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1 Informations Techniques WE CREATE MOTION FR

2 Informations éditoriales Version: ième édition, 0 Copyright Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG Daimlerstr. / 70 Schönaich Tous droits réservés, également ceux de la traduction. Sauf autorisation préalable écrite et formelle accordée par la société Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG, aucune partie de ce document ne peut être copiée, reproduite, enregistrée ou traitée dans un système informatique, ni transmise sous quelque forme que ce soit. Ce document a été élaboré avec soin. Cependant, la société Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG n assume aucune responsabilité pour les éventuelles erreurs qu il contient ni pour ses conséquences. De même, la société n assume aucune responsabilité pour les dommages directs ou ésultant d une utilisation incorrecte des produits. Sous réserve de modifications. Vous pouvez retrouver la version la plus récente de ce document sur le site internet de FAULHABER:

3 Sommaire Moteurs C.C. Micromoteurs C.C. Micromoteurs C.C. plats et Motoréducteurs C.C. Moteurs C.C. sans balais Servomoteurs C.C. sans balais Micromoteurs C.C. plats sans balais & Motoréducteurs C.C. Moteurs C.C. sans balais avec contrôleur de vitesse intégré Systèmes de contrôle du mouvement Servomoteurs C.C. sans balais avec contrôleur de mouvement intégré 7 Moteurs pas à pas Moteurs pas à pas 7 Servomoteurs C.C. linéaires Servomoteurs C.C. linéaires 8 Réducteurs de précision Réducteurs de précision 9 Composants linéaires Vis filetées et options 0 Codeurs Codeurs Systèmes à deux canaux Codeurs Systèmes à trois canaux Codeurs Absolu 7 Electroniques de commande Contrôleurs de vitesse Contrôleurs de mouvement 70

4 Moteurs C.C. WE CREATE MOTION

5 Micromoteurs C.C. Informations techniques Informations générales La bobine FAULHABER : Inventée à l origine par Fritz Faulhaber Sr. et brevetée en 98, la bobine de rotor sans fer, autoportante et à enroulement incliné est au cœur de chaque moteur C.C. FAULHABER. Cette technologie révolutionnaire a eu un impact profond sur de nombreux secteurs industriels et a ouvert de nouvelles possibilités d application pour les moteurs C.C. en les adaptant aux systèmes exigeant les puissances les plus élevées, les performances dynamiques optimales, la plus petite dimension possible et le poids le plus minime. Les principaux avantages de cette technologie incluent les caractéristiques suivantes : Pas de couple d encochage, ce qui permet un positionnement souple, le contrôle de la vitesse et une plus grande efficacité générale qu avec d autres types de moteurs C.C. Couple et puissance extrêmement élevés par rapport à la dimension et au poids du moteur Relation linéaire absolue entre la charge et le régime, le courant et le couple ainsi que la tension et la vitesse La très faible inertie du rotor assure d excellentes caractéristiques dynamiques pour le démarrage et l arrêt EMI et ondulation du couple extrêmement basses Types de moteur C.C. : Les moteurs C.C. FAULHABER sont construits avec deux types différents de systèmes de commutation: la commutation métaux précieux et la commutation graphite. La «commutation métaux précieux» se rapporte aux matériaux qui sont utilisés dans les balais et dans le commutateur et sont constitués d alliages de métaux précieux ultraperformants. Ce type de système de commutation est utilisé principalement en raison de sa très petite taille, de sa très faible résistance de contact et de son signal de commutation très précis. Ce système de commutation est particulièrement bien adapté aux applications à faible courant, tels que les appareils fonctionnant avec des batteries. Dans la plupart des cas, les moteurs à commutation métaux précieux fournissent les meilleures performances générales en régime continu avec une charge correspondant précisément ou approximativement au point d efficacité nominale maximale. La «commutation graphite» se rapporte au matériau utilisé dans les balais en lien avec un commutateur en alliage de cuivre. Ce type de système de commutation est très robuste et convient mieux aux applications dynamiques à haute intensité avec démarrages et arrêts rapides ou conditions de surcharge périodiques. Aimants : Les moteurs C.C. FAULHABER sont conçus avec différents types d aimants qui correspondent aux différentes puissances des types de moteur. Ces éléments comprennent des aimants AlNiCo et des types ultraperformants à terres rares comme le SmCo et le NdFeB. Durée de fonctionnement : La durée de fonctionnement d un moteur C.C. FAULHABER dépend principalement du point de travail et des conditions ambiantes pendant le fonctionnement. Le nombre total d heures de fonctionnement peut donc varier considérablement : de quelques centaines d heures dans des conditions extrêmes à plus de 000 heures dans des conditions optimales. Dans des conditions de charge typique, la durée de fonctionnement d un moteur C.C. FAULHABER est de 000 à 000 heures. Généralement, la durée de fonctionnement d un moteur C.C. FAULHABER est limitée par les effets de l usure électrique et mécanique sur le commutateur et les balais. L usure électrique (formation d étincelles) dépend fortement de la charge électrique et de la vitesse du moteur. Si la charge électrique et la vitesse augmentent, la durée de fonctionnement typique du moteur diminue. Les effets de l usure électrique sont plus significatifs pour les moteurs avec commutation métaux précieux et varient selon la tension nominale de la bobine. C est pourquoi les moteurs C.C. FAULHABER sont équipés, si c est nécessaire, d un système de suppression des étincelles intégré afin de réduire au minimum les effets négatifs de la formation d étincelles sur la durée de fonctionnement. L usure mécanique du système de commutation dépend de la vitesse du moteur et augmente parallèlement à celle-ci. Pour les applications avec vitesses et charges supérieures aux spécifications, les moteurs à commutation graphite assurent généralement une plus longue durée de fonctionnement. Il est également important de ne pas dépasser, en régime continu, les caractéristiques de charge pour les paliers du moteur indiquées dans la fiche technique. Tout excès réduirait la durée de vie possible du moteur. Les autres facteurs limitant la longévité du moteur incluent les conditions ambiantes, telles que l humidité et la température excessives, les vibrations et les chocs excessifs ainsi que les configurations de montage incorrectes ou non optimales du moteur dans l application. Il est également important de noter que la méthode d entraînement et de commande du moteur a une grande influence sur la durée de fonctionnement du moteur. Pour une commande avec signal PWM, FAULHABER recommande une fréquence minimale de 0 khz.

