moteurs pas à pasLes moteurs pas à pas et les servomoteurs sont des dispositifs de commande de mouvement discrets, moins coûteux que les servomoteurs, qui convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. Un moteur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique est appelé « générateur » ; un moteur qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique est appelé « moteur électrique ». Les moteurs pas à pas et les servomoteurs sont des produits de commande de mouvement permettant de localiser et de contrôler avec précision les mouvements des équipements d'automatisation. Ils sont principalement utilisés dans la fabrication de ces équipements.
Il existe trois types de rotors pour moteurs pas à pas : réactif (type VR), à aimant permanent (type PM) et hybride (type HB). 1) Réactif (type VR) : rotor à engrenages. 2) Aimant permanent (type PM) : rotor à aimant permanent. 3) Hybride (type HB) : rotor à engrenages combinant aimant permanent et dents. Les moteurs pas à pas sont classés selon le nombre d'enroulements du stator : biphasés, triphasés et pentaphasés. Un moteur à deux stators est dit biphasé, un moteur à cinq stators est dit pentaphasé. Plus un moteur pas à pas possède de phases et de battements, plus sa précision est élevée.
Les moteurs HB peuvent réaliser des mouvements par petits incréments très précis, tandis que les moteurs PM ne nécessitent généralement pas une précision de contrôle élevée.moteurs HBIls permettent de répondre à des exigences complexes et précises en matière de contrôle de mouvement linéaire. Les moteurs à aimants permanents présentent un couple et un volume relativement faibles, ne nécessitent généralement pas une grande précision de contrôle et sont plus économiques. Secteurs d'activité : machines textiles, emballage alimentaire. En termes de processus de production et de précision de contrôle du moteur,Moteurs pas à pas HBsont plus haut de gamme que les moteurs pas à pas à aimants permanents.
Les moteurs pas à pas et les servomoteurs sont tous deux des dispositifs de commande de mouvement, mais leurs performances diffèrent. Un moteur pas à pas est un dispositif de mouvement discret qui reçoit une commande et exécute un déplacement angulaire. Il convertit le signal d'impulsion d'entrée en un déplacement angulaire. Lorsque le contrôleur du moteur pas à pas reçoit un tel signal, il le fait tourner d'un angle fixe dans la direction définie. Un servomoteur est un système d'asservissement dans lequel les signaux électriques sont convertis en couple et en vitesse pour actionner un objet, permettant ainsi de contrôler la vitesse et la précision de position.
✓ Les moteurs pas à pas et les servomoteurs sont assez différents en termes de caractéristiques basse fréquence, de caractéristiques de fréquence de moment et de capacité de surcharge :.
Précision de contrôle : plus le nombre de phases et de rangées de moteurs pas à pas est élevé, plus la précision est grande ; la précision de contrôle des servomoteurs à courant alternatif est garantie par l’encodeur rotatif situé à l’extrémité arrière de l’arbre du moteur ; plus le nombre d’échelles de l’encodeur est élevé, plus la précision est grande.
✓ Caractéristiques basse fréquence : les moteurs pas à pas sont sujets à des vibrations basse fréquence à basse vitesse. Ce phénomène, inhérent à leur principe de fonctionnement, nuit au bon fonctionnement de la machine. On utilise généralement des techniques d’amortissement pour le corriger. Les servomoteurs à courant alternatif, quant à eux, intègrent une fonction de suppression de la résonance, compensant ainsi le manque de rigidité de la machine. Leur fonctionnement est très fluide et exempt de vibrations, même à basse vitesse.
✓ Caractéristiques couple-fréquence : le couple de sortie des moteurs pas à pas diminue avec l’augmentation de la vitesse, leur vitesse de fonctionnement maximale est donc de 300 à 600 tr/min ; les servomoteurs peuvent fournir un couple nominal jusqu’à la vitesse nominale (généralement de 2 000 à 3 000 tr/min), et au-delà de la vitesse nominale, la puissance de sortie est constante.
