Lexique
Moteur couple et moteur à fort couple
Un moteur couple est un moteur électrique qui est utilisé dans des applications à faible vitesse de rotation et généralement en prise directe sans réducteur. De plus, les moteurs couple sont souvent utilisés dans des machines cycliques de production avec accélération, palier de vitesse, décélération et parfois retour en arrière à la différence des applications de machines à fonctionnement continu délivrant une puissance à vitesse permanente. Traditionnellement les machines d’automatisation d’usine, et en particulier les machines-outils utilisaient des moteurs électriques à vitesse de rotation élevée accouplés à travers un réducteur à la charge pour réduire la vitesse du moteur et augmenter le couple du moteur afin de s’adapter à celles requises par l’axe de la machine. Toutefois, les réducteurs créent des problèmes de maintenance, de fiabilité, de précision, de jeu, de bruit audible et de perte de rendement qui pénalisent techniquement, ergonomiquement et économiquement les servomécanismes. C’est la raison pour laquelle les constructeurs de machines ont initié depuis plusieurs années l’élimination des réducteurs en utilisant des moteurs couple à aimants permanents à faible vitesse de rotation et par conséquent avec une capacité de fort couple pour la réalisation d’un entraînement direct d’axe de machine automatisée sans réducteur. Il existe des moteurs couple à courant continu et des moteurs couple à courant alternatif polyphasé. De nos jours, les applications de moteurs couple et de moteurs fort couple triphasés à aimants permanents, comme les moteurs ALXION ST et STK, sont en forte augmentation non seulement dans les applications d’automatisation industrielle mais également des automatismes divers hors d’usine.
Moteur & alternateur pour entraînement direct
Un moteur ou alternateur pour entraînement direct est un moteur qui est directement accouplé à sa charge ou un alternateur à son moteur d’entraînement ou une turbine sans utilisation de réducteur ni de multiplicateur de vitesse. Les motivations pour l’entraînement direct sont multiples ; on peut notamment citer, l’augmentation de la précision en prise directe, l’augmentation du rendement, l’élimination des jeux dans la transmission, l’élimination de la maintenance liée au réducteur, la diminution du bruit audible et des vibrations, l’élimination des courroies et de l’élasticité de transmission. Le moteur peut fonctionner avec différentes sources d’énergie. Dans le cas d’ ALXION, nous nous focalisons sur les moteurs à entraînement direct à alimentation électrique et plus particulièrement les moteurs et alternateurs triphasés à aimants permanents pour entraînement direct avec nos gammes de moteurs complets, type ST, et de moteurs et alternateurs en kits ou unités roto-statoriques STK.
Moteur ou alternateur en kit roto-statorique
Un moteur ou un alternateur en kit roto-statorique est constitué de 2 parties: un stator et un rotor. Dans le cas d’un kit de moteur synchrone à aimants permanents à courant alternatif, le stator comporte dans une carcasse un assemblage de tôles magnétiques portant un enroulement triphasé. Le rotor est constitué d’un noyau magnétique portant des aimants permanents. Pour que le moteur ou l’alternateur soit opérationnel, les 2 parties du kit doivent être intégrées par l’utilisateur à l’intérieur de la mécanique de la machine avec un ou plusieurs roulements. L’intérêt des kits roto-statoriques de moteurs et d’ alternateurs par comparaison avec les moteurs complets avec carcasse, arbre, roulements, brides, codeur, réside dans la capacité de réaliser un système compact mécatronique simplfié sans pièces ni composants redondants doté d’ une fiabilité, d’un rendement et d’une précision accrus. Les moteurs et alternateurs en kits roto-statoriques sont particulièrement recommandés pour optimiser techniquement et économiquement les applications à entraînement direct sans réducteur ni multiplicateur de vitesse. Parmi les utilisations les plus répandues de moteurs couple en kits roto-statoriques, on peut citer les axes de machine-outils, les machines d’extrusion du plastique et du caoutchouc, les machines pour la fabrication de composants électroniques, les machines pour l’imprimerie par flexographie, les machines d’imprimerie sur textile tissé, les plateaux rotatifs et d très nombreuses applications hors d’usine comme des véhicules électriques terrestres et sous-mariins et des automatismes de scènes et de parcs d’attractions. Les alternateurs en kits roto-statoriques sont principalement utilisés dans les éoliennes et dans les hydroliennes. ALXION dispose d’une gamme de moteurs couple STK en kits roto-statoriques et d’alternateurs STK en kits roto-statoriques principalement utilisés dans les éoliennes.
