Développement d'un moteur à courant continu à aimant permanent sans fil auto-compensé pour les applications de faible puissance

La technologie de transfert d’énergie sans fil (WPT) utilise un champ magnétique pour transférer l’énergie électrique entre l’émetteur et le récepteur, et élimine les câbles électriques qui nécessitent des contacts physiques. Lorsqu’ils sont utilisés avec des réseaux de compensation, les systèmes WPT résonants sont capables d’atteindre une efficacité de transfert comparable à celle des câbles, tout en démontrant des avantages distinctifs en matière de sécurité, de maintenance et de flexibilité. De nos jours, la technologie WPT résonnante attire de plus en plus l’attention puisqu’elle a montré notamment un bon potentiel d’application dans les systèmes automatiques, tels que la recharge sans fil de véhicules électriques et de véhicules à guidage automatique.

Les moteurs sans fil peuvent être considérés comme une nouvelle révolution basée sur la technologie WPT, dans laquelle l’énergie électrique n’est pas utilisée pour charger les batteries mais pour entraîner directement les moteurs. L’élimination des batteries permet une efficacité de transfert plus élevée, une taille et un coût inférieurs, et une meilleure sécurité car les batteries peuvent présenter des risques de fuite dans des environnements difficiles. Comparativement au moteur à courant alternatif qui doit être contrôlé par un onduleur, le moteur à courant continu est un meilleur candidat pour la conduite sans fil car il peut être contrôlé par la tension d’alimentation et ne requiert pas l’utilisation d’un l’onduleur par conséquence. La relation fixe entre la tension de l’émetteur et la tension du récepteur permet même au moteur à courant continu d’être contrôlé à distance. Cependant, la structure compliquée du côté récepteur, qui comprend la bobine réceptrice, le circuit de compensation, le redresseur et le moteur à courant continu, demeure un défi majeur.

Ce projet de recherche vise à développer un nouveau moteur à courant continu à aimant permanent sans fil auto-compensé (PMDC), qui a une structure hautement intégrée basée sur des cartes de circuits imprimés(PCB). L’émetteur et le récepteur seront construits à l’aide de bobines PCB, et la capacité intra-enroulement entre les couches PCB adjacentes sera utilisée pour la compensation afin d’éliminer les condensateurs de compensation physiques. Le redresseur à pont complet peut être conçu directement sur le PCB, puis le PCB sera intégré au moteur PMDC. Par conséquent, les quatre composants individuels d’origine du côté récepteur peuvent être combinés en une seule structure compacte. Dans ce projet, un modèle général d’inductance des bobines PCB et un modèle théorique des systèmes WPT résonants auto-compensés seront établis. La méthode de modélisation par éléments finis sera utilisée pour concevoir les bobines PCB et le moteur PMDC et pour étudier leurs performances. Enfin, les avancées seront vérifiées expérimentalement. Les résultats de recherche de ce projet comprendront non seulement des articles scientifiques de haut niveau, mais également des produits de haute qualité et des technologies pratiques pouvant être directement transférées à l’industrie. Ce projet de recherche devrait ouvrir la voie au développement de moteurs sans fil hautement intégrés et contrôlables à distance, qui augmenteront considérablement le degré d’automatisation des produits d’ingénierie, tels que les endoscopies par capsule et les robots.