✓ Capacité de surcharge : les moteurs pas à pas ne possèdent pas de capacité de surcharge ; les servomoteurs possèdent une forte capacité de surcharge.
✓ Performances de réponse : les moteurs pas à pas mettent 200 à 400 ms pour passer de l’arrêt à leur vitesse de fonctionnement (plusieurs centaines de tours par minute) ; les servomoteurs à courant alternatif offrent de meilleures performances d’accélération et peuvent être utilisés dans des applications de contrôle nécessitant des démarrages et arrêts rapides. Le servomoteur à courant alternatif Panasonic MASA 400W, par exemple, passe de l’arrêt à sa vitesse nominale de 3 000 tr/min en quelques millisecondes seulement.
Performances opérationnelles : les moteurs pas à pas sont contrôlés en boucle ouverte et sont sujets à des pertes de pas ou à des blocages lorsque la fréquence de démarrage est trop élevée ou que la charge est trop importante, et à des dépassements lorsque la vitesse est trop élevée à l’arrêt ; les servomoteurs à courant alternatif sont contrôlés en boucle fermée et le pilote peut échantillonner directement le signal de retour de l’encodeur du moteur, il n’y a donc généralement pas de pertes de pas ni de dépassements du moteur pas à pas et les performances de contrôle sont plus fiables.
Le servomoteur à courant alternatif (CA) offre de meilleures performances que le moteur pas à pas, mais ce dernier présente l'avantage d'un prix plus bas. Le servomoteur CA est supérieur au moteur pas à pas en termes de vitesse de réponse, de capacité de surcharge et de performances globales, mais le moteur pas à pas est privilégié dans certaines applications moins exigeantes en raison de son rapport coût-performance avantageux. Grâce à la technologie en boucle fermée, les moteurs pas à pas en boucle fermée offrent une excellente précision et un rendement élevé, atteignant ainsi certaines performances des servomoteurs, tout en conservant l'avantage d'un prix plus abordable.
Anticipez l'avenir et identifiez les secteurs émergents. Les applications des moteurs pas à pas ont connu des mutations structurelles : le marché traditionnel est saturé et de nouveaux secteurs émergent. Les moteurs de commande et les systèmes d'entraînement de l'entreprise sont largement utilisés dans les instruments médicaux, la robotique de service, l'automatisation industrielle, les technologies de l'information et de la communication, la sécurité et d'autres secteurs émergents, qui représentent une part importante de son activité globale et connaissent une croissance rapide. La demande de moteurs pas à pas est liée à la conjoncture économique, aux technologies, au niveau d'automatisation industrielle et au développement technique des moteurs eux-mêmes. Le marché est saturé dans des secteurs traditionnels tels que la bureautique, les appareils photo numériques et l'électroménager, tandis que de nouveaux secteurs continuent d'émerger, comme l'impression 3D, la production d'énergie solaire, les équipements médicaux et l'automobile.
| Champs | Applications spécifiques |
| Bureautique | Imprimantes, scanners, photocopieurs, multifonctions, etc. |
| Éclairage scénique | Contrôle de la direction de la lumière, mise au point, changement de couleur, contrôle ponctuel, effets lumineux, etc. |
| Bancaire | Distributeurs automatiques de billets, impression de factures, production de cartes bancaires, compteuses de billets, etc. |
| Médical | Scanner CT, analyseur d'hématologie, analyseur de biochimie, etc. |
| Industriel | Machines textiles, machines d'emballage, robots, convoyeurs, chaînes de montage, machines de placement, etc. |
| Communication | Conditionnement du signal, positionnement de l'antenne mobile, etc. |
| Sécurité | Commande de mouvement pour caméras de surveillance. |
| Automobile | Commande des vannes d'huile/gaz, système de direction assistée. |
Secteur émergent 1 : L’impression 3D continue de réaliser des avancées majeures en matière de recherche et développement et d’élargir ses applications en aval, avec des marchés nationaux et internationaux en croissance d’environ 30 %. L’impression 3D repose sur la superposition de couches de matériaux à partir de modèles numériques pour créer des objets physiques. Le moteur est un composant essentiel de l’imprimante 3D ; sa précision influe sur la qualité de l’impression. Généralement, on utilise des moteurs pas à pas. En 2019, le marché mondial de l’impression 3D représentait 12 milliards de dollars, soit une augmentation de 30 % par rapport à l’année précédente.
Secteur émergent 2 : Les robots mobiles sont contrôlés par ordinateur et possèdent des fonctions telles que le déplacement, la navigation automatique, le contrôle multisensoriel, l’interaction réseau, etc. Leur utilisation la plus importante en production pratique est la manutention, avec un degré élevé de non-standardisation.
Les moteurs pas à pas sont utilisés dans le module d'entraînement des robots mobiles, et la structure d'entraînement principale est composée de moteurs d'entraînement et de réducteurs. Bien que l'industrie robotique industrielle chinoise ait démarré plus tard que celle des pays étrangers, elle la devance dans le domaine des robots mobiles. Actuellement, la plupart des composants essentiels des robots mobiles sont fabriqués localement, et les entreprises chinoises répondent aux exigences de précision dans tous les domaines. La concurrence étrangère est donc limitée.
Le marché chinois des robots mobiles devrait atteindre environ 6,2 milliards de dollars en 2019, soit une hausse de 45 % par rapport à l'année précédente. Le lancement international de robots de nettoyage professionnels, offrant une efficacité de nettoyage considérablement accrue, a notamment vu l'arrivée du « second robot » en 2018, après celui du robot humanoïde. Ce « second robot » est un robot aspirateur commercial intelligent doté de multiples capteurs lui permettant de détecter les obstacles, les escaliers et les mouvements humains. Il dispose d'une autonomie de trois heures et peut nettoyer jusqu'à 1 500 mètres carrés. Le « second robot » peut remplacer une grande partie du personnel de nettoyage quotidien et permettre d'augmenter la fréquence des nettoyages, en complément des tâches de nettoyage habituelles.
Secteur émergent 3 : Avec l’arrivée de la 5G, le nombre d’antennes pour les stations de base de communication augmente, tout comme le nombre de moteurs nécessaires. En général, trois antennes sont requises pour les stations de base classiques, quatre à six pour les stations 4G, et ce nombre augmente encore pour les applications 5G, qui doivent couvrir les communications mobiles traditionnelles et l’Internet des objets (IoT). Les moteurs de commande avec réducteur deviennent une solution courante pour le développement sur mesure des usines d’antennes de stations de base. Chaque antenne ESC nécessite un moteur de commande avec réducteur.
Le nombre de stations de base 4G a augmenté de 1,72 million en 2019, et le déploiement de la 5G devrait ouvrir un nouveau cycle. En 2019, la Chine comptait 8,41 millions de stations de base de téléphonie mobile, dont 5,44 millions de stations 4G, soit 65 %. Le nombre de nouvelles stations 4G a progressé de 1,72 million en 2019, un record depuis 2015, principalement grâce à : 1) l’extension du réseau pour couvrir les zones rurales non couvertes ; 2) la mise à niveau de la capacité du réseau central, préparant ainsi le terrain pour le déploiement de la 5G. La licence commerciale 5G chinoise a été délivrée en juin 2019, et plus de 250 000 stations de base 5G devraient être opérationnelles à travers le pays d’ici mai 2020.
Secteur émergent n° 5 : Les dispositifs médicaux constituent l’une des principales applications des moteurs pas à pas et représentent un segment dans lequel Vic-Tech est fortement impliquée. Fabriqués en métal ou en plastique, les dispositifs médicaux exigent une grande précision. Si de nombreux fabricants utilisent des servomoteurs pour répondre à ces exigences, les moteurs pas à pas, plus économiques et plus compacts, offrent une précision suffisante pour certains dispositifs médicaux. De ce fait, ils sont de plus en plus utilisés dans ce secteur et remplacent même parfois les servomoteurs.
Date de publication : 19 mai 2023