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Composants > Moteurs et entrainements

Des micromoteurs innovants dotés de bobines personnalisables

Publié le 08 juin 2022 par Patrick RENARD
Source : Mirmex
La technologie de Mirmex permet la fabrication de topologies de bobinage jusqu’à présent impossible à obtenir avec les méthodes traditionnelles.

Créé à la suite de neuf ans de recherche universitaire, Mirmex Motor propose des micromoteurs DC combinant performances et personnalisation, jusqu'à la bobine, imprimée sur un substrat flexible. Un bon moyen pour les fabricants de DM motorisés de se différencier de la concurrence !

Le marché des actuateurs de faibles dimensions est en croissance depuis plusieurs années, avec une demande toujours plus importante en faveur de systèmes assurant la fonction de motricité des dispositifs médicaux, de la pompe à fluide intra-corporelle jusqu'aux outils chirurgicaux motorisés.

Dans ce domaine, les ingénieurs de conception se heurtent à un problème récurrent : comment parvenir à créer un produit client qui innove - ou à tout le moins se différencie des concurrents - quand on a, finalement, un choix réduit de fournisseurs ? Le marché des micromoteurs de moyenne et haute gamme est en effet cadenassé par trois grands acteurs historiques.

Mirmex se positionne au-delà de l'offre actuelle tant en termes de performances que de flexibilité.

Start-up issue du monde universitaire francophone de Belgique, Mirmex Motor considère que ces dernières années, à quelques exceptions près, les innovations de ces fournisseurs ont surtout porté sur des élargissements de gamme ou des intégrations de composants annexes (réducteurs, capteurs hall…). L'entreprise déplore le manque d'améliorations intrinsèques liées à la densité de couple (ratio entre le couple utile généré par le moteur et le volume total de celui-ci) ou à la possibilité de personnaliser les caractéristiques du moteur (dimensions, cycle de fonctionnement exact, maximisation de l’efficience à un point de fonctionnement donné, etc.).

Personnalisation contre catalogue

Pour Mirmex Motor, cette possibilité de faire plus de "sur-mesure" est particulièrement avantageuse car elle permet au concepteur d’avoir un moteur qui s’adapte à ses besoins (et non l’inverse). L'intérêt est d'éviter de devoir faire des compromis de conception induits par l’intégration d’un moteur aux caractéristiques figées, vendu sur un catalogue paraissant vaste mais finalement réduit en comparaison des millions de possibilités offertes par une bobine sur mesure.

L'entreprise bouleverse ces paradigmes historiques en proposant des micromoteurs combinant une densité de couple élevée avec une quasi-totalité de liberté de conception. C’est le fruit de plusieurs années de recherche avec, à la clef, une maîtrise toute particulière de ce qui représente à la fois le vecteur de la performance mais aussi la plus grosse barrière à l’entrée : l’art de la bobine sans "cogging" (couple de détente ou de crantage), utilisée dans les micromoteurs SBLDC (à courant continu sans encoches et sans balais).

La technologie de bobinage de Mirmex se traduit par une augmentation de la densité de couple.

L’offre personnalisée de Mirmex repose sur une technologie propriétaire de bobinage imprimé sur un substrat flexible. La création de bobines 3D enroulées de manière additive permet d'éviter la fabrication compliquée de bobines filaires mais aussi de générer des topologies de fibres de cuivre impossibles à réaliser avec les procédés classiques. C’est d’ailleurs le constat de l’augmentation possible de la densité de couple qui a poussé les chercheurs à créer une entreprise et à faire breveter cette technologie.

Des avantages multiples pour la technologie médicale

Pour toutes les applications médicales qui doivent forer, pomper, fraiser, tourner, bouger…, un moteur à haute densité de couple et au moins partiellement sur-mesure aura de nombreux avantages.

Un moindre espace volumique sera nécessaire pour générer le couple moteur requis. Ceci se traduit aussi par un gain potentiel en légèreté et très souvent une plus faible inertie. Réciproquement, pour un même volume donné, le couple de sortie sera plus élevé qu’un moteur traditionnel. A cela s’ajoutent des simplifications potentielles au niveau de la boîte de vitesse.

Le bobinage personnalisé rend aussi possible un équilibrage sur mesure des sources de pertes (thermiques, courants de Foucault, etc.). La thermique du moteur en ressort améliorée, ce qui réduit l’échauffement.

La personnalisation de la bobine permet d'optimiser les performances du moteur pour le cycle ou le point de fonctionnement réel de l’application.

Un autre avantage de la personnalisation de la bobine concerne l’optimisation des performances du moteur pour le cycle ou le point de fonctionnement réel de l’application. D’après Mirmex, les bobines filaires traditionnelles nécessitent un investissement et une calibration des équipements pour chaque type de bobine. Leurs efficiences annoncées dans la fiche technique ne sont ainsi valides que pour une zone de fonctionnement limitée, souvent distincte du point de fonctionnement spécifique du