Éolienne
Une éolienne est une machine convertissant l’énergie du vent en énergie mécanique puis en énergie électrique. La conversion de l’énergie est effectuée par une turbine entraînant un générateur ou génératrice électrique, à courant continu ou plus fréquemment à courant alternatif polyphasé. Techniquement, les principaux critères de classification d’une éolienne sont les suivants:
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maximisation de la part d’énergie éolienne qui est convertie en énergie mécanique dans la limite des lois physiques
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maximisation du rendement de la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique
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minimisation de vitesse du vent à partir de laquelle s’effectue la production d’énergie
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silence de fonctionnement à une vitesse de vent donnée
Il existe 2 types principaux d’ éoliennes: les éoliennes à axe horizontal ou HAWT, les éoliennes à axe vertical ou VAWT. Les éoliennes à axe horizontal tournent généralement à vitesse plus élevée pour une vitesse de vent donnée que les éoliennes à axe vertical. Pour une puissance donnée, les HAWT ont par conséquent un couple inférieur et donc une plus petite génératrice ou alternateur que les VAWT, mais ils sont généralement moins silencieux que les VAWT. C’est la raison pour laquelle les éoliennes à axe vertical sont considérées comme plus particulièrement destinées à une utilisation en milieu urbain.
Alternateur à aimants permanents
Un alternateur à aimants permanents est une génératrice électrique effectuant la conversion d’ énergie mécanique en énergie électrique alternative. L’alternateur à aimants permanents est par principe une machine synchrone à courant alternatif polyphasé et plus particulièrement une machine triphasée fournissant un système équilibré de tensions et de courants alternatifs, dans laquelle les champs magnétiques statorique et rotorique sont en rotation synchrone, c’est-à-dire à la même vitesse. L’excitation de l’alternateur à aimants est faite par des aimants permanents liés au rotor (inducteur). Il y a des structures d’alternateurs à aimants permanents à rotor interne et stator externe d’une part, et des structures d’alternateurs à stator interne et rotor externe, d’autre part. Toutefois, les alternateurs à aimants permanents avec stator externe sont plus performants en termes de puissance massique et volumique et couple massique et volumique parce que le refroidissement des enroulements statoriques est plus aisé lorsque le stator est en contact avec l’air ambiant. Les alternateurs ALXION STK ont un stator externe et un rotor interne et sont excités par des aimants permanents terres rares à haute énergie.
Alternateur d’éolienne
Un alternateur d’éolienne est une machine électrique effectuant la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique dans une éolienne. L’alternateur est par principe une machine synchrone à courant alternatif polyphasé et plus particulièrement une machine triphasée délivrant un système équilibré de tensions alternatives et courants, dans lequel les champs magnétiques statoriques et rotorique sont en rotation synchrone, c’est-à-dire à la même vitesse. L’alternateur est donc une génératrice à courant alternatif. L’excitation de l’alternateur ou inducteur peut être réalisé soit par des bobinages traversés par des courants continus implantés sur le rotor soit beaucoup plus fréquemment de nos jours par des aimants permanents liés au rotor. Il y a des structures d’alternateurs à rotor interne et stator externe d’une part et des structures d’ alternateurs à stator interne et rotor externe, d’autre part. Toutefois, les alternateurs avec stator externe sont plus performants en termes de puissance massique et volumique et couple massique et volumique parce que le refroidissement des enroulements statoriques est plus aisé lorsque le stator est en contact avec l’air. Les alternateurs STK ALXION ont un stator externe et un rotor interne et sont excités par des aimants permanents terres rares à haute énergie au rotor.
