La constante moteur facilite le choix des moteurs à courant continu pour les applications de contrôle de mouvement. Les moteurs à courant continu avec et sans balais constituent un choix judicieux pour les applications exigeant une consommation de puissance élevée ou un rendement élevé.

Souvent, la fiche technique d'un moteur ou d'un générateur à courant continu indique la constante moteur Km, qui correspond à la sensibilité au couple divisée par la racine carrée de la résistance de l'enroulement. La plupart des concepteurs considèrent cette propriété intrinsèque du moteur comme un facteur de mérite ésotérique, utile uniquement au concepteur, sans valeur pratique pour le choix des moteurs à courant continu.

Mais Km peut contribuer à réduire le processus itératif de sélection d'un moteur à courant continu, car il est généralement indépendant du bobinage dans un boîtier ou une carcasse donnés. Même pour les moteurs à courant continu sans fer, où Km dépend du bobinage (en raison des variations du facteur de remplissage du cuivre), il reste un outil fiable dans le processus de sélection.

Étant donné que Km ne prend pas en compte les pertes dans un dispositif électromécanique dans tous les cas, la valeur minimale de Km doit être supérieure à celle calculée pour compenser ces pertes. Cette méthode constitue également une bonne vérification de la réalité, car elle oblige l'utilisateur à calculer les puissances d'entrée et de sortie.

La constante du moteur reflète la nature électromécanique fondamentale d'un moteur ou d'un générateur. Le choix d'un bobinage adapté est simple, une fois le boîtier ou la carcasse suffisamment puissant(e).

La constante motrice Km est définie comme :

Km = KT/R0,5

Dans une application de moteur à courant continu avec une disponibilité de puissance limitée et un couple connu requis sur l'arbre du moteur, le Km minimum sera défini.

Pour une application moteur donnée, le Km minimum sera :

Km = T / (PIN – POUT)0,5

La puissance du moteur sera positive. Le PIN est simplement le produit du courant et de la tension, en supposant qu'il n'y ait aucun déphasage entre eux.

PIN = VXI

La puissance du moteur sera positive, car il fournit une puissance mécanique et est simplement le produit de la vitesse de rotation et du couple.

POUT = ω XT

Un exemple de contrôle de mouvement inclut un mécanisme d'entraînement de type portique. Il utilise un moteur à courant continu sans noyau de 38 mm de diamètre. Il est décidé de doubler la vitesse de rotation sans modifier l'amplificateur. Le point de fonctionnement actuel est de 33,9 mN-m (4,8 oz-in.) et 2 000 tr/min (209,44 rad/sec), et la puissance d'entrée est de 24 V à 1 A. De plus, aucune augmentation de la taille du moteur n'est acceptable.

Le nouveau point de fonctionnement se situera à une vitesse deux fois supérieure et au même couple. Le temps d'accélération représente un pourcentage négligeable du temps de déplacement, et la vitesse de rotation est le paramètre critique.

Calcul du Km minimum

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Km = 33,9 X 10-3 Nm / (24 VX 1A -

418,88 rad/sec x 33,9 x 10-3 Nm) 0,5

Km = 33,9 x 10-3 Nm / (24 O – 14,2 O) 0,5

Km = 10,83 x 10-3 Nm/√O

Tenir compte des tolérances de la constante de couple et de la résistance de l'enroulement. Par exemple, si la constante de couple et la résistance de l'enroulement ont des tolérances de ±12 %, la valeur Km la plus défavorable sera :

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 Km

soit près de 17% en dessous des valeurs nominales avec un bobinage froid.

Le chauffage des enroulements réduira encore davantage le Km, car la résistivité du cuivre augmente de près de 0,4 %/°C. De plus, le champ magnétique s'atténue avec la hausse des températures. Selon le matériau de l'aimant permanent, cette atténuation peut atteindre 20 % pour une augmentation de température de 100 °C. Cette atténuation de 20 % pour une augmentation de température de 100 °C concerne les aimants en ferrite. Le néodyme-bore-fer présente une atténuation de 11 % et le samarium-cobalt d'environ 4 %.

Il est intéressant de noter que pour une même puissance mécanique d'entrée, si l'objectif est un rendement de 88 %, le Km minimum passerait de 1,863 Nm/√W à 2,406 Nm/√W. Cela équivaut à avoir la même résistance d'enroulement, mais une constante de couple supérieure de 29 %. Plus le rendement souhaité est élevé, plus le Km requis est élevé.

Si dans le cas de l'application moteur, le courant maximal disponible et la charge de couple dans le pire des cas sont connus, calculez la constante de couple acceptable la plus basse en utilisant

KT = T/I

Après avoir identifié une famille de moteurs présentant un kilométrage suffisant, sélectionnez un bobinage dont la constante de couple est légèrement supérieure au minimum. Déterminez ensuite si le bobinage fonctionnera de manière satisfaisante, quelles que soient les tolérances et les contraintes d'application.

Il est évident que choisir un moteur ou un générateur en déterminant d'abord le kilométrage minimal pour les applications de moteurs sensibles à la puissance et de générateurs exigeant un rendement élevé peut accélérer le processus. L'étape suivante consistera à sélectionner un bobinage adapté et à s'assurer que tous les paramètres de l'application et les limitations du moteur/générateur sont acceptables, y compris les considérations de tolérance du bobinage.

En raison des tolérances de fabrication, des effets thermiques et des pertes internes, il est conseillé de toujours choisir un Km légèrement supérieur aux exigences de l'application. Une certaine marge de manœuvre est nécessaire, car les variations de bobinage ne sont pas infinies d'un point de vue pratique. Plus le Km est élevé, plus il est souple pour répondre aux exigences d'une application donnée.

En général, des rendements pratiques supérieurs à 90 % sont pratiquement impossibles à atteindre. Les moteurs et générateurs de plus grande puissance présentent des pertes mécaniques plus importantes, dues aux pertes liées aux paliers, au vent et aux pertes électromécaniques telles que l'hystérésis et les courants de Foucault. Les moteurs à balais subissent également des pertes dues au système de commutation mécanique. Dans le cas de la commutation par métaux précieux, courante pour les moteurs sans noyau, les pertes peuvent être extrêmement faibles, inférieures aux pertes liées aux paliers.

Les moteurs et générateurs à courant continu sans fer ne présentent pratiquement aucune perte par hystérésis ni par courants de Foucault dans la version à balais de cette conception. Dans les versions sans balais, ces pertes, bien que faibles, existent. Cela s'explique par le fait que l'aimant tourne généralement par rapport au fer arrière du circuit magnétique. Cela induit des pertes par courants de Foucault et par hystérésis. Cependant, il existe des versions à courant continu sans balais où l'aimant et le fer arrière se déplacent à l'unisson. Dans ces cas, les pertes sont généralement faibles.