ELEC 2753 : Électrotechnique
Semaine 11 : moteurs pas-à-pas
Guidance

L'allure des fonctions couple-position dépend de la structure du moteur, et notamment de la présence éventuelle d'aimants permanents (les avantages et inconvénients de l'introduction d'aimants permanents sont examinés à la page suivante).

On distingue habituellement trois types de moteurs pas à pas

- les moteurs pas à pas à réluctance variable (V.R.), les seuls étudiés au chapitre 7 du livre;

- les moteurs hybrides ;

- les moteurs électrodynamiques.

Le principe général de cette classification a été donné à la section 2.7.2. du livre dans le cas linéaire. Nous allons ci-dessous compléter les critères de classification en tenant compte de l'allure des relations couple-position. La description des structures correspondantes sera faite plus loin.

Les moteurs pas à pas du premier type ne comportent pas d'aimants permanents. On les appelle moteurs à réluctance variable, ou moteurs purement réluctants si on veut insister sur l'absence d'aimants permanents. Le prototype de ces moteurs est le moteur synchrone à pôles saillants non bobinés. Les moteurs pas à pas se distinguent cependant de ce moteur classique par un couplage plus faible entre les phases. Pour éviter la confusion, on désigne aussi les moteurs pas à pas à réluctance variable sous le nom de moteurs à réluctance commutée.

Les moteurs purement réluctants ne présentent pas de couple de crantage. Comme expliqué au paragraphe 7.2.2. du livre, leurs caractéristiques couple-position restent inchangées lors d'un changement de signe du courant.

Une conséquence pratique de ce fait est que, du point de vue de la création de couple, on peut obtenir les mêmes caractéristiques couple-position (par exemple celles de la figure 7.7 du livre) avec des courants ayant toujours le même signe (alimentation unipolaire). Cela signifie que la séquence décrite à la figure 7.1 peut être remplacée par celle de la figure 7.20 ci-dessous.

Lorsque le couplage entre les phases est négligeable, la polarité des phases peut être choisie arbitrairement. C'est ainsi que la numérotation des phases indiquée à la figure 7.3 du livre est acceptable, alors qu'elle serait dissymétrique si on tenait compte de la polarité des enroulements. Ceci n'est plus tout à fait vrai s'il existe un couplage entre les phases : il faut en ce cas respecter une certaine polarité si l'on veut que toutes les commutations (passage du courant d'une phase à la phase suivante) donnent lieu à des transitoires identiques. Les phases de la figure 7.3 devraient alors être numérotées comme indiqué à la figure 7.21. ci-dessous.

Figure 7.21 : numérotation symétrique des phases d'un moteur 6-4

Les moteurs pas à pas du deuxième type comportent des aimants permanents. Ceux-ci sont disposés de telle sorte que le flux y_o (q_m) d'une phase en l'absence de courant a le même signe pour toutes les valeurs de q_m .

Il en résulte que le sens du courant qui donne le couple le plus élevé est le même pour toutes les positions. Ces moteurs sont donc toujours alimentés de façon unipolaire. Par la suite, nous supposerons toujours que le sens de référence des enroulements est tel que le courant soit toujours positif en fonctionnement normal.

Les moteurs pas à pas du troisième type comportent, comme les moteurs hybrides, des aimants permanents. Cependant, ceux-ci sont disposés de telle sorte que le flux y_o (q_m ) soit une fonction alternative (c'est à dire de moyenne nulle) de q_m . Le prototype des moteurs électrodynamiques est la machine synchrone à aimant permanent, à laquelle le paragraphe (7.1.1. du livre) introductif de ce chapitre fait d'ailleurs référence. Les moteurs pas à pas se distinguent de cette machine classique par un couplage plus faible entre les phases.

Il n'y a pas de terminologie bien définie pour désigner cette catégorie de moteurs. On les désigne parfois comme moteurs pas à pas électromagnétiques ou moteurs pas à pas à aimant permanent (PM). D'autres appellations se réfèrent à des réalisations particulières de ces moteurs (tin can...).

De même que les moteurs à réluctance pure possèdent une symétrie vis à vis du changement de sens du courant, les moteurs électrodynamiques possèdent une symétrie vis de ce changement, à savoir

(7.36) w_cmag ( i , q_m ) = w_cmag (-i, q_m - p / p )

donc

(7.37) C_em (i , q_m ) = C_em (-i , q_m - p / p )

où p est un nombre entier qui joue le même rôle que le nombre de paires de pôles dans les machines classiques.

Dans le cas des moteurs sans sens de rotation privilégié, les symétries constructives sont telles que l'on a en outre, moyennant un choix approprié de l'origine des angles

(7.38) w_cmag (i , q_m ) = w_cmag (i , - q_m )

donc

(7.39) C_em (i , q_m ) = - C_em (i , - q_m )

Compte tenu des symétries détaillées plus haut, il y a pour chaque rotation d'un angle 2p/p deux périodes également intéressantes pour la production de couple, l'une avec un courant positif et l'autre avec un courant négatif. Pour profiter de ces deux opportunités, l'alimentation électrique doit être bipolaire. L'alimentation des moteurs électrodynamiques de façon unipolaire, bien que possible, ne permet d'utiliser qu'une seule des deux périodes favorables, ce qui a généralement pour effet de réduire fortement les performances aussi bien en terme de couple que de nombre naturel de pas par tour.

Dernière mise à jour le 19-04-2008