L'avenir des moteurs à collecteur dans un marché dominé par les moteurs sans balais

Si vous passez un peu de temps autour des entraînements électriques aujourd'hui, vous avez l'impression que tout devient sans balais. Les nouvelles spécifications exigent un meilleur rendement, un fonctionnement plus silencieux et un contrôle plus précis. L'électronique de puissance est de moins en moins chère. Les dossiers marketing sont remplis de diapositives “BLDC” et “moteur EC”.

Et pourtant, le moteur à collecteur de l'ancienne école est toujours présent.

On la trouve dans les outils bon marché, les lève-vitres, les jouets, les petites pompes et un nombre surprenant d'appareils électroménagers. Lorsque vous ouvrez des produits courants, vous voyez encore des balais, un collecteur et une odeur très familière de poussière de carbone.

La vraie question n'est donc pas : “Les moteurs sans balais vont-ils tuer les moteurs à collecteur ?”.”

La question la plus honnête est la suivante : Quel rôle joueront les moteurs à collecteur dans un monde où le sans balai est le choix par défaut pour tout ce qui est moderne et haut de gamme ?

• Dans cet article, nous verrons ce qu'il en est :
  • Lorsqu'il est encore judicieux de concevoir un moteur à collecteur.
  • L'évolution discrète de la technologie des collecteurs.
  • Ce que les équipementiers et les fabricants de moteurs peuvent faire dès maintenant pour éviter d'être pris au piège entre les réglementations et la pression des coûts.

1. La technologie sans balais est clairement en train de gagner - mais pas partout

Commençons par le tableau d'ensemble.

L'essentiel de la croissance dans le monde des moteurs se produit du côté des moteurs sans balais. Pour tout ce qui fonctionne beaucoup, utilise une puissance réelle ou se trouve dans une catégorie réglementée (comme le chauffage, la ventilation et la climatisation ou les appareils électroménagers), les ingénieurs subissent une pression constante pour passer aux BLDC ou à d'autres plates-formes à haut rendement.

Mais ce n'est que la moitié de l'histoire.

Brossé, à collecteur sont toujours fabriqués en grandes quantités. Ils continuent d'apparaître dans des conceptions où :

• la nomenclature est brutalement limitée,
• Les heures de vie sont limitées,
• ou le budget électronique est proche de zéro.
• Pourquoi le brushless a pris le devant de la scène :
  • Consommation d'énergie : Les moteurs BLDC gaspillent généralement moins d'énergie sous forme de chaleur, ce qui est très important lorsque votre produit fait l'objet d'un audit d'efficacité.
  • Fiabilité : L'absence de brosses signifie moins de pièces d'usure et moins d'interventions dans les systèmes critiques.
  • Contrôle : La commutation électronique permet un contrôle souple de la vitesse et du couple, ainsi que l'intégration avec des capteurs et des logiciels.
  • Règlement : De nombreuses normes d'efficacité et d'éco-conception poussent effectivement les produits de plus grand volume vers des options sans balais.

2. Les cas où les moteurs à collecteur ont encore un sens

L'erreur commise par de nombreux adeptes du “tout devient sans balais” est de supposer que tous les produits sont optimisés pour les mêmes choses : efficacité, durée de vie et système de contrôle complet. En pratique, de nombreux produits sont conçus pour optimiser la survie sur une nomenclature chiffrée d'abord, et tout le reste ensuite.

Dans ce monde, les moteurs à collecteur présentent encore de réels atouts.

Une façon de les considérer : il s'agit d'un entraînement électromécanique autonome et d'un système de commutation qui fonctionne dès qu'il est câblé. Pas de micrologiciel, pas de contrôleur de moteur, pas de fusion de capteurs. Il suffit d'appliquer une tension et il tourne.

