Le mouvement grâce aux moteurs (7.1 Mo)

[Arduino6]Lemouvementgrâceauxmoteurs
S’ilyabienunechosesurlaquelleonnepeutpasfaireabstractionenrobotique,c’est
le mouvement. Le mouvement permet d’interagir avec l’environnement, il permet par
exemple à un robot de rouler ou de prendre un objet voire même d’exprimer des
émotions. Bref, ce mouvement est indispensable. Dans cette partie nous allons
apprendreàdonnerdumouvementànosapplications.Pourcela,nousallonsutiliser
desmoteurs.Cesonteuxqui,principalement,transformentl’énergiequ’ilsreçoiventen
unmouvement.Nousverronségalementcommentreconnaîtreetutiliserlesdifférents
typesdemoteurs.
Chaquechapitreprésenteraunmoteur.Lepremierseraàproposdumoteuràcourant
continu.Ilestindispensabledelelirecarlesdeuxautreschapitresreprendrontdes
élémentsquiserontdoncconsidéréscommeacquis(onnevapass’amuseràfairedes
copier/coller3foisdesmêmesnotions )
[Arduino601]Lemoteuràcourantcontinu
Nul doute que vous connaissez l’existence des moteurs car il en existe toute une
panoplie!Lepremierquivousviendracertainementàl’espritseralemoteurdevoiture,
oupeutêtreceluiprésentdansuneperceuseélectrique.Voilàdeuxexemplesd’objets
danslesquelsonpeuttrouverunmoteur.Bienentendu,cesdeuxmoteurssontdetype
différent,ilseraiteneffetpeuprobabledefaireavancervotrevoitureavecunmoteurde
perceuseélectrique…etpuisl’utilisationd’uneperceuseintégrantunmoteurdevoiture
deplusieurscentainesdekilosseraitfastidieuse .Voyonsdonccommentfonctionne
lemoteurélectriqueleplusrépandu:lemoteuràcourantcontinu…
Unmoteur,çafaitquoiaujuste?
Commençons en douceur par l’explication de ce à quoi sert un moteur et son
fonctionnement.
Cechapitren’estpasundesplussimplescarilvafaireapparaîtredesnotionsde
mécanique qui sontindispensablespour comprendrele mouvement.Il prenden
généralplusieursheuresdecourspourêtrebienexpliqué.Nousallonsdoncvous
faireiciuniquementuneintroductionàlamécaniquedumoteur.Cependant,cette
introductionprésentedesnotionstrèsimportantespourbiencomprendrelasuite,
nelanégligezdoncpas!
Prenonsunmoteurélectriquedesplusbasiquesquisoient:

Vousavezdevantvosyeuxunmoteurélectriquetelquel’onpeutentrouverdansles
enginsdemodélismeoudanslesvoiturestéléguidées.Maissachezqu’ilenexistede
toutesorte,allantduminiatureaugigantesque,adaptésàd’autrestypesd’applications.
Nousnouscontenteronsicidesmoteursélectriques“basiques”.
Transformationdel’énergieélectriqueenénergiemécanique
Un moteur ça fait quoi ? Ça tourne ! On dit qu’un moteur est un composant de
conversion d’énergie électrique en énergie mécanique. Les moteurs à courant
continu(cetermedeviendraplusclairparlasuite)transformentl’énergieélectriqueen
énergiemécaniquederotation,pourêtreprécis.Maisilspeuventégalementservirde
générateurd’électricitéenconvertissantuneénergiemécaniquederotationenénergie
électrique.C’estlecasparexempledeladynamosurvotrevélo!
Cedernierpointn’estpasànégliger,carmêmesidanslaplupartdesapplications
votremoteurserviraàgénérerunmouvement,ilserapossiblequ’ilsoitactionné“à
l’envers”etgénèrealorsducourant.Ilfaudradoncprotégervotrecircuitpournepas
l’abîmeràcausedecette“injection”d’énergienondésirée.Onvarevenirdessus
plusloin.
Principedefonctionnementdumoteuràcourantcontinu
Duvocabulaire
Tout d’abord,nousallonsprendreunebonnehabitude. Lemoteuràcourantcontinu
s’appelleaussi“MachineàCourantContinu”,quej’abrégeraisenMCC.Lemoteurà
courantcontinuestcomposédedeuxpartiesprincipales:lerotor(partiequitourne)et
lestator (partie qui ne tourne pas, statique). En électrotechnique le stator s’appelle
aussiinducteuretlerotors’appellel’induit.Surl’imageàdroite,vouspouvezobserver
au milieu – entouré par les aimants bleu et rouge qui constituent le stator – le rotor
composédefilsdecuivreenrouléssurunsupportluimêmemontésurunaxe.Cetaxe,
c’estl’arbredesortiedumoteur.C’estluiquivatransmettrelemouvementàl’ensemble
mécanique(pignons,chaîne,actionneur…)quiluiestassociéenaval.Danslecasd’un
robot sur roues par exemple, on va mettre la roue sur cet axe, bien souvent par
l’intermédiaired’unréducteurquidiminuelavitessederotationtoutenaugmentantle
couple.Onverratoutàl’heurepouréclaircircestermesquidoivent,pourl’instant,ne