6 Modifications : FAULHABER s est spécialisé dans la configuration de ses produits standard en fonction des applications du client. Les modifications disponibles pour les moteurs C.C. FAULHABER incluent : Micromoteurs C.C. 0, Commutation métaux précieux 0, nombreux autres types de tension nominale fils (PTFE et PVC) et connecteurs de moteur longueurs d arbre configurables et deuxième extrémité d arbre modifications de la dimension des arbres et des configurations des pignons, telles que des surfaces, des roues dentées, des poulies et des excentriques modifications pour fonctionnement à très haute et très basse température modifications pour fonctionnement dans le vide (à partir de 0-7 torr) modifications pour applications avec vitesses et/ou charges élevées modifications pour moteurs avec tolérances électriques ou mécaniques plus étroites que les tolérances standard Combinaisons de produits Pour tous ses moteurs C.C., FAULHABER propose, dans sa branche, le plus large choix de produits sur mesure complémentaires, dont : des réducteurs de précision (planétaires, à étages et à faible jeu angulaire) des codeurs à haute résolution (incrémentaux et absolus) des systèmes électroniques d entraînement ultraperformants (contrôleurs de vitesse, contrôleurs de mouvement) Série 0... S Valeurs à C et à tension nominale 0 N, S Tension nominale UN, Résistance de l induit R,9 Puissance utile Pnom. 0, Rendement, max. ηmax. Vitesse à vide n0 9 Courant à vide, typ. (avec l arbre ø 0,8 mm) I0 0,0 7 Couple de démarrage MH 0, 8 Couple de frottement MR 0,0 9 Constante de vitesse kn 8 0 Constante FEM ke 0,07 Constante de couple Notes sur la fiche technique km 0,9 Constante de courant ki, Pente de la courbe n/m Δn/ΔM 78 Inductance L Constante de temps mécanique τm 8 Inertie du rotor J 0,0 7 Accélération angulaire αmax. Les valeurs suivantes sont mesurées ou calculées à la tension nominale et à une température ambiante de C. Tension nominale UN [Volt] La tension nominale à laquelle toutes les autres caractéristiques indiquées sont mesurées et évaluées. Résistance de l induit R [Ω] ± % La résistance mesurée aux bornes du moteur. Sa valeur varie selon la température de la bobine. (Coefficient de température: α = 0,00 K - ). Ce type de mesure n est pas possible pour les moteurs à commutation graphite en raison de la résistance de transition des balais. Puissance utile P nom. [W] C est la puissance mécanique max. fournie par le moteur à la tension nominale. 8 Résistances thermiques Rth / Rth / 7 9 Constantes de temps thermiques τw / τw, / 0 0 Températures d utilisation: moteur (sur demande rotor max. admissible +8 (sur demande + Paliers de l arbre paliers frittés Charge max. sur l arbre: diamètre de l arbre 0,8 radiale à 000 min - ¹ (, mm du palier) 0, axiale à 000 min - ¹ 0, axiale à l arrêt 0 Jeu de l arbre radial 0,0 axial 0, Matériau du boîtier acier, revêtement noir Masse Sens de rotation vu côté face avant, rotation sens horaire 7 Vitesse jusqu à nmax Nombre de paires de pôles 9 Matériau de l aimant NdFeB Valeurs nominales en service permanent 0 Couple nominal MN 0,7 Courant nominal (limite thermique) IN 0,9 P Vitesse nominale nom. = R U N I o nn 0 Rendement Note: ηmax. Les valeurs [%] nominales sont valables à C et avec une réduction de résistance thermique Le rapport maximal entre la puissance électrique absorbée n [min - ] Remarque: Watt et la puissance mécanique fournie par le moteur. Le diagramme représente la vitesse maximum par rapport au couple disponible 0,0 0, 0, sur l'arbre de sortie pour une température ambiante donnée de max. C. = I o R 000 U N Le moteur peut délivrer davantage de puissance avec un système de refroidissement UN Vitesse à adéquat vide (par no [min ex. - Rth réduction ] ± % de 0%). La droite (UN) montre le point de travail à C est la vitesse 000 tension nominale atteinte à une par température le moteur ambiante de C. Tous les points de travail au sans charge après stabilisation et à une température ambiante dessus de cette droite exigeront une tension de C. Sauf spécification d'alimentation contraire, supérieure. la (Tous tolérance les points de en régime à vide est travail en dessous de cette droite exigeront 000 présumée une être tension de d'alimentation ± %. inférieure). Le couple maximum disponible et la vitesse 0 seront réduits si la température ambiante est supérieure à n C o = et/ou U N- (I o R) si le moteur est 0 0,0 0,08 0, 0, π km thermiquement isolé de l'environnement. Plage de travail recommandée (exem 00909_0_EPIM-Vorlage_Motoren.indd Courant à vide (typique) Io [A] Pour des données techniques complémentaires ainsi que des indications concernant la garantie et la durée vie, voir Informations Techniques. C est la consommation de courant typique du moteur Edition 0 sans charge à une température ambiante de C et après stabilisation. R