• Les points d'équilibre typiques des moteurs à collecteur d'aujourd'hui :
  • Forte pression sur les coûts : Appareils et dispositifs à faible marge où l'ajout d'un étage de commande BLDC n'est tout simplement pas abordable.
  • Produits à usage court ou à durée de vie courte : Si le moteur ne doit fonctionner que quelques centaines d'heures pendant toute sa durée de vie, l'avantage de la durée de vie prolongée de la BLDC peut s'avérer excessif.
  • Environnements électriquement “sales” : Certaines installations industrielles et de traitement préfèrent un moteur brossé robuste à une solution électronique lourde et délicate.
  • Contrôle très simple : Marche/arrêt, peut-être quelques vitesses discrètes, rien qui ne nécessite une électronique avancée.
  • Plates-formes existantes : Des lignes de produits à long terme avec des approbations, un outillage et des chaînes d'approvisionnement construits autour des moteurs à collecteur.

3. Côte à côte : rôles futurs des moteurs à collecteur et des moteurs sans balais

Pour éviter les généralisations, il est utile de placer les deux technologies l'une à côté de l'autre et d'examiner les caractéristiques de chaque technologie. rôles futurs Il ne s'agit pas seulement de différences techniques, mais aussi de la façon dont ils sont susceptibles de jouer.

• L'intérêt de cette comparaison est simple :
  • L'avenir n'est pas au “brushless contre commutateur”, c'est sans balais partout où c'est rentable - et les collecteurs là où ils ont encore des avantages structurels.

4. La technologie n'est pas figée : ce qui change réellement dans les moteurs à collecteur

Il est facile de penser que les moteurs à collecteur sont une technologie “finie”, mais ce n'est pas ce qui se passe dans les usines et les laboratoires de R&D. Il existe un flux constant d'améliorations, petites mais significatives, qui permettent à ces machines de rester compétitives dans leur domaine. Un flux constant d'améliorations, petites mais significatives, permet à ces machines de rester compétitives dans leur créneau.

Une grande partie de ce travail ne fait jamais la une des journaux. Il se traduit par un fonctionnement plus silencieux d'un outil à main bon marché ou par une durée de vie légèrement plus longue des balais d'une pompe à laquelle personne ne pense jusqu'à ce qu'elle tombe en panne.

• Principaux domaines dans lesquels les moteurs à collecteur s'améliorent :
  • Matériaux des balais et du collecteur :
    Les nouvelles formulations de brosses et les nouveaux alliages de cuivre visent à réduire l'usure, les arcs électriques et la poussière tout en prolongeant la durée de vie.
  • Miniaturisation et conditionnement :
    Des rotors plus compacts, une géométrie d'empilement affinée et des tolérances plus étroites permettent d'intégrer les moteurs dans des boîtiers plus petits.
  • Bruit et vibrations :
    L'ajustement de la géométrie des fentes, l'inclinaison et l'amélioration de l'équilibrage réduisent le “gémissement” et le cliquetis dont se plaignent les clients.
  • Amélioration des processus :
    Fabrication automatisée, L'utilisation d'une technologie de pointe, un usinage plus précis et de meilleurs procédés d'imprégnation/vernissage permettent de réduire les déchets et d'améliorer l'uniformité.
  • L'électronique simple est ajoutée sur le dessus :
    Des circuits de démarrage progressif, de limitation du courant et de surveillance de base sont associés aux moteurs à balais afin de réduire les contraintes et d'allonger la durée de vie, sans aller jusqu'à la BLDC.

5. Trois avenirs réalistes pour les moteurs à collecteur (jusqu'à ~2035)

Personne ne peut prédire les chiffres exacts, mais il est possible d'esquisser quelques pistes raisonnables pour l'évolution des moteurs à collecteur au cours des 10 à 15 prochaines années.

Le marché global des moteurs devrait continuer à croître à mesure que nous électrifions de plus en plus de choses : véhicules, outils, systèmes de construction, processus industriels. Les options sans balais absorberont une grande partie de cette croissance.

