bobinages pour moteurs électriques

bobinages moteurs électriques

Les bobi­nages pour moteurs élec­triques peu­vent être divisés en bobi­nage con­cen­tré et bobi­nage répar­ti. Dans le cas d’un enroule­ment répar­ti, le bobi­nage s’ef­fectue tou­jours sur au moins deux dents de sta­tor. En revanche, dans le cas d’un bobi­nage con­cen­tré, une seule dent du sta­tor est enroulée. Les deux types de bobi­nages ont des avan­tages et des incon­vénients dif­férents. Le choix d’un bobi­nage con­cen­tré ou d’un bobi­nage répar­ti dépend des dimen­sions du moteur et de son util­i­sa­tion. Mais le nom­bre de pièces et la manière dont le moteur doit être fab­riqué ont égale­ment une influ­ence sur le choix du type de bobi­nage. D’autres car­ac­téris­tiques dis­tinc­tives impor­tantes pour la con­cep­tion du bobi­nage sont le bobi­nage à trous de rup­ture et le bobi­nage à trous com­plets, ain­si que le bobi­nage à une couche et le bobi­nage à deux couches.

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enroulement concentré

enroulement concentré

Avec l’en­roule­ment con­cen­tré, on enroule tou­jours exacte­ment sur une dent du sta­tor. Cela présente des avan­tages décisifs lors de la fab­ri­ca­tion du sta­tor. Il est par exem­ple pos­si­ble d’en­fil­er sim­ple­ment des bobines déjà prêtes sur le sta­tor. Toute­fois, la con­cep­tion des dents du sta­tor doit être prévue à cet effet. Un avan­tage essen­tiel d’un bobi­nage con­cen­tré est la très petite tête de bobi­nage en haut et en bas du moteur. Dans le cas d’un développe­ment répar­ti, cette tête de bobi­nage est plus grande en rai­son du chevauche­ment des bobi­nages. En rai­son de la tête de bobi­nage plus petite des bobi­nages con­cen­trés, les pertes ohmiques à bas régime sont moins impor­tantes que dans le cas d’un bobi­nage répar­ti. Si l’on utilise un design clas­sique de moteur élec­trique avec un développe­ment con­cen­tré, la con­tre-CEM est trapé­zoï­dale. Cela per­met de génér­er un cou­ple élevé avec ce type d’en­roule­ment, en par­ti­c­uli­er à basse vitesse. Mais cela ne sig­ni­fie pas pour autant qu’il en résulte un ren­de­ment élevé. En effet, le prin­ci­pal incon­vénient d’un enroule­ment con­cen­tré est la for­ma­tion d’har­moniques qui peu­vent entraîn­er des pertes impor­tantes, notam­ment à des vitesses de rota­tion élevées. Ces pertes peu­vent se pro­duire dans les enroule­ments de la tôle ou dans les aimants per­ma­nents. Les bobi­nages con­cen­trés sont prin­ci­pale­ment util­isés pour les moteurs courts et de grand diamètre. Les entraîne­ments de moyeu de roue pour les vélos élec­triques sans boîte de vitesses en sont un exem­ple. Les bobi­nages con­cen­trés sont égale­ment util­isés pour les entraîne­ments qui néces­si­tent une dynamique élevée et dont le ren­de­ment n’est pas aus­si décisif. Un autre incon­vénient des bobi­nages con­cen­trés est une ondu­la­tion non nég­lige­able du cou­ple. Celui-ci peut être com­pen­sé, par exem­ple, en déplaçant les aimants les uns par rap­port aux autres sur le rotor ou en don­nant aux aimants une forme appropriée.

