Une technologie révolutionnaire pour fabriquer les petits moteurs électriques les plus efficaces possible
Publié par Redbran le 06/03/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS
Des moteurs électriques à hautes performances, miniatures et rotatifs, connus sous le nom de micromoteurs, sont utilisés dans des applications telles que les prothèses de bras, les robots chirurgicaux et les accessoires électriques médicaux. Les bobines jouent un rôle majeur dans les performances d'un micromoteur, mais elles s'avèrent difficiles et coûteuses à produire.


© Cedric Van Rossum

Parmi tous les types de moteurs (Un moteur à combustion interne est un moteur dont la combustion (production d'énergie) va se situer au même endroit que la production de travail.) existants, le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) à courant continu (Le courant continu est un courant électrique indépendant du temps ou, par extension, un courant périodique dont la composante continue est d'importance primordiale) sans balais et sans rainure (SBLDC) offre les meilleures performances pour de telles applications. Les moteurs SBLDC possèdent une structure simple. Le rotor est un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres....) monté avec un cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée courbe directrice et gardant une...) muni d'aimants permanents et son mouvement est provoqué par un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout...) tournant généré par une bobine cylindrique constituée de fils de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses...) tressés. Une culasse en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou d'alliages. Le...) confine le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique à l'intérieur du moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la...) et renforce l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) magnétique entre les aimants et la bobine de fil.

Le composant le plus critique de ces moteurs est la bobine de fil qui est actuellement composée de fils de cuivre entrelacés. C'est la source de l'interaction avec les aimants, et elle définit la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) que le moteur est capable de générer pour un courant donné.

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) FlexCoil (connu désormais sous le nom de MirmexCoil) financé par l'UE avait pour objectif de "commercialiser une nouvelle génération de bobines de moteurs et de micromoteurs plus faciles à fabriquer plus efficaces et offrant des performances supérieures par rapport à l'état actuel de la technique qu'il soit possible de construire en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...)" explique le Dr François Baudart coordinateur du projet. "Nous sommes en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de...) de transformer la manière dont les bobines de micromoteurs sont produites."

Remplacer les fils de cuivre traditionnels pour obtenir des performances supérieures

Au lieu de construire des bobines fil par fil à partir de grandes longueurs de cuivre, les partenaires du projet ont mis au point (Graphie) d'innovants "dessins de cuivre" imprimés sur un support flexible. En enroulant soigneusement le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée...) en plusieurs couches dans un tube, ils obtiennent un nouveau type de bobine de moteur à hautes performances. Ils ont développé un processus exclusif pour maîtriser cette étape complexe et critique consistant à fabriquer les dessins sur une carte de circuit imprimé (Le circuit imprimé est un support, généralement une plaque, destiné à regrouper des composants électroniques, afin de réaliser un système plus...) et à les rouler en plusieurs couches avec une précision extrêmement élevée.

L'équipe du projet a obtenu d'excellents résultats après avoir procédé à une vérification des prototypes en laboratoire. "Nous sommes convaincus que notre technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) permettra à nos produits d'être jusqu'à 50 % plus petits, et qu'une augmentation de 70 % pourra être observée en termes de dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) motrice", déclare le Dr Baudart. "Elle génère trois fois moins de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) et permet de diminuer le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'assemblage d'un facteur 10." Une étude approfondie a confirmé la faisabilité technique de cette solution.

Elle présente plusieurs avantages du point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de l'utilisateur, pour une large gamme d'applications. Pour les utilisateurs de micromoteurs haut de gamme, cette technologie limite la montée en température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert...) du moteur. Plus la température est basse, plus les roulements et les bobines durent longtemps. Les fabricants d'appareils dentaires et chirurgicaux sont particulièrement préoccupés par la question du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante...). Cette innovation réduit le poids du moteur, qui représente une partie importante de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) totale de leurs appareils. Les fabricants de bio-robotique ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) de solutions pour augmenter la durée de vie (La vie est le nom donné :) de la batterie tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en respectant de strictes contraintes de poids. Cette solution réduit le poids du moteur et en augmente l'efficacité. La dynamique constitue un élément essentiel de la robotique industrielle. La productivité est directement proportionnelle à la dynamique des mouvements. Des moteurs plus puissants permettront des mouvements plus rapides des outils de préhension des robots, augmentant ainsi la cadence de production.

Le but du projet, à présent terminé, était d'augmenter le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de production afin de répondre aux exigences strictes des utilisateurs médicaux. Selon le Dr Baudart, le projet prévoit de demander un financement supplémentaire pour "démontrer qu'il peut fournir sa technologie à l'échelle et au niveau de qualité attendus de la part d'un fournisseur unique de produits industriels critiques". Il sera alors en mesure d'effectuer des essais auprès de ses clients, de peaufiner sa stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) marketing (Le marketing (on utilise aussi parfois — dans 7% des cas, d'après les chiffres donnés par Google — le néologisme français mercatique) est une discipline qui cherche à déterminer les offres de...) et de se préparer à une commercialisation complète.


Pour plus d'information voir: Projet FlexCoil
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