Les moteurs Commuta tor, quant à eux, connaîtront probablement une croissance plus lente ou une légère baisse de volume, avec un taux de croissance de 1,5 %. changement du lieu d'utilisation plutôt qu'un effondrement du jour au lendemain.

• Trois scénarios à garder à l'esprit :
  • Scénario A - “Transition ordonnée” (le scénario ennuyeux mais probable)
    Les moteurs sans balais remplacent progressivement les collecteurs dans les applications plus importantes et de plus grande valeur. Les moteurs à collecteur restent dans les conceptions à faible coût et à faible durée de vie, là où ils ont encore un sens économique. Le marché se rétrécit, mais lentement et de manière prévisible.
  • Scénario B - “Le marteau de la réglementation” (Regulation hammer)”
    Les nouvelles règles d'efficacité commencent à s'appliquer aux petits appareils, aux outils et à d'autres catégories qui ont toujours été “sûres”. Un grand nombre de modèles à collecteur ne sont soudain plus conformes et doivent être repensés en fonction de la technologie BLDC ou d'autres alternatives.
  • Scénario C - “Couverture de la chaîne d'approvisionnement”.”
    Les prix des aimants, les pénuries de semi-conducteurs ou les chocs géopolitiques rendent les conceptions à forte composante électronique plus difficiles ou plus coûteuses à fabriquer. Les équipementiers conservent délibérément certaines conceptions brossées dans leur portefeuille pour se protéger - moins de puces, pas de terres rares, un contrôle plus simple.

6. Application par application : où les collecteurs resteront probablement en place

Parler en termes d'abstractions peut masquer les véritables compromis. Il est plus utile d'examiner quelques familles de produits et de se demander comment elles pourraient évoluer.

Certains actionneurs automobiles utilisent encore aujourd'hui des moteurs à balais parce qu'ils sont bon marché, robustes et parfaitement validés. D'un autre côté, vous ne verrez jamais un moteur de traction de véhicule électrique moderne avec des balais ; cette bataille est déjà terminée.

• Une perspective approximative par domaine d'application :
  • Actionneurs automobiles (fenêtres, sièges, rétroviseurs, serrures) :
    Il faut s'attendre à une utilisation accrue des moteurs sans balais dans les plates-formes haut de gamme et les véhicules électriques, mais les moteurs à balais resteront probablement pendant un certain temps dans les modèles sensibles au coût et sur les marchés émergents.
  • Outils électriques et matériel de bricolage :
    Les outils haut de gamme sont déjà en train de passer au sans balais pour de meilleures performances et une plus longue durée d'utilisation, en particulier les outils sans fil. Les outils filaires d'entrée de gamme risquent de rester sans balais pendant longtemps, simplement parce qu'ils sont “suffisamment bons” et bon marché.
  • Appareils électroménagers et produits blancs :
    Les grands consommateurs d'énergie (comme les machines à laver haut de gamme, les compresseurs à vitesse variable et les ventilateurs à haut rendement) s'orientent vers la technologie BLDC. Les appareils plus simples et les modèles bas de gamme traîneront les pieds et conserveront les moteurs à collecteur là où l'économie l'exige.
  • Automatisation industrielle, pompes et ventilateurs :
    Les réglementations et les factures d'énergie poussent fortement à l'utilisation de moteurs à haut rendement. Commutateur les moteurs sont susceptibles de se replier sur des tâches portables ou intermittentes où leurs faiblesses sont moins douloureuses.
  • Jouets, produits de loisirs et gadgets bas de gamme :
    Les moteurs à balais restent la solution de facilité par défaut. Dans les segments des loisirs performants et de la radiocommunication, les moteurs sans balais continueront à se développer, mais les jouets bon marché resteront probablement équipés de moteurs à balais jusqu'à ce que quelque chose change radicalement au niveau du coût.