pasvousdiregrandchose.
De nouvelles bases sur
l’électricité
Vous le savez peutêtre, lorsque un
courantcirculedansunfililgénèreun
champmagnétique.Pluslecourantqui
circulera dans le fil sera grand, plus
l’intensitéduchampsmagnétiquesera
élevée. Lorsqu’on enroule du fil
électriquesurluimême,onformeune
bobine. Un des avantages de la
bobineestquel’on“cumule”cechamp
magnétique. Donc plus on ade tours
defil(desspires)etpluslechampmagnétiqueseraélevépouruncourantdonné.
Ensomme,onretiendraquelorsquel’oncréeunebobinedefilélectrique,engénéral
ducuivre,onadditionneleschampsmagnétiquescréésparchaquespiredelabobine.
Ainsi, vous comprendrez aisément que plus la bobine contient de spires et plus le
champmagnétiquequ’elleinduitestimportant.Jenevousaipastropperdu,çavapour
lemoment? Bon,continuons.
Lemagnétisme
Oui,parlonsen.Ceserabref,rassurezvous.Jevaisfaireappelàvotreexpérience…
aveclesaimants.Vousaveztousdéjàeul’occasiond’avoirdeuxaimantsdanslamain
et d’observer la résistance qu’ils émettent lorsque l’on veut les rapprocher l’un de
l’autre,ouaucontrairelorsqu’ilss’attirentsoudainementdèsqu’onlesmetunpeutrop
près.Cephénomèneestdûauchampmagnétiquequegénèrentlesaimants.Voilàun
aimantpermanentleplussimplesoitil:
Aimantpermanent
IlpossèdeunpôleNordetunpôleSud.Cetaimantgénèreunchamp magnétique
permanent,c’estàdirequelechampmagnétiqueesttoujoursprésent.C’estquelque

chosedetotalementinvisiblemaisquipermetdefairedeschosesintéressantes.
Champmagnétiquegénéréparunaimantpermanent
Notezbienquej’aiajoutédesflèchesreprésentativesdusensdeparcoursduchamp
magnétique, c’est important pour la suite. Bon, pour terminer mon explication sur le
champmagnétique,jevousproposed’imaginerqu’ils’agissed’unfluxinvisible,unpeu
commelecourant.Pourserapprocherdel’analogieavecl’eau,onpeutimagineraussi
que l’aimant est une fontaine qui propulse de l’eau (champ magnétique) et qui la
récupère à l’opposé de là où il l’a éjectée. Tout ça, pour en arriver à vous dire
qu’approcher deux aimants avec le même pôle, ils se repoussent mutuellement (les
deux fontaines éjectent de l’eau l’une contre l’autre, ce qui a pour effet de les
repousser).Etonlecomprendbienlorsquel’onregardelesensduchampmagnétique:
Deuxaimantspermanentsquiserepoussentmutuellementcarleurchampmagnétique
estopposé
En revanche, deux aimants orientés dans le même sens se rapprocheront car leur
champmagnétiqueiradanslesensopposé.Lapremière“fontaine”vaaspirerceque
l’autreéjecte,etl’autrevaaspirercequelapremièreéjecte.

Résultatdelamiseen“série”dedeuxaimantspermanentsidentiques
Par conséquent, le champ magnétique global sera plus intense. On peut alors
schématiserlerésultatsouslaformed’unseulaimantpluspuissant.
Schématisationdurésultatprécédent
Çanousamèneoùtoutça?Jecomprendsmieuxcommentfonctionnelesaimants,
maispourunmoteurélectrique,c’estpareil?
Ehoui,sansquoimesexplicationsn’auraienteuaucunsenssijevousavaisditqu’un
moteurfonctionnaitcomplètementdifféremment. Décomposonsnotreexplicationen
deuxparties.
Lestator
Lestator,jel’aiditaudébut,estunepartieimmobiledumoteur.Surl’image,ilsetrouve
sur les côtés contre le châssis. Il forme un aimant avec ses pôles Nord et Sud. Cet
ensembleaimant+châssisconstituedonclestator: