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On se demande souvent quel est le moteur qui présente le meilleur rendement. En particulier lorsqu'il s'agit d'applications dont l'alimentation électrique est limitée, comme un outil à batterie ou un satellite alimenté par un panneau solaire. Je pense qu'il vaut la peine d'étendre la question au système d'entraînement complet composé d'un contrôleur, d'un moteur, d'un réducteur et d'autres mécanismes. Le tableau 1 donne une idée approximative des rendements typiques de différents dispositifs de conversion d'énergie.
Nous voyons que beaucoup dépend de la façon dont la mécanique est faite. Une friction élevée dans le système mécanique coûte beaucoup d'énergie. C'est pourquoi l'optimisation de l'efficacité d'une chaîne cinématique doit toujours commencer par le système mécanique.
Notez que les systèmes d'entraînement à courant continu sont très souvent alimentés par une tension fixe. Par conséquent, ce n'est pas vraiment le rendement global qui doit être maximisé. Le rendement est un paramètre relatif donnant les pertes par puissance d'entrée. Cependant, à tension fixe, c'est plutôt la consommation de courant (en tant que paramètre absolu) qui doit être minimisée. Faire bon usage de la pleine tension d'alimentation réduit la consommation de courant - et augmente la durée de vie de la batterie.
Voici quelques règles pour un rendement élevé et une faible consommation de courant.
Règles pour la transformation mécanique
- Utilisez une mécanique à faible friction ou évitez tout cela.
- Utilisez le frottement par roulement (coefficient de frottement < 0,01) au lieu du frottement par glissement (coefficients de frottement typiques 0,1 ... 0,4). Par exemple, un système de vis à billes a un frottement considérablement plus faible qu'une vis-mère. Cependant, une solution à vis à billes n'est généralement pas autobloquante ; elle doit être alimentée pour rester en position d'arrêt. Si l'on considère le cycle de travail complet, il existe des situations où une vis à billes pourrait consommer moins d'énergie au total.
Règles applicables aux réducteurs planétaires et aux réducteurs à engrenages cylindriques
- Utilisez un faible nombre d'étapes.
- Utilisez de petits réducteurs dont le couple est à peine supérieur à ce dont vous avez besoin. Ne surdimensionnez pas le réducteur. L'efficacité à faible charge du réducteur est très mauvaise.
- En termes d'efficacité, un moteur à entraînement direct plus grand sans réducteur est souvent meilleur qu'une combinaison moteur-réducteur. Cependant, l'entraînement direct peut être plus grand, plus lourd et plus coûteux.
Règles pour les moteurs
- Faites tourner les moteurs à des vitesses de plusieurs milliers de tours/minute.
- Ne choisissez pas un moteur trop gros. Ne le faites pas tourner à vide.
- Faites attention au choix du bobinage. Utilisez celui qui utilise au mieux la tension pour atteindre la vitesse en charge ; c'est celui qui a besoin du courant le plus faible.
Règles pour les contrôleurs
Ici, la règle est similaire à celle des réducteurs. Chargez-les bien, ne les faites pas fonctionner avec un courant trop faible. Ne sélectionnez pas les régulateurs avec un courant trop élevé. Faites correspondre la taille de l'étage de puissance avec le courant moteur requis.
Et enfin
Faites bon usage de la pleine tension d'alimentation. Cela réduit la consommation de courant et vous pouvez économiser de l'argent ; vous aurez besoin d'une alimentation plus petite, d'un contrôleur plus petit, d'un blindage de câble moins important ... Ou, comme l'a dit un de mes collègues : La tension est gratuite - le courant coûte cher.