7. Si vous êtes un équipementier : comment manipuler les collecteurs sans se retrouver bloqué

Si vous achetez ou spécifiez des moteurs, la question utile n'est pas de savoir s'il faut se débarrasser des moteurs à collecteur, mais plutôt de savoir dans quels domaines ils nous aident encore à gagner et dans quels domaines ils deviennent tranquillement un handicap.“

Beaucoup de problèmes viennent du fait que l'on traite toutes les applications du commutateur de la même manière, au lieu de les classer en fonction du risque et de l'opportunité qu'elles comportent.

• Une façon pratique d'aborder votre gamme de produits :
  • Étape 1 : Cartographier vos produits en fonction du cycle d'utilisation et du risque réglementaire
    • Produits à haut rendement, à haute puissance ou réglementés : supposez qu'une transition vers un moteur BLDC (ou un autre moteur efficace) est déjà en cours ou le sera bientôt.
    • Produits à faible utilisation, non réglementés ou extrêmement sensibles au prix : les collecteurs peuvent encore être le meilleur choix pour les 10 prochaines années ou plus.
  • Étape 2 : Accroître la valeur des modèles brossés existants
    Travailler avec les fournisseurs sur de meilleurs matériaux pour les balais, une géométrie plus fine et de petits ajouts électroniques (démarrage progressif, protection de base) qui prolongent la durée de vie et réduisent le bruit sans faire exploser le budget.
  • Étape 3 : Planifier des plates-formes “jumelées
    Lorsque vous concevez une nouvelle plate-forme mécanique, pensez à laisser de la place pour un moteur à collecteur et une version BLDC. Vous pourrez ainsi vous adresser à différents marchés - et modifier votre gamme de produits - sans avoir à refaire tout le système.
  • Étape 4 : Regarder les règlements tôt, pas tard
    Il est beaucoup moins coûteux de planifier une mesure d'efficacité quelques années à l'avance que de se précipiter lorsqu'une directive entre finalement en vigueur.

8. Si vous êtes un fabricant de moteurs : comment gagner dans un créneau plus petit et plus pointu

Pour les entreprises qui fabriquent des moteurs à collecteur, l'objectif des années à venir n'est pas de lutter partout contre les moteurs sans balais. C'est une bataille épuisante. L'objectif est de posséder les espaces où les commutateurs sont toujours la bonne réponse, et de les servir mieux que quiconque.

Cela signifie souvent qu'il faut se pencher sur les détails “ennuyeux” : les courbes d'usure des brosses, les signatures acoustiques, les piles de tolérances et le comportement des moteurs avec des alimentations marginales.

• Des mesures à fort impact pour les fabricants de moteurs axés sur les collecteurs :
  • Spécialisation dans les environnements difficiles
    Devenir le choix évident pour les conceptions qui doivent survivre à la poussière, aux vibrations, aux variations de température ou à l'énergie polluante - des endroits où l'électronique supplémentaire se sent fragile.
  • Mesurer et publier les améliorations de la durabilité
    L'allongement de la durée de vie des brosses et la réduction de l'usure sont des arguments de vente puissants. Ne vous contentez pas de les améliorer discrètement : montrez les données.
  • Offrir des voies de mise à niveau sans heurts
    Pour les grandes familles de moteurs, développer des options BLDC mécaniquement compatibles. Les équipementiers apprécient d'avoir la possibilité de passer à l'échelon supérieur sans avoir à revoir la conception de leur système mécanique.
  • Utiliser des outils d'ingénierie modernes même pour les “vieilles” technologies
    L'analyse par éléments finis, les jumeaux numériques et la simulation ne sont pas réservés aux moteurs sans balais. Elles permettent de découvrir des réductions de bruit et de pertes dans les conceptions de collecteurs qui étaient auparavant cachées.

9. L'angle de la durabilité : plus nuancé que “bon sans balais, mauvais avec balais”

Les discussions sur le développement durable présentent souvent les moteurs à collecteur comme le coupable tout désigné : ils sont moins efficaces et produisent de la poussière de brosse. Il y a là une part de vérité, mais le tableau complet est un peu plus complexe.