enroulement distribué

Avec un enroule­ment dis­tribué, au moins deux dents du sta­tor sont tou­jours enroulées, comme dans cet exem­ple sur la pho­to. Le nom­bre de dents enroulées s’ap­pelle l’e­space­ment ou l’in­cré­ment des bobines et, bien sûr, vous pou­vez égale­ment enrouler sur 3, 4, 5 dents ou plus. Avec un enroule­ment dis­tribué, les enroule­ments se chevauchent en haut et en bas du moteur électrique.Cette zone du moteur est égale­ment appelée enroule­ment d’ex­trémité. En rai­son du chevauche­ment, le porte-à-faux de l’en­roule­ment est plus impor­tant avec un enroule­ment dis­tribué qu’avec un enroule­ment con­cen­tré. Un bobi­nage con­cen­tré est donc générale­ment util­isé pour les moteurs élec­triques très courts. En con­séquence, les pertes ohmiques de l’en­roule­ment d’ex­trémité peu­vent être réduites. Avec des moteurs élec­triques plus longs, l’in­flu­ence des pertes de l’en­roule­ment final n’est pas si grande par rap­port aux pertes totales. Un avan­tage très impor­tant d’un enroule­ment dis­tribué pour un moteur élec­trique est que la con­tre-EMF résul­tante a une courbe uni­forme, prin­ci­pale­ment sinu­soï­dale. Cela sig­ni­fie que la pro­por­tion d’har­moniques est très faible, de même que les pertes dans la tôle du sta­tor et les bobi­nages. Les enroule­ments dis­tribués sont util­isés partout où des niveaux élevés d’ef­fi­cac­ité sont req­uis, comme dans les véhicules élec­triques. Un autre avan­tage des enroule­ments dis­tribués est une syn­chro­ni­sa­tion élevée, ce qui sig­ni­fie que l’on­du­la­tion de cou­ple et donc le bruit du moteur sont très faibles. Pour cette rai­son, les moteurs élec­triques à enroule­ments dis­tribués sont prin­ci­pale­ment util­isés pour les broches de tour des machines-out­ils, car sinon les fluc­tu­a­tions de cou­ple auraient un impact négatif sur la qual­ité de la pièce à usiner.

enroulement distribué

schéma d’enroulement du moteur

Dans le cas d’un enroule­ment con­cen­tré, une dent du sta­tor porte exacte­ment un enroule­ment. Les dif­férentes couleurs représen­tent les trois phas­es U, V et W. Les deux enroule­ments d’une phase sont reliés entre eux et les trois phas­es peu­vent alors être con­nec­tées en étoile ou en tri­an­gle. Dans le cas d’un enroule­ment répar­ti, on enroule au moins sur deux dents, comme dans cet exem­ple. Le nom­bre de dents sur lesquelles on enroule s’ap­pelle l’é­carte­ment des bobines et il est bien sûr pos­si­ble d’en­rouler sur 3, 4, 5 dents ou plus. L’é­carte­ment des bobines dépend du nom­bre de dents du sta­tor et du nom­bre de paires de pôles du rotor.

schéma de bobinage du moteur

enroulement réparti vs enroulement concentré

Quelle est la dif­férence tech­nique entre un enroule­ment répar­ti et un enroule­ment con­cen­tré ? Pour cela, nous allons nous pencher sur la ten­sion de la CEM opposée. Il s’ag­it de la ten­sion qui peut être mesurée aux bornes d’un moteur élec­trique à aimants per­ma­nents lorsque le moteur est tourné suff­isam­ment vite à la main ou avec une machine de charge.

moteur électrique contre-électricité

Dans le dia­gramme, on voit que la ten­sion du moteur élec­trique avec un enroule­ment répar­ti est bien sinu­soï­dale. En revanche, la force con­tre-élec­tro­motrice de l’en­roule­ment con­cen­tré est plutôt trapé­zoï­dale. Qu’est-ce que cela sig­ni­fie pour la puis­sance du moteur ? Avec un moteur à enroule­ment con­cen­tré, il est pos­si­ble de génér­er plus de cou­ple en rai­son de la con­tre-courant élec­tro­mag­né­tique trapé­zoï­dal. Toute­fois, les pertes dans le cuiv­re et la tôle sont plus impor­tantes, car les har­moniques sont plus nom­breuses et plus élevées. Avec un bobi­nage répar­ti, on peut donc attein­dre un ren­de­ment plus élevé en rai­son de la forme sinu­soï­dale de la force con­tre-élec­tro­motrice, ce qui est par­ti­c­ulière­ment impor­tant pour les véhicules élec­triques. Mais cela ne sig­ni­fie pas directe­ment que si un moteur élec­trique a une force con­tre-élec­tro­motrice sinu­soï­dale, ce moteur a un ren­de­ment élevé. Et même avec des bobi­nages con­cen­trés, il est pos­si­ble d’obtenir une courbe sinu­soï­dale de la force con­tre-élec­tro­motrice en adap­tant la con­cep­tion du rotor.