Outer Rotor BLDC Motor Design : Votre guide facile pour la modélisation des moteurs électriques

Un moteur à courant continu sans balais à rotor extérieur est un type de moteur électrique puissant. Dans ce type de moteur, les aimants du rotor tournent sur l'axe du rotor. à l'extérieur des enroulements du stator. Cela leur confère des capacités particulières, comme un couple élevé. Cet article s'adresse à vous. Il vous aidera à apprendre comment concevoir un meilleur moteur à courant continu sans balais à rotor extérieur. Nous vous montrerons comment la modélisation informatique peut faciliter les étapes de la conception de votre moteur et vous aider à réussir. Vous apprendrez les principales étapes pour améliorer votre moteur électrique BLDC afin qu'il fonctionne au mieux.

Qu'est-ce qu'un moteur BLDC à rotor extérieur ?

Un moteur à courant continu sans balais (moteur BLDC) est un type de moteur électrique courant. Les gens l'apprécient parce qu'il fonctionne bien et qu'on peut compter sur lui. Dans la plupart des moteurs que vous voyez, le rotor tourne à l'intérieur du stator. C'est ce qu'on appelle une conception à rotor interne.

Un moteur CC sans balais à rotor extérieur est différent. Le rotor est doté d'aimants permanents et se trouve à l'extérieur. Le stator et ses bobines d'enroulement se trouvent à l'intérieur. Cette conception de moteur signifie que le rotor est plus large. Ce changement est un grand avantage pour le moteur BLDC à rotor extérieur. Il lui confère un couple élevé. La force magnétique pousse le rotor à s'éloigner du centre. La force de rotation, appelée couple, est donc beaucoup plus forte. Ce moteur BLDC est donc idéal pour les drones, les vélos électriques et les ventilateurs.

Pourquoi une bonne modélisation est-elle la première étape de la conception d'un moteur ?

Vous avez besoin d'un plan avant de construire un vrai moteur BLDC. Dans le domaine de la conception de moteurs, ce plan est un modèle informatique. La modélisation signifie que vous faites une copie de votre moteur CC sans balais sur l'ordinateur. Il s'agit d'une étape très importante.

Une bonne modélisation permet d'économiser beaucoup de temps et d'argent. Vous n'avez pas besoin de construire de nombreux moteurs d'essai réels. Au lieu de cela, vous pouvez essayer des centaines d'idées de conception sur l'ordinateur. Cette modélisation vous permet de voir comment votre moteur BLDC fonctionnera avant même d'en fabriquer un. Vous pouvez voir sa solidité, trouver ses points faibles et améliorer encore ses bonnes parties. Un bon modèle de moteur est le point de départ d'une bonne conception de moteur. Sans une bonne modélisation, vous ne faites que deviner. Avec une bonne modélisation, vous pouvez être sûr que votre conception et vos performances atteindront vos objectifs. C'est pourquoi toutes les nouvelles machines électriques sont fabriquées à l'aide de ce type de modélisation intelligente.

Quelles sont les principales parties à modéliser ?

Lorsque vous commencez à modéliser votre moteur BLDC, vous devez définir ses principaux éléments. Nous appelons ces pièces des paramètres de conception. Chaque paramètre modifie le couple final du moteur et son fonctionnement. Il est très important que ces paramètres soient corrects pour une bonne conception du moteur.

Voici quelques-uns des paramètres de conception les plus importants que vous devez intégrer dans votre modélisation :

La conception de votre moteur doit trouver une bonne combinaison de ces variables de conception. Par exemple, une plus grande épaisseur d'aimant peut vous donner plus de couple, mais cela peut rendre le moteur bldc trop lourd. La modélisation vous aide à trouver la conception optimale pour ce dont vous avez besoin.

Comment fonctionne la modélisation par la méthode des éléments finis (FEM) ?

Comment un ordinateur peut-il comprendre un moteur BLDC composé d'un si grand nombre de pièces ? La réponse est la méthode des éléments finis (FEM). Il s'agit d'un outil de modélisation puissant. La FEM découpe la conception du moteur en milliers de petits éléments. Ces morceaux sont appelés "éléments finis". Elle utilise ensuite les mathématiques pour déterminer comment les champs magnétiques agissent dans chaque petit élément.

En calculant cela pour tous les éléments, le logiciel FEM peut donner une image très claire de l'ensemble du moteur bldc. Il peut vous montrer la densité du flux magnétique dans chaque zone du stator et du rotor. La méthode des éléments finis est le meilleur moyen de voir comment votre moteur CC sans balais fonctionnera. Cette vérification approfondie est bien meilleure que les simples règles mathématiques. En effet, elle permet de comprendre les formes complexes et l'action des matériaux. L'utilisation de la méthode des éléments finis est une étape importante dans l'optimisation de la conception de votre moteur.

Pouvez-vous utiliser Ansys pour la modélisation de votre moteur BLDC ?

Oui, c'est possible. Ansys est un outil logiciel très répandu et très performant pour la modélisation FEM. De nombreux ingénieurs utilisent Ansys pour concevoir et tester des machines électriques. Le moteur à courant continu sans balais à rotor extérieur en fait partie. Ansys vous permet de construire un modèle informatique complet de votre moteur BLDC. Vous pouvez définir tous les paramètres, du type d'aimant aux détails du bobinage.

Une fois que votre modèle de moteur est construit dans Ansys, vous pouvez effectuer des tests sur l'ordinateur. Ces tests sont comme un essai sur l'ordinateur. Le logiciel vous indiquera le couple produit par le moteur bldc, sa puissance de sortie et la qualité de son fonctionnement. Les résultats de simulation d'Ansys sont des résultats fiables. Ils vous aident à faire des choix judicieux pour améliorer la conception de votre moteur. Ansys est un excellent outil pour tout moteur sérieux destiné aux véhicules électriques ou à d'autres usages. La puissance de modélisation FEM d'Ansys est de premier ordre.

Comment choisir les bons matériaux pour votre modélisation ?

Les matériaux que vous choisissez pour votre moteur BLDC sont importants. Les bons matériaux permettent d'obtenir un rendement élevé et de meilleures performances du moteur. Votre modélisation FEM doit contenir des informations sur ces matériaux. L'aspect le plus important d'un matériau pour un moteur BLDC est son comportement magnétique, c'est-à-dire la façon dont il agit avec les aimants.

Pour le rotor, vous utiliserez des aimants permanents. Le type d'aimant, comme le néodyme (NdFeB), fait une grande différence. Pour le stator, vous utiliserez un acier spécial. La façon dont cet acier agit est illustrée par ce que l'on appelle une courbe B-H. La courbe B-H indique au logiciel de modélisation que le stator est un acier spécial. La courbe B-H indique au logiciel de modélisation comment le matériau agit dans un champ magnétique. Il est important que les aimants soient magnétisés jusqu'au point de saturation. Une courbe B-H montre ce point dans un circuit fermé. Cette modélisation détaillée vous aide à deviner les pertes en fer. Elle permet également de s'assurer que votre moteur bldc fonctionne comme vous le pensez. L'utilisation de la bonne courbe B-H dans votre modélisation FEM est très, très importante pour obtenir de vrais résultats de simulation.

Comment améliorer votre conception pour obtenir le meilleur couple ?

L'une des meilleures raisons d'utiliser un moteur CC sans balais à rotor extérieur est d'obtenir un couple élevé. L'objectif commun est donc d'obtenir le couple maximum possible à partir de la conception du moteur. La modélisation est le moyen d'y parvenir. Pour obtenir le couple maximal, vous devez tester différentes variables de conception.

En utilisant votre logiciel de modélisation FEM, vous pouvez effectuer des tests. Ces tests montrent comment la modification de chaque paramètre modifie le couple.

• Et si vous augmentez l'épaisseur de l'aimant ? Votre modélisation pourrait montrer une augmentation du couple de 10%.
• Et si vous réduisiez l'entrefer ? Votre contrôle FEM montrera une attraction magnétique plus forte et un couple plus important.
• Que se passe-t-il si vous changez le nombre de pôles ? Les résultats de la simulation vous indiqueront le nouveau couple à une vitesse nominale différente.

Vous pouvez effectuer des centaines de ces tests sur l'ordinateur. Ce processus d'essais et de modifications s'appelle l'optimisation de la conception. Il vous aide à trouver la meilleure combinaison de paramètres de conception pour obtenir le couple maximum de votre moteur BLDC. Cela est très utile pour les véhicules électriques, par exemple, qui ont besoin d'un couple important.

Quel est l'objectif de l'optimisation de la conception pour un rendement élevé ?

Obtenir un couple maximal est une bonne chose. Mais ce n'est pas le seul objectif. Vous souhaitez également que votre moteur à courant continu sans balais ait un rendement élevé. Un moteur à haut rendement utilise bien l'énergie électrique. Il la transforme en puissance de sortie utile. Il gaspille moins d'énergie sous forme de chaleur. C'est très important pour les objets qui utilisent des batteries, comme les drones ou les voitures électriques.