Les moteurs sans balais sont généralement faire gagner sur la consommation d'énergie tout au long de la vie, en particulier pour les produits qui fonctionnent pendant des milliers d'heures. Cela peut éclipser d'autres impacts.

D'autre part, les systèmes BLDC ont leur propre empreinte : aimants, électronique et matériel de commande plus complexe. Dans les petits appareils à faible utilisation, la différence n'est pas toujours aussi nette qu'elle ne le paraît dans un diaporama.

• Une façon plus équilibrée de voir les choses :
  • Pour les applications à haut rendement et à haute énergie, la technologie sans balais est généralement le choix le plus écologique sur la durée de vie du produit, même si elle est plus complexe et plus coûteuse au départ.
  • Pour les produits intermittents et à faible consommation d'énergie, l'équilibre entre l'empreinte de fabrication, les déchets électroniques et la consommation d'énergie est plus délicat à trouver.
  • Faire durer les moteurs à collecteur plus longtemps, les faire fonctionner un peu plus efficacement et les faire tomber en panne moins souvent, là où ils sont encore l'option dominante, présente un véritable intérêt du point de vue de la durabilité.

10. Ce que vous pouvez faire ensuite

Tout cela est intéressant en théorie, mais n'a d'importance que si cela change ce que vous faites le lundi matin.

Si vous êtes responsable de produits utilisant des moteurs à collecteur aujourd'hui, vous n'êtes pas obligé de choisir un seul “camp”. Vous pouvez considérer les moteurs à collecteur comme un outil parmi d'autres - toujours utile, mais pas automatiquement par défaut.

• Des actions concrètes qui méritent d'être envisagées :
  • Faites l'inventaire de l'utilisation de votre collecteur :
    Dressez la liste des produits qui les utilisent, du nombre d'heures de fonctionnement habituel et de la visibilité de leur consommation d'énergie pour les clients ou les autorités de réglementation.
  • Séparer les demandes de type “migration obligatoire” des demandes de type “séjour autorisé” :
    • Migration obligatoire : forte consommation d'énergie, longues périodes de service ou forte pression réglementaire.
    • Peut rester : service court, limites de coûts strictes, environnements difficiles avec une surveillance minimale.
  • Discutez avec les fournisseurs en détail, et pas seulement du prix :
    Renseignez-vous sur les techniques de brossage, les nouveaux matériaux, les améliorations en matière de bruit et les simples options du conducteur qui peuvent vous donner un peu plus de vie et de performance.
  • Piloter au moins un projet “hybride” :
    Prenez une conception actuelle à balais et testez ce qui se passe si vous ajoutez un pilote intelligent modeste : meilleur comportement au démarrage, protection contre les surcharges ou modulation de la vitesse. Utilisez des données réelles pour décider si cela vaut la peine d'aller plus loin.

Conclusion

Dans un marché dominé par les moteurs sans balais, les moteurs à collecteur ne seront pas les vedettes du spectacle. Ils seront les acteurs secondaires - ceux que l'on ne remarque que lorsqu'ils manquent à l'appel.

Ils auront encore de l'importance quand :

• vous devez atteindre un niveau de prix brutal,
• l'environnement est trop difficile ou trop bruyant pour les appareils électroniques délicats,
• ou vous avez besoin de quelque chose d'éprouvé, de simple et de facile à trouver.

Si vous considérez les moteurs à collecteur comme une “vieille technologie qui disparaîtra d'elle-même”, vous finirez probablement par réagir tardivement aux réglementations et à l'évolution des coûts.

Si vous les traitez comme des une technologie de niche ciblée et évolutive et de planifier en conséquence, vous aurez plus de flexibilité, moins de risques et une feuille de route plus claire, même dans un monde où les moteurs sans balais retiennent l'attention.