O. Brüls, PIM, Actionneurs, p 1
Actionneurs
1. Introduction
2. Actionneurs pneumatiques
3. Actionneurs hydrauliques
4. Actionneurs électriques
a) Moteurs pas-à-pas
b) Moteurs DC à aimants permanents
c) Moteurs DC sans balais
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Un actionneur est un dispositif capable fournir la puissance
motrice à une machine
� Classification selon le type de mouvement généré :
�Actionneurs linéaires
�Actionneurs rotatifs
� Classification selon la nature de la source d’énergie :
�Actionneurs pneumatiques (air comprimé)
�Actionneurs hydrauliques (huile sous pression)
�Actionneurs électriques (électricité)
� Critères de comparaison objectifs
�Puissance massique
�Pouvoir d’accélération
Introduction
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La puissance massique est le rapport entre la puissance
développée par l’actionneur à la masse de celui-ci
�0.5 à 0.6 kW/kg pour les actionneurs électriques
�2.5 à 5.0 kW/kg pour les actionneurs hydrauliques
Introduction
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Actionneur idéal :
� faible inertie pour accroître le pouvoir d’accélération
des différentes articulations
�grande rigidité pour éviter la déflexion de l’organe
terminal sous la charge
�vitesse nominale V0 faible (quelques rad/s en rotation,
quelques cm/s en translation) pour limiter le rapport
de transmission nécessaire
�plage de vitesse continûment variable de -V0 à +V0
�effort de sortie important même à vitesse nulle (effort
de maintien)
� faible non-linéarité (frottements secs, jeux, etc.)
�possibilité de le commander en vitesse et/ou en effort
Introduction
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Dimensionnement d’un actionneur
Introduction
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Actionneurs pneumatiques
Vérins linéaires à tige Vérins linéaires sans tige
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Actionneurs pneumatiques
Circuit pneumatique
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Actionneurs pneumatiques
Pneumatics systems exploit the energy stored in
compressed air. Advantages :
� Air is available (almost) everywhere
� Air viscosity is not sensitive to temperature
� Compressed air is easily transported in a
pneumatic network
� Compressed air is easily stored
� No pollution (if not lubricated)
� Fast working medium (about 1 to 1.5 m/s)
� Limited risk in explosive environments
� Simplicity of control
� Low cost of pneumatic components
� Self-protection to overload
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Drawbacks
� Cost of air preparation and treatment
(filtering, cooling, drying, lubrication, compression)
� Leakages are very expensive
� Difficulty to control piston speed due to air
compressibility
� Limited forces (about 30 kN)
� Pressure is limited to 8 bars in most industrial
applications
� Acoustic noise at exhaust
Actionneurs pneumatiques
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Actionneurs hydrauliques
� Vérins linéaires :
(course de quelques cm ou dizaines de cm)
� Vérins rotatifs :
(course limitée à 270°)
Il existe également des moteurs rotatifs permettant une
rotation continue (relativement sophistiqués)
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Actionneurs hydrauliques
Main differences compared to pneumatic systems
� Pressurized oil (30 to 400 bars)
� Higher power to mass ratio
� High positioning accuracy due to incompressibility
� Advanced flow control valves
� Silent behaviour
� Automatic lubrication
� Low wear
� Storage of oil in tanks + return lines
� Dirty
� Temperature can increase
� Viscosity depends on temperature
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Actionneurs électriques
Actionneurs répandus pour la commande en position
� Moteurs pas à pas
� Moteurs DC à aimants permanents
� Moteurs DC sans balais
[Cetinkunt p 397]
O. Brüls, PIM, Actionneurs, p 13
Un moteur pas à pas convertit directement une séquence
d’impulsions électriques en un déplacement angulaire de
type incrémental.
�Le système électronique de commande du moteur
reçoit un signal d’horloge de fréquence variable et
fait tourner le moteur à chaque impulsion d’une
quantité constante appelée pas angulaire.
� La vitesse de rotation moyenne (tr/min)
� f est la fréquence des impulsions d’horloge
� n est le nombre de pas par tour du moteur
(couramment 200 à 400 pas par tour)
� Cette relation reste vérifiée sous certaines conditions
limites de charge et d’accélération/décélération.
Actionneurs électriques
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� Un moteur pas à pas est commandé en vitesse (ou en
position)
�Principal avantage : commande en boucle ouverte
(l’angle de rotation est proportionnel au nombre
d’impulsions d’horloge reçues)
� Trois catégories :
�Les moteurs à aimants permanents au rotor
�Les moteurs à reluctance variable
�Les moteurs hybrides qui allient les propriétés des
moteurs des deux premières catégories
Actionneurs électriques
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Moteur à reluctance variable
Moteur à aimants permanent
Moteur pas à pas
Actionneurs électriques
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Avantages :
� Petite taille
� Simplicité de la commande
� Bon marché
Inconvénient
� Faible puissance massique (comparé aux autres
moteurs électriques)
Moteur pas à pas
Actionneurs électriques
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Moteurs à courant continu
� Vitesses élevées et efforts faibles ⇒ nécessité d’un réducteur important pour l’adaptation de l’impédance mécanique
�Vitesse de rotation nominale relativement élevée: 2000 à 3000 tr/min
�Présence de jeux dans les réducteurs
�Diminution du pouvoir d’accélération
� Moteurs à courant continu utilisés pour du positionnement
�Le moteur standard
�Le moteur en cloche : inertie du rotor réduite
�Le moteur à disque : faible inertie mais faible puissance massique
Actionneurs électriques
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Moteur à courant continu standard
Moteur en cloche
Moteur à disque
Actionneurs électriques
Référence: S. Allano, Petits moteurs électriques,
Techniques de l’Ingénieur D 3 - 720.
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Moteurs à courant continu
Couple:
Force contre-électromotrice:
Réponse dynamique:
� Commande en vitesse (~ fonction de transfert linéaire du 2ème ordre)
� Commande en couple (~ proportionnel au courant de commande)
Avantages :
� Simplicité de la commande
� Bon marché
Inconvénient
� Balais (friction, usure, étincelles…)
Actionneurs électriques
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Moteurs à courant continu sans balai
Structure
� Le rotor est constitué par un aimant permanent
� Un capteur détecte la position angulaire du rotor
� Un système électronique de commande assure la
commutation du circuit statorique
Avantage : pas de balais
Inconvénient : commande plus délicate et plus coûteuse
Actionneurs électriques
[Handbook of Automation, ch17]
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Moteurs électriques linéaires
� Courant continu / alternatif
� Pas de transmission (pas de jeux, raideur élevée,
vitesse élevée)
� Poids et coût élevés
Actionneurs électriques
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Les moteurs DC - résumé
�Fonctionnent à vitesse élevée avec des efforts relativement faibles
�Besoin d’un rapport de transmission élevé
�Pouvoir d’accélération limité
�Faible puissance massique
�Facilité d’alimentation en électricité
Actionneurs électriques
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