Pour obtenir un meilleur rendement, il faut réduire les pertes dans le moteur bldc. Les deux principaux types de pertes sont les pertes en cuivre (dans le bobinage) et les pertes en fer (dans le stator). Votre modélisation FEM peut deviner ces deux types de pertes. L'optimisation de la conception pour l'efficacité peut signifier que vous faites ces choses :

• Changer le bobinage pour utiliser un fil plus épais, ce qui réduit la perte de cuivre.
• Choisir un meilleur type d'acier avec une meilleure courbe B-H pour réduire les pertes de fer.
• Trouver la conception optimale qui donne un bon couple et une grande efficacité.

Parfois, le fait d'essayer d'obtenir le couple le plus élevé peut entraîner une baisse de l'efficacité. C'est là que l'optimisation multi-objectifs peut s'avérer utile. Cet outil de modélisation intelligent vous aide à trouver une conception de moteur qui présente à la fois un couple élevé et un très bon fonctionnement. Il trouve les valeurs optimales pour ce dont vous avez besoin.

Comment étudier les résultats des tests de votre modélisation ?

Lorsque votre logiciel de modélisation FEM effectue un test, il vous fournit de nombreuses données. Il s'agit des résultats de la simulation. Il est très important de savoir comment lire ces résultats pour améliorer la conception de votre moteur. Les résultats de l'analyse se présentent souvent sous la forme de graphiques et de cartes en couleur.

Par exemple, une carte en couleur de votre moteur BLDC peut montrer la densité du flux magnétique. Vous pouvez rechercher les endroits où le champ magnétique est trop faible ou trop fort. Un graphique peut montrer le couple du moteur lorsqu'il tourne. Vous pouvez vérifier si le couple est stable ou s'il monte et descend. En examinant ces résultats d'analyse, vous pouvez trouver des problèmes. La forme du stator entraîne peut-être des pertes de fer supplémentaires. Ou bien l'épaisseur de l'aimant n'est pas suffisante pour atteindre la vitesse et le couple nominaux. Les résultats de la simulation vous indiquent ce qu'il faut faire pour optimiser le moteur bldc. N'oubliez pas que, comme il est dit dans des documents tels que le actes de la conférence internationale 2019 sur les machines et systèmes électriquesLes opinions et les données contenues dans toutes les publications proviennent souvent d'un seul auteur. Cela signifie que vous devez être en mesure de comprendre vous-même les données de modélisation FEM.

Quelles sont les dernières étapes du contrôle de la conception et du travail ?

Vous avez construit un modèle. Vous avez effectué des tests sur l'ordinateur. Vous avez examiné les résultats et apporté des modifications. Votre modélisation montre maintenant que vous avez une excellente conception de moteur avec une puissance de sortie élevée. Quelle est la prochaine étape ? La dernière étape consiste à vérifier le fonctionnement global du moteur. Il s'agit des performances du moteur. Vous devriez avoir une conception de moteur finale qui répond à tous vos objectifs.

C'est ici que vous effectuez une dernière vérification de votre conception optimale. La modélisation doit permettre de s'assurer que vous avez atteint votre objectif d'efficacité et de couple maximum. Il est également utile de vérifier comment le moteur électrique bldc fonctionnera dans d'autres situations. Que se passe-t-il s'il chauffe ? Votre modélisation peut vous aider à le deviner. De nombreux documents, comme le actes de la conférence internationale 2018 sur les machines et systèmes électriquesLes publications de la Commission européenne montrent différentes idées de conception. Il est important de savoir que les données contenues dans toutes les publications proviennent uniquement de ces chercheurs. Votre propre modélisation FEM et votre étude sont ce qui prouve vraiment que votre conception est bonne et prête. Cette dernière vérification à l'aide de la modélisation permet de s'assurer que les performances des moteurs BLDC seront excellentes lorsque vous construirez enfin un moteur réel et fonctionnel.

Ce qu'il faut retenir

• La conception d'un moteur BLDC à rotor extérieur permet d'obtenir un couple élevé car le rotor se trouve à l'extérieur.
• La modélisation est la première grande étape. Elle permet de gagner du temps et de l'argent, car vous pouvez d'abord tester votre moteur bldc sur un ordinateur.
• La méthode des éléments finis (FEM) est un outil de modélisation puissant qui donne des résultats très précis sur les champs magnétiques dans votre moteur bldc.
• Des logiciels tels qu'Ansys vous aident à construire un modèle de moteur et à effectuer des tests pour en vérifier les performances.
• L'optimisation de la conception consiste à modifier les paramètres de conception (comme l'épaisseur de l'aimant ou l'entrefer) pour améliorer le moteur bldc.
• Votre objectif principal est généralement d'obtenir un couple maximal et un rendement élevé en réduisant les pertes.
• L'examen des résultats de simulation de votre modélisation vous montre comment améliorer la conception de votre moteur pour créer le meilleur moteur CC sans balais.