7 Micromoteurs C.C. Informations techniques Le courant à vide dépend du régime et de la température. Les changements de la température ambiante ou des condi - tions de refroidissement influent sur la valeur. De plus, les modifications de l arbre, des roulements, de la lubrification et du système de commutation ou des combinaisons avec d autres composants, tels que les réducteurs ou les codeurs, influent sur le courant à vide du moteur. Couple de démarrage MH [mnm] C est le couple développé par le moteur à vitesse nulle (rotor bloqué) et à la tension nominale. Cette valeur peut varier en fonction du type d aimant, de la température et de la température de la bobine. M H = k M U N I o R Couple de frottement MR [mnm] C est le couple de pertes de causées par le frottement des balais, du commutateur et des paliers. Cette valeur varie en fonction de la température. M R = k M I o Constante de vitesse kn [min - /V] C est la variation de vitesse par volt appliqué aux bornes du moteur à charge constante. k n = n o = U N I o R Constante FEM ke [mv/min - ] C est la constante correspondant à la relation entre la tension induite dans le rotor et la vitesse de rotation. k E Constante de temps mécanique τm [ms] C est le temps nécessaire au moteur pour atteindre % de la vitesse finale à vide à partir d une position arrêtée. m = R J k M Inertie de rotor J [gcm ] C est le moment d inertie dynamique du rotor. Accélération angulaire α max. [ 0 rad/s ] C est l accélération au démarrage sans charge et à la tension nominale. MH max. = 0 J Résistances thermiques Rth/Rth [K/W] Rth correspond à la différence entre le rotor et le boîtier. Rth correspond à la différence entre le boîtier et l air ambiant. Rth peut être réduit par l échange de chaleur entre le mo - teur et l air ambiant (par exemple, une configuration de montage à couplage thermique, l utilisation d un dissipateur de chaleur et/ou le refroidissement par ventilation forcée). Constantes de temps thermiques τw / τw [s] C est le temps nécessaire au rotor (τw) et au boîtier (τw) pour atteindre une température égale à % de la valeur finale après stabilisation. Température finale % de la température finale (t) θ m Constante de temps thermique k E = π k M Constante de couple km [mnm/a] C est la constante correspondant à la relation entre le couple développé par le moteur et le courant consommé. Constante de courant ki [A/mNm] C est la constante entre le courant de la bobine du moteur et le couple développé à l arbre de sortie. k l = k M Pente de la courbe n-m n/ M [min - /mnm] C est le rapport de la variation de la vitesse et de la variation du couple. Plus cette valeur est faible, meilleure est la performance du moteur. Δn = R ΔM k M π Inductance du rotor L [µh] C est l inductance mesurée aux bornes du moteur à khz. τ th Température d utilisation [ C] Indique la température minimale et maximale de fonctionnement du moteur standard, ainsi que la température maximale autorisée de la bobine du moteur standard. Paliers de l arbre Les paliers utilisés pour les micromoteurs C.C. Charge max. sur l arbre [N] La charge de l arbre de sortie pour un diamètre d arbre de sortie primaire spécifié. Les valeurs de charge et de durée de vie pour les moteurs munis de roulements à billes sont conformes aux valeurs indiquées par les fabricants de roulements. Cette valeur ne s applique pas à la deuxième extrémité de l'arbre (arbre postérieur). Jeu de l arbre [mm] Le jeu mesuré entre l arbre et les paliers, y compris le jeu supplémentaire du palier dans le cas de roulements à billes. t 7

8 Matériau du boîtier Le matériau du boîtier et la protection de surface. Masse [g] La masse typique du moteur dans sa configuration standard. Sens de rotation Le sens de rotation vu côté face avant. Une tension positive appliquée au pôle (+) fait tourner l arbre du moteur dans le sens des aiguilles d une montre. Tous les moteurs sont conçus pour fonctionner dans le sens horaire (SH/CW) et dans le sens antihoraire (SAH/CCW) ; le sens de rotation est réversible. Arbre du moteur Toutes les dimensions mécaniques liées à l arbre du moteur sont mesurées avec une précharge axiale sur l arbre dans la direction du moteur. Tolérances mécaniques non spécifiées : Tolérances conformes à la norme ISO 78. = ± 0, mm 0 = ± 0, mm 0 = ± 0, mm Les tolérances de valeurs non spécifiées sont fournies sur demande. Vitesse jusqu à n max. [min - ] La vitesse max. recommandée du moteur en régime continu. Cette valeur est basée sur le régime de fonctionnement re - commandé pour la bobine, le système de commutation et les paliers de moteur standard. Toutes les valeurs supéri eu - res à celles-ci affectent négativement la durée de fonctionnement maximale possible du moteur. Valeurs nominales pour régime continu Les valeurs suivantes sont mesurées ou calculées à la tension nominale et à une température ambiante de C. Couple nominal M N [mnm] Pour moteurs C.C. à commutation métaux précieux : Le couple maximal en régime continu à la tension nominale aboutissant à un courant stable et à une vitesse n excédant pas la capacité des balais et du système de commutation. La mesure est effectuée sur le moteur sans réduction de la valeur Rth (sans refroidissement externe). Cette valeur peut être dépassée sans risque si le moteur fonctionne en mode intermittent, par exemple en mode S et/ou si le refroidissement est intensifié. À des fins de mesure, certains moteurs sont limités à la vitesse résultante mesurée (< 00 rpm) à la tension nominale. En les choisissant, veuillez tenir compte du fait que les moteurs à commutation métaux précieux fournissent les meilleures performances générales en régime continu au point d efficacité maximale ou à proximité de celui-ci. Pour les conditions de travail en régime continu telles que le moteur doit fonctionner à un niveau proche de ses limites thermiques, un moteur C.C. à commutation graphite est recommandé. Pour moteurs C.C. à commutation graphite : Le couple maximal en régime continu (mode S) à la tension nominale aboutissant à une température stable n excédant pas la température maximale de la bobine et/ou la plage de température de fonctionnement du moteur. La mesure est effectuée sur le moteur avec une réduction de la valeur Rth de %, ce qui correspond approximativement au refroidis sement disponible avec une configuration de montage typi que du moteur. Cette valeur peut être dépassée sans risque si le moteur fonctionne en intermittent, par exemple, en mode S et/ou si le refroidissement est intensifié. Courant nominal (limite thermique) I N [A] C est le courant continu maximal typique après stabilisation résultant du couple nominal en régime continu. Cette valeur inclut les effets d une perte de km (couple constant) du fait qu elle se rapporte au coefficient de température de la bobine ainsi qu aux caractéristiques thermiques du matériau de l aimant. Cette valeur peut être dépassée sans risque si le moteur fonctionne en intermittent, pendant le démarrage/ l arrêt, au cours des phases de montée en puissance du cycle de fonctionnement et/ou si le refroidissement est intensifié. Pour certaines séries et certains types à faible tension, ce courant est limité par la capacité du système de balais et de commutation. Vitesse nominale n N [min - ] La vitesse typique après stabilisation résultant de l applica - tion d un couple nominal donné. Cette valeur inclut les effets de l échauffement du moteur sur la pente de la courbe de n/m. Il est possible d atteindre des vitesses supéri eures en augmentant la tension d entrée du moteur ; cep endant le courant nominal (limite thermique) reste identique. n [min - ] Service permanent (Rth 0%) Service permanent (Rth -0%) Watt Régime intermittent 8 Point de fonctionnement 7 00 n max. à valeur nominale UN n 0 MN = MD Plage de travail recommandée PD M [mnm] Exemple : Diagramme de puissance pour les valeurs nominales en service permanent (commutation graphite) 8

9 Micromoteurs C.C. Informations techniques Notes sur le diagramme de puissance Le diagramme de puissance présente les points de fonctionnement possibles d'un entraînement à une température ambiante de C et inclut le fonctionnement dans des conditions d'isolement thermique ainsi que de refroidissement. Les plages de vitesses possibles y sont représentées en fonction du couple de l'arbre. La zone en pointillés désigne les points de fonctionnement possibles, permettant d'utiliser l'entraînement en mode intermittent ou dans des conditions de refroidissement accru. Couple continu MD [mnm] Couple continu maximal recommandé après stabilisation, à la tension nominale et avec une réduction de la valeur Rth de % pour la commutation graphite ou de 0 % pour la commutation métaux précieux. Pour les moteurs à balais, le couple continu correspond au couple nominal MN. La valeur est indépendante de la puissance continue et elle peut être dépassée si le moteur fonctionne en mode intermittent et/ ou si le refroidissement est intensifié. Puissance continue PD [W] Puissance maximale possible en régime continu, après stabilisation et avec une réduction de la valeur Rth de 0 %. La valeur est indépendante du couple continu et elle peut être dépassée si le moteur fonctionne en mode intermittent et/ ou si le refroidissement est intensifié. Caractéristique de tension nominale UN [V] La courbe de tension nominale désigne les points de fonctionnement pour UN avec et sans refroidissement. Après stabilisation, le point de départ correspond à la vitesse à vide n0 de l'entraînement. Une augmentation de la tension nominale permet d'atteindre les points de fonctionnement situés au-dessus de cette courbe et une diminution de la tension nominale permet d'atteindre ceux situés en dessous de la courbe. Comment choisir un micromoteur C.C. Cette section indique une méthode systématique et très simple de sélection d un micromoteur C.C. pour une application exigeant un fonctionnement avec couple continu sous charge et conditions ambiantes constantes. L exemple indique les calculs nécessaires à la détermination d une courbe de base de la puissance du moteur destinée à décrire le comportement du moteur dans l application. Pour simplifier le calcul, l exemple ci-après est supposé en régime continu, avec une durée de vie optimisée, sans prise en compte des influences de la température et des tolérances. Paramètres d application : Les données de base nécessaires pour toute application sont : Couple spécifié M Vitesse requise n Cycle de service δ Tension d alimentation max. U Courant d alimentation max. I Espace disponible max. diamètre/longueur Charge sur l arbre radiale/axiale Température ambiante Pour l exemple retenu, nous supposons les caractéristiques suivantes: Couple spécifié M = mnm Vitesse requise n = 00 min - Cycle de service δ = 00 % Tension d alimentation U = 0 V Courant d alimentation max. I = 0, A Espace disponible max. diamètre = mm longueur = 0 mm Charge sur l'arbre radiale =,0 N axiale = 0, N Température ambiante = C constante Présélection La première étape consiste à calculer la puissance mécanique du moteur. P = M πn P = mnm 00 min - π =,7 W Dans le catalogue on peut alors sélectionner un moteur qui devra avoir, à fois la puissance utile max. P nom. calculée comme ci-dessus et ayant une tension nominale UN égale ou supérieure à celle demandée. Les dimensions max. (diamètre et longueur) devront, en outre, ne pas dépasser les dimensions demandées. P nom. P U N U 9

10 Le moteur sélectionné au catalogue pour l application choisie est la série U 0 SR ayant les caractéristiques suivantes : Tension nominale UN = V Puissance max. P nom. =,88 W Dimensions Ø = mm L = mm Charge sur l'arbre max. radiale =, N axiale = 0, N Courant à vide I o = 0,007 A Vitesse à vide n o = min - Couple de démarrage MH = 9 mnm Attention : Si la tension d alimentation disponible est inférieure à la tension nominale UN du moteur C.C. choisi, la puissance utile max. P nom. devra être calculée comme suit : P nom.= R U I o R Caractéristiques à tension nominale ( V) Une représentation graphique des caractéristiques du moteur peut être obtenue en calculant le courant de démarrage IN et le couple au point maximum de rendement Mopt.. Tous les autres paramètres se trouvent dans la fiche technique du moteur choisi. Courant de démarrage I H = U N R I H = V, Ω Couple au rendement max. M opt. = M H M R = 0, A P nom.(0 V) =, Ω 0 V 0,007 A =,9 W, Ω Optimisation des points de travail Pour optimiser le fonctionnement du moteur et sa durée de vie, la vitesse demandée n doit être supérieure à la moitié de la vitesse à vide no à la tension nominale et le couple de demandé M doit être inférieur à la moitié du couple de démarrage MH. M opt. = 9 mnm 0, mnm =,9 mnm Il est maintenant possible d en faire une représentation graphique (diagramme ). η P I n % W A min - Diagramme n o M H n M 90 80, 0,7 0, n o = min - η max = 80, % P nom =,88 W IH = 0, A Ainsi, les caractéristiques indiquées pour la série U 0 SR correspondent aux exigences demandées. 70 0, 0, Rendement η Courant I n o = 00 min - > min - = 900 min - = n o 0 0, 0, 0, Puissance utile P 9 mnm M = mnm < = 9, mnm = M H Ce moteur C.C. est une première option qui devra être testée dans l application. Si la vitesse demandée n s avère inférieure à la moitié de la vitesse à vide no et si le couple demandé M est inférieur à la moitié du couple de démarrage MH, il faudra prendre le même moteur mais avec une tension nominale UN supérieure. Si le couple demandé M est conforme mais la vitesse désirée n est inférieure à la moitié de la vitesse à vide no, il faudra choisir une tension d alimentation plus basse ou un moteur plus petit , 0 0, 000 0, 000 M Opt.=,9 mnm MH = 9 mnm I o 0 0 M mnm M R = 0, mnm Vitesse de rotation n Si la vitesse demandée est très inférieure à la moitié de la vitesse à vide et/ou le couple demandé M est supérieur à la moitié du couple de démarrage MH, il faudra choisir un réducteur ou un moteur plus puissant. 0

11 Micromoteurs C.C. Informations techniques Calcul des principaux paramètres Dans cette application, la tension d alimentation est inférieure à la tension nominale du moteur choisi. Le calcul en charge est fait à 0 V. Vitesse à vide no à 0 V n o = U (I o R) π k M ce qui donne Tension d alimentation U = 0 V Résistance à l induit R =, Ω Courant à vide IO = 0,007 A Constante FEM km = 9, mnm / A n o = 0 V (0,007 A, Ω) = 8 min π 9, mnm / A - Courant de démarrage IH I H = U R I H = 0 V =0, A, Ω Couple de démarrage MH M H = k M ( U I o) R M opt. =,8 mnm 0, mnm =,78 mnm Calcul du point de travail à 0 V En considérant le couple demandé (M = mnm) au point de travail, on peut calculer I, n, P et η : Courant au point de travail I Last = M + M R k M I Last = mnm + 0, mnm =0, A 9, mnm / A Vitesse au point de travail U R I n = Last π k M n = 0 V, Ω 0, A = min π 9, mnm / A - Puissance de sortie au point de travail P = M π n P = mnm π min - =, W M H = 9, mnm / A 0 V 0,007 A, Ω =,8 mnm Puissance de sortie, max. P nom. Rendement au point de travail = P U I P nom. = R U I o R =, W = 7,0 % 0 V 0, A P nom. (0 V) =, Ω 0 V 0,007 A =,9 W, Ω Rendement, max. ηmax. max. = I 0 R U max. = 0,007 A, Ω = 78,9 % 0 V Au rendement max., le couple délivré est : M opt. = ce qui donne M H M R Couple de frottement MR = 0, mnm et Couple de démarrage à 0 V MH =,8 mnm Dans cet exemple, la vitesse calculée au point de travail est différente de la vitesse requise, aussi la tension d alimentation doit être changée et le calcul recommencé. Tension d alimentation au point de travail La tension d alimentation exacte au point de travail peut être maintenant obtenue grâce à l équation suivante : U = R Icharge + π n km U =, Ω 0, A + π 00 min - 9, mnm / A = 0,7 V Dans cet exemple, les paramètres au point de travail se présentent comme suit : Tension d alimentation U = 0,7 V Vitesse n = 00 min - Couple MN = mnm Courant I = 0, A Puissance de sortie P =,7 W Rendement η = 7,7 %

12 Évaluation de la température de la bobine du moteur : Pour s'assurer que le moteur fonctionne dans la plage de température autorisée, il est nécessaire de calculer la température du bobinage et du boîtier sous charge. Calculez tout d'abord les pertes approximatives du moteur à l'aide de la formule suivante : Pperte = lcharge R ce qui donne Courant lcharge = 0, A Résistance R =, Ω Courbes caractéristiques Pour un couple spécifique, les divers paramètres peuvent être trouvés sur le diagramme. Pour simplifier les calculs, il n a pas été tenu compte de l influence de la température et des tolérances. 80 η P I n % W A min - 0, % Diagramme 70, 0, 000 Pperte = (0, A), Ω = 0, W 0 0, min - 0,7 V Multipliez ensuite la valeur pour les pertes de puissance par les résistances thermiques combinées du moteur pour évaluer le changement de la température du moteur dû à la charge. Pour le S, ces valeurs sont les suivantes : 0 0 0, 0, 0, 0, ,7 W 0 T = Pperte ( Rth + Rth) 0 0, 0, 000 0, A ce qui donne Résistance thermique Rth = K/W Résistance thermique Rth = 0 K/W M mnm T = 0, W ( K/W + 0 K/W) = K Ajoutez le changement de la température obtenu T à la température ambiante pour évaluer la température de la bobine du moteur sous charge. Tbobinage = T + Tamb Tbobinage = K + C = C Ce calcul confirme que la température se situe bien dans la plage de température de travail standard spécifiée, de même que la température maximale de la bobine. Le calcul donné ci-dessus n a pour objet qu une évaluation rapide. Il n a pas été tenu compte des effets non linéaires de la température sur la résistance de la bobine et de la constante de couple (km) du moteur résultant du coefficient de température du matériau d aimant utilisé ; ces paramètres peuvent avoir un effet important sur la performance du moteur aux températures élevées. Un calcul plus précis doit être effectué avant de faire fonctionner le moteur à proximité de ses limites thermiques.

13 Micromoteurs C.C. Commutation métaux précieux 7 8 Micromoteur C.C. Capot Contacts Couvercle balais Balais Collecteur Bobine 7 Arbre 8 Rondelle 9 Palier fritté 0 Boîtier Aimant Bague de tenue Caractéristiques Avantages Les Micromoteurs C.C. FAULHABER se distinguent des moteurs C.C. conventionnels par leur rotor. La bobine n est pas assemblée sur un noyau de fer mais le rotor est constitué par un bobinage oblique autoportant en cuivre. Un tel rotor, particulièrement léger possède un moment d inertie extrêmement faible et une rotation précise, donc une dynamique exceptionnelle. Pour les moteurs de faible puissance, des systèmes de commutation à métaux précieux sont choisis pour leur faible résistance au passage du courant. Les moteurs à commutation métaux précieux de FAULHABER ont un diamètre allant de à mm. Les systèmes d entraînement FAULHABER sont complétés par un large choix de composants standard comme des codeurs à haute résolution, des réducteurs de précision et des électroniques de commande. FAULHABER s est spécialisé dans la modification des entraînements pour répondre aux exigences spécifiques des applications de ses clients. Voici quelques-uns des ajustements les plus courants : la tenue au vide, l extension de la plage de température, la modification d arbres, les valeurs de tension supplémentaires, câblage et connectique personalisés, et bien d autres options. Conviennent très bien à une utilisation sur batterie, par exemple dans des appareils portables Sans réluctance Consommation électrique extrêmement réduite et faible tension de démarrage Dynamique élevée due au faible moment d inertie du rotor Légers et compacts Rotation sans à-coup Régulation simple due aux caractéristiques linéaires Code de produit 08 Diamètre du moteur [mm] Longueur du moteur [mm] N Mode d entraînement 0 Tension nominale [V] S Mode de commutation (métaux précieux) R Construction (aimant à terres rares) 9 08 N 0 S R

