement faibles. Les moteurs sans balais classiques font circuler un véritable courant alternatif bidirectionnel (courant alternatif triphasé sinusoïdal) dans les bobines, utilisant 100 % des bobines du stator à tout moment, offrant une efficacité extrêmement élevée et un couple très fluide.
La bobine du stator est une charge hautement inductive. Lorsque le MOSFET est soudainement bloqué, le courant ne peut pas s'interrompre instantanément, générant une force contre-électromotrice transitoire très élevée (pouvant atteindre des centaines de volts), qui peut facilement détruire le MOSFET. La diode de roue libre connectée en parallèle avec chaque bobine fournit un chemin de décharge pour cette énergie résiduelle, permettant au courant de circuler et de s'atténuer à l'intérieur de la diode et de la bobine, assurant la sécurité du circuit de commande.
Cet outil de démonstration est parfait comme matériel pédagogique d'appui pour le génie électrique, l'automatisation, la mécatronique et autres spécialités connexes. Les enseignants peuvent utiliser ce modèle interactif pour présenter de manière vivante l'excitation des bobines du stator, la commutation des MOSFET, le flux de courant continu pulsé unipolaire et la rotation du rotor, permettant aux étudiants de comprendre rapidement les principes sans s'encombrer de formules fastidieuses.
La page propose une fiche d'information "Le secret des aimants" simple à comprendre. Grâce à des comparaisons visuelles, les élèves et les amateurs de technologie peuvent facilement appréhender l'attraction/répulsion et le principe de l'électroaimant.
La synchronisation en temps réel du schéma du pilote montre les signaux de commande MOSFET, les diodes de roue libre et le courant dans les inducteurs, aidant les ingénieurs à assimiler rapidement la logique des moteurs CC pulsés simples.
Les développeurs peuvent observer la commutation temporelle du microcontrôleur entre les modes pas entier et demi-pas. La table de vérité montre la logique des étapes de contrôle du moteur.
Prend en charge 30 langues majeures comme le chinois, l'anglais et le japonais. Tous les textes de l'interface peuvent être commutés à la volée.
Permet de basculer instantanément entre le mode pas entier (3 étapes) et le mode demi-pas (6 étapes) pour visualiser l'impact de l'angle sur la fluidité de la rotation.
Prend en charge le mode automatique et manuel pas à pas (Précédent/Suivant/Reset) avec réglage en continu de la vitesse (de 0,3s à 2,5s par étape) pour une analyse précise.
La rotation du rotor, la luminosité des bobines, les indicateurs MOSFET et la direction du courant sont parfaitement synchronisés en temps réel.
La table de vérité est mise en valeur selon l'étape actuelle. Les nœuds de l'axe temporel peuvent être cliqués directement pour sauter à un état.
Bascule en un clic entre les thèmes clair et sombre, et mémorise le choix dans le localStorage pour un meilleur confort visuel lors de l'apprentissage.