Génératrice à aimants permanents
Une génératrice à aimants permanents est une machine électrique effectuant la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. La génératrice à aimants permanents peut être une machine de tension continue avec balais et collecteur tournant ou beaucoup plus souvent une machine à courant alternatif synchrone polyphasée dans laquelle les champs magnétiques stator et rotor tournent à la même vitesse. Dans le cas d’une génératrice à aimants permanents à courant continu, l’inducteur est situé au stator avec un assemblage d’aimants permanents. Dans le cas d’une génératrice à aimants à courant alternatif, l’inducteur est situé au rotor avec un assemblage d’aimants permanents. De nos jours, les génératrices à aimants permanents à courant alternatif sont beaucoup plus utilisées que les génératrices à courant continu du fait de leur fiabilité et leur environnement plus aisé car elles n’ont pas de contacts électriques glissants. Les génératrices à aimants permanents à courant alternatif ont également un couple massique et volumique et une puissance massique et volumique supérieurs à ceux des génératrices à courant continu. Les génératrices à aimants permanents à courant alternatif sont également appelées alternateurs. ALXION fabrique des alternateurs à aimants permanents triphasés.
Génératrice éolienne
Une Génératrice éolienne est une machine électrique effectuant la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique dans une éolienne. La génératrice éolienne peut être de type à courant continu avec des balais et collecteur tournant ou beaucoup plus souvent de type à courant alternatif polyphasé. Il y a 2 familles de génératrices éoliennes à courant alternatif : génératrices asynchrones dans lesquelles les fréquences des champs magnétiques rotorique et statorique sont différentes et les génératrices synchrones dans le cas contraire. Les génératrices à courant alternatif synchrones sont également appelées alternateurs. Les génératrices asynchrones sont moins utilisées de nos jours que les génératrices synchrones dans les applications de génératrices éoliennes du fait des dimensions plus compactes et du meilleur rendement permis aujourd’hui par l’utilisation d’aimants permanents terres rares à haute énergie en remplacement des bobines d’excitation au rotor des génératrices synchrones.
Les alternateurs STK ALXION sont des génératrices synchrones triphasées à aimants permanents.
Petit éolien
On appelle Petit éolien le segment d’éoliennes de faible puissance. En règle générale, l’expression «petit éolien» est utilisée pour des puissances électriques allant jusqu’à 100 kW maximum. Le petit éolien comprend en particulier les machines utilisées pour la fourniture d’électricité aux maisons individuelles et aux fermes de puissance nominale de 3KW à 6 KW ainsi que les machines pour l’alimentation d’équipements retirés tels qu’ antennes de téléphonie cellulaire, installations d’arrosage ou d’irrigation, éclairage de zones autoroutières… jusqu’à 10 KW, ou même 15 KW. ALXION est présent dans le segment des petites éoliennes de moins de 100 KW avec ses alternateurs STK. Si les applications de haute puissance d’ éoliennes de plus de 100 kW et jusqu’à 4 MW sont uniquement composées d’éoliennes à axe horizontal, les applications de petit éolien sont faites par deux types de machines: éoliennes à axe horizontal et éoliennes à axe vertical, ces dernières étant principalement utilisées dans les zones urbaines. Les médias évoquent souvent les projets et les installations de fermes éoliennes de haute puissance et, de ce fait, le grand public est généralement bien informé de ces applications. Ce n’est pas le cas des applications de petit éolien et bien souvent, les particuliers ne savent même pas qu’ils pourraient utiliser une petite éolienne dans leur jardin pour produire leur propre électricité, si les cartes de vent locales le permettent.