14 Micromoteurs C.C. Commutation graphite 7 Micromoteur C.C. 8 Bague de tenue Rondelle ondulée Roulement à billes Couvercle balais Balais graphite Bague d isolation 7 Collecteur 8 Bobine 9 Arbre 0 Aimant Support aimant Boîtier Contacts 9 0 Caractéristiques Avec des balais cuivre-graphite et des commutateurs cuivre en plusieurs parties, les moteurs plus puissants atteignent des durées de vie importantes même avec des charges extrêmes. Un grand nombre de possibilités d adaptation et d exécutions spéciales sont disponibles pour satisfaire des exigences spécifiques. Avantages Sans réluctance Rapport poids/puissance très élevée Dynamique élevée grâce au moment d inertie minimal du rotor Légers et compacts Rotation sans à-coup Régulation simple due aux caractéristiques linéaires Les moteurs FAULHABER à balais graphite sont disponibles en diamètre à 8 mm. Les systèmes d entraînement FAULHABER sont complétés par un large choix de composants standard comme des codeurs à haute résolution, des réducteurs de précision et des électroniques de commande. FAULHABER s est spécialisé dans la modification des entraînements pour répondre aux exigences spécifiques des applications de ses clients. Voici quelques-uns des ajustements les plus courants: la tenue au vide, l extension de la plage de température, la modification d arbres, les valeurs de tension supplémentaires, câblage et connectique customisés, et bien d autres options. Code de produit Diamètre du moteur [mm] Longueur du moteur [mm] S Mode d entraînement 0 Tension nominale [V] C Mode de commutation (Graphite) R Construction (aimant à terres rares) S 0 CR

15 Micromoteurs C.C. plats Commutation métaux précieux 7 Motoréducteurs C.C. avec codeur intégré 8 Capot avec platine Palier en métal fritté 9 Rondelle Couvercle balais 0 Bobine avec collecteur Palier en métal fritté 7 Rondelle 8 Boîtier avec réducteurs à étages 9 Platine 0 Palier Arbre Rondelle Palier de sortie Couvercle Caractéristiques Le rotor sans fer avec ses trois bobines de cuivre plates en porte-à-faux constitue le cœur de chaque moteur C.C. Avec un moment d inertie minimal, il tourne dans un champ magnétique axial. Les réducteurs correspondants sont le dispositif d ajustement de puissance idéal entre la charge et le moteur, par réduction de la vitesse de rotation du moteur et augmentation simultanée du couple de sortie. FAULHABER s est spécialisé dans la modification des entraînements pour répondre aux exigences spécifiques des applications de ses clients. Voici quelques-uns des ajustements les plus courants : la tenue au vide, l extension de la plage de température, la modification d arbres, les valeurs de tension supplémentaires, câblage et connectique customisés, et bien d autres options. Avantages Sans réluctance Consommation électrique extrêmement faible faible tension de démarrage Dynamique élevée due au faible moment d inertie du rotor Légers et compacts Rotation sans à-coup Régulation simple due aux caractéristiques linéaires Code de produit Diamètre du moteur [mm] 9 Longueur du moteur [mm] S Mode d entraînement 0 Tension nominale [V] S Mode de commutation (métaux précieux) R Construction (aimant à terres rares) 9 S 0 SR

16 Moteurs C.C. sans balais WE CREATE MOTION

17 Servomoteurs C.C. sans balais Informations techniques Informations générales Le bobinage de FAULHABER : L'élément central de chaque moteur C.C. de FAULHABER est le système FAULHABER à bobinage oblique de rotor autoportant et sans noyau, inventé par Fritz Faulhaber senior et breveté en 98. Cette technologie a révolutionné l'industrie et créé de nouvelles opportunités pour les applications client de moteurs C.C. qui nécessitent une puissance maximale et les meilleures caractéristiques dynamiques pour la plus petite taille et le plus faible poids possibles. Dans une application au sein d'un moteur sans balais triphasé, le bobinage ne tourne plus, mais constitue plutôt la base d'un stator sans encoche. Les principaux avantages de cette technologie unique sont les suivants : Pas de couple d'encochage, ce qui permet d'obtenir un positionnement précis et une très bonne régulation de la vitesse, ainsi qu'un meilleur rendement général par rapport à d'autres types de moteurs C.C. Couple extrêmement élevé et grande puissance par rapport à la taille et au poids du moteur Relation linéaire absolue entre la charge et la vitesse de rotation, le courant et le couple ainsi que la tension et la vitesse de rotation, avec un comportement couple/ courant ultrasensible Ondulation du couple extrêmement faible Types de moteurs C.C. sans balais : Avec les servomoteurs -pôles à couple élevé, les moteurs plats ultraperformants ou les moteurs compacts sans encoche, FAULHABER est spécialiste lorsqu'il s'agit de générer la plus grande puissance à partir de la plus petite construction. De par leur conception, les moteurs sans balais de FAULHABER constituent des solutions idéales pour les applications servo intensives avec des conditions de surcharge fréquentes ainsi que pour les applications en régime continu et nécessitant une durée de vie maximale. Les moteurs C.C. sans balais -pôles de haute précision de FAULHABER sont des moteurs triphasés sans encoche avec une grande plage de couple et de vitesse de rotation. Il s'avèrent parfaits pour les applications à vitesse de rotation moyenne ou élevée, nécessitant un synchronisme en douceur, un rendement élevé et une longue durée de vie. Pour les applications servo très dynamiques exigeant un couple très élevé pour des dimensions les plus compactes possibles, les moteurs triphasés sans encoche -pôles de la série BX de FAULHABER constituent la solution idéale. Leur construction robuste comprenant seulement quelques pièces et aucun composant collé les rend extrêmement durables et bien adaptés aux conditions ambiantes difficiles, telles que les températures extrêmes ou les charges importantes dues aux chocs et aux vibrations. Les servomoteurs sans balais plats de FAULHABER sont des moteurs triphasés sans encoche avec entrefer de flux axial et extrémité en fer rotative. Ils présentent un rendement beaucoup plus élevé que les autres moteurs sans balais plats et leur extrémité en fer rotative leur confère une forte inertie du rotor, qui s'avère idéale pour les applications nécessitant une faible ondulation du couple ainsi qu'un synchronisme continu et très précis. FAULHABER propose également une gamme de moteurs sans balais bipolaires dotés d'une extrémité en fer rotative cylindrique qui sont parfois désignés comme des moteurs à induit extérieur sans noyau. Le moteur de FAULHABER se distingue par la construction sans encoche qui permet d'éliminer l'effet d'encochage. Grâce à l'inertie de masse élevée du rotor, ces moteurs constituent une solution idéale pour les applications en régime continu qui nécessitent un synchronisme très précis. Ces moteurs sont également équipés d'un système électronique de synchronisme intégré qui peut être configuré pour différents profils de vitesse de rotation. Capteurs : Les moteurs C.C. sans balais plats, -pôles et -pôles de FAULHABER sont équipés par défaut de trois capteurs Hall numériques avec un déphasage de 0. HA HB HC S S S S S S S Fig. : Signal de sortie d'un capteur Hall numérique Moteur pôles 7

18 La plupart des moteurs sans balais de FAULHABER sont disponibles avec des capteurs Hall analogiques (linéaires) en option. U A UC Signals Hall Hall A Hall C Angle de rotation mécanique absolu 0 π Fig. : Signal de sortie d'un capteur Hall analogique Moteur pôles Ces capteurs peuvent remplacer un codeur à haute résolution dans de nombreuses applications et fournir les signaux de commutation fondamentaux pour les moteurs sans balais en combinaison avec les contrôleurs de mouvement de FAULHABER. Aimants : Les servomoteurs C.C. sans balais sont conçus avec différents types d'aimants pour correspondre aux performances particulières du moteur concerné ou aux conditions d'application. Ces éléments comprennent des types d'aimants ultraperformants en terres rares comme le SmCo et le NdFeB. Durée de vie : Étant donné que la commutation du moteur ne s'effectue pas de manière mécanique mais électronique, la durée de vie d'un servomoteur C.C. sans balais de FAULHABER dépend principalement des performances de durée de vie des paliers du moteur. FAULHABER utilise des roulements à billes précontraints de grande précision dans chacun de ses moteurs sans balais à partir de mm de diamètre. Les facteurs qui influent sur la durée de vie des paliers du moteur sont les charges des paliers axiales et radiales, statiques et dynamiques, les conditions thermiques ambiantes, la vitesse du moteur, les charges dues aux chocs et aux vibrations, ainsi que la précision du couplage de l'arbre avec l'application donnée. Lorsque les servomoteurs C.C. sans balais sont utilisés conformément à la fiche technique, leur durée de vie dépasse de beaucoup celle des moteurs C.C. à commutation mécanique (à balais). Hall A Hall B Hall C Modifications : FAULHABER s'est spécialisé dans l'adaptation de ses produits standard en fonction des applications spécifiques au client. Les options standard suivantes sont disponibles pour les moteurs sans balais de FAULHABER : Types de tensions supplémentaires Câbles de raccordement (PTFE et PVC) et connecteurs Longueurs d'arbre configurables et deuxième extrémité d'arbre Modification de la géométrie des arbres et des configurations des pignons telles que des surfaces, des engrenages, des rondelles et des excentriques Extension des plages de températures Résistance au vide (p. ex. 0-7 Torr) Modifications pour les applications à vitesses et/ou charges élevées Modification pour les charges élevées dues aux chocs et aux vibrations Moteurs stérilisables en autoclave Modification pour les moteurs avec des exigences inférieures en matière de tolérance électrique ou mécanique par rapport aux moteurs standard Combinaisons de produits : Pour ses moteurs sans balais, FAULHABER propose le plus grand choix de combinaisons sur mesure du secteur, notamment : Réducteurs de précision (réducteurs planétaires, réducteurs à étages et sans jeu angulaire) Codeurs à haute résolution (codeurs incrémentaux et absolus) Électroniques de commande puissantes (contrôleurs de vitesse, contrôleurs de mouvement) Électroniques de commande intégrées (contrôle de vitesse et de mouvement) 8

19 Servomoteurs C.C. sans balais Informations techniques Servomoteurs C.C. sans balais Technologie -pôles Couple à l'arrêt MH [mnm] Couple généré à l'arrêt du moteur et à la tension nominale., mnm 7 W M H = k M U N C o R Série Valeurs à C et à tension nominale Tension nominale Résistance de phase Rendement, max. Vitesse à vide Courant à vide, typ. (avec l arbre ø, mm) Couple de démarrage 7 Couple de frottement statique 8 Coefficient de frottement dynamique 9 Constante de vitesse 0 Constante FEM Constante de couple Constante de courant ki Notes sur les fiches techniques Les valeurs Inertie suivantes du rotor ont été mesurées Jou calculées à la 7 Accélération angulaire αmax. tension nominale sans électroniques de commande intégrées et 9 à Constantes une température de temps thermiques ambiante de τw / τw 8 Résistances thermiques Rth / Rth, /, C B Pente de la courbe n/m Inductance de phase Constante de temps mécanique Températures d utilisation moteur Couple de frottement CO [mnm] Couple causé par le frottement mécanique statique des roulements à billes et l'hystérésis magnétique du stator. 8 T 0 B 0 B UN R,, ηmax. 8 9 no Io 0,087 0,0 MH 9,79 Co 0,8 0,8 Cv,. 0 -,. 0 - kn 9 ke rotation du moteur. 0,78 0,7 km, 7,08 0,77 0, Δn/ΔM 9 89 L 7 τm 8,, moteur à charge 0, constante. 0, 8 0 n o,7 / 8 Facteur d'amortissement visqueux CV [ 0 - mnm/min - ] Ce facteur résulte du couple dû au frottement visqueux des roulements à billes et des courants de Foucault causés par les changements cycliques dans le champ magnétique du stator. Ces pertes sont proportionnelles à la vitesse de V Ω % rpm A mnm mnm mnm/rpm rpm/v mv/rpm mnm/a A/mNm rpm/mnm μh ms gcm 0 rad/s Constante de vitesse kn [min - /V] Variation de la vitesse par volt appliqué aux bornes du k n = = 000 U N I o R Tension nominale UN roteur, max. admissible [V] + Constante de tension de générateur C ke [mv/min - ] Cette tension Paliers de est l arbre appliquée entre deux phases de roulements bobinage à billes précontraints Charge sur l arbre, max. admissible: Cette constante résulte du rapport entre la tension induite à l'aide de diamètre la commutation de l arbre en bloc. Il s'agit de la,tension mm radiale à 000 rpm ( mm de la flasque frontale) 7 dans les phases du moteur et la vitesse N de rotation du à laquelle axiale les autres à 000 rpm paramètres (pression / traction) de la fiche technique 0 sont N axiale à l arrêt (pression / traction) moteur. 0 N mesurés ou Jeu de calculés. l arbre: En fonction de la vitesse demandée, il radial 0,0 mm est possible d'appliquer au moteur une tension supérieure axial 0 k E = π k M 0 mm ou inférieure Matériau au du sein boîtier des limites données. aluminium, anodisé noir Masse 0 g Sens de rotation réversible électroniquement Résistance terminale entre les phases R [ ] ± % Constante de couple km [mnm/a] 7 Vitesse jusqu à nmax rpm 8 Nombre de paires de pôles Résistance entre deux phases du moteur sans câble supplémentaire. 0 Matériau Cette de valeur l aimantvarie en fonction de la température SmCo donné. Cette constante résulte du couple développé à un courant 9 Capteurs de Hall digitaux du bobinage (coefficient de température : α = 0,00 K - ). Constante de courant ki [A/mNm] Valeurs nominales en service permanent Couple nominal MN mnm Rendement ηmax. [%] Cette constante correspond,,7 au courant nécessaire pour un Courant nominal (limite thermique) IN 0,89 0, A Rapport Vitesse maximal nominale entre la puissance électrique nn absorbée couple donné rpm et la puissance mécanique fournie par le moteur. Cette Note: Les valeurs nominales sont valables à C et avec une réduction de résistance thermique Rth de %. valeur ne correspond pas forcément au point de fonctionnement donné du moteur dans chaque n [rpm] application k I = k M 8T0B Remarque: individuelle. Watt Pente de la caractéristique 8T0B n-/m (Rth -0%) n/ M [min - /mnm] Le diagramme représente la vitesse Régime intermittent maximum par rapport au couple disponible Rapport de la variation de la vitesse à la charge sur l'arbre Vitesse à vide no [min sur l'arbre de sortie pour Point de fonctionnement ] ± une % température à valeur nominale ambiante donnée de C. (couple). Plus la valeur est faible pour une taille et un Vitesse maximale atteinte par le moteur sans charge mécanique à une sance tension avec un système d'entrée de refroidissement donnée. Sa valeur varie en Le moteur peut délivrer davantage de puis- volume de moteur donnés, mieux c'est adéquat (par ex. Rth réduction de 0%). fonction La de droite la tension (UN) montre d'entrée. le point de travail à Δn = R tension nominale à une température ambiante de C. Tous les points de travail ΔM π k M n o = (U n I au o R) 000 UN dessus de cette droite exigeront une tension k d'alimentation supérieure. (Tous les points de E Inductance terminale entre les phases L [µh] travail en dessous de cette droite exigeront une tension d'alimentation inférieure). Inductance mesurée entre deux phases à khz. Courant à vide typ. Io [A] Le couple maximum disponible et la vitesse Consommation de courant du moteur à la tension 0 nominale et sans est supérieure charge. à C Le et/ou courant si le moteur à vide est dépend de la vitesse Temps nécessaire au moteur sans charge pour passer de Constante de temps mécanique M τ [mnm] m [ms] seront réduits si la température ambiante 0 0,,0,,0,,0,,0 thermiquement isolé de l'environnement. Plage de travail recommandée (exemple: tension nominale V) et de la température. l'arrêt à % de la vitesse finale. K/W s k E C Pour les indications concernant durée de vie ainsi que les données techniques complémentaires voir Informations I o = C o + C v techniques. n o Edition 0 k M Page / DR. FRITZ FAULHABER GMBH & CO. KG Sous réserve de modifications. m = 00 R J k M 8_B_NEW.indd 0.0. :9 9

20 Inertie du rotor J [gcm ] Moment d'inertie dynamique du moteur. Accélération angulaire αmax. [ 0 rad/s ] Accélération du rotor à partir d'une position arrêtée sans charge et à la tension nominale. max.= (U N /R) k M C o 0 J Résistance thermique Rth / Rth [K/W] Rth correspond à la valeur entre le bobinage et le boîtier. Rth correspond à la valeur entre le boîtier et l'air ambiant. Rth peut être réduite par refroidissement à l'aide d'un dissipateur thermique ou d'un système de ventilation forcée. Constante de temps thermique τ w / τ w [s] Temps nécessaire au rotor et au boîtier pour atteindre une température égale à % de la valeur finale. Température finale % de la température finale (t) θ m τ th Figure : Constante de temps thermique Plage de température en fonctionnement [ C] Températures de fonctionnement minimale et maximale autorisées pour le moteur, ou, respectivement, température de fonctionnement maximale autorisée pour le bobinage. Paliers de l'arbre Paliers standard utilisés pour les servomoteurs C.C. sans balais. Charge max. sur l'arbre [N] Charge axiale et radiale sur l'arbre de sortie pour un diamètre d'arbre de sortie primaire donné. Pour les moteurs avec roulements à billes, la charge et la durée de vie correspondent aux valeurs données par les fabricants des roulements. Cette valeur ne s'applique pas à la deuxième extrémité de l arbre ni aux extrémités d'arbre arrière. Jeu de l'arbre [mm] Jeu de l'arbre sur les paliers, mesuré à la sortie de palier. Matériau du boîtier Matériau du boîtier et protection de la surface. Masse [g] Masse typique du moteur standard. t Sens de rotation La plupart des moteurs sont conçus pour fonctionner dans le sens horaire (CW) et dans le sens antihoraire (CCW) ; le sens de rotation est réversible. Le sens de rotation est défini par le servovariateur externe. Veuillez noter que le sens de rotation pour les moteurs à électronique intégrée est parfois irréversible. Vitesse jusqu'à [min - ] Vitesse maximale recommandée du moteur en régime continu (S) pour un niveau de refroidissement donné. Cette valeur est basée sur le régime de fonctionnement recommandé pour les paliers de moteur standard et le bobinage. Toute valeur supérieure a un effet négatif sur la durée de vie maximale possible du moteur. Nombre de paires de pôles Nombre de paires de pôles dans le ou les aimants de rotor du moteur standard. Capteurs Hall Type des composants de rétroaction pour la commutation du moteur standard. Matériau de l'aimant Type de base de l'aimant utilisé dans le moteur standard. Tolérances mécaniques non précisées : Tolérances conformes à la norme ISO 78. = ± 0, mm 0 = ± 0, mm 0 = ± 0, mm Les tolérances de valeurs non spécifiées sont fournies sur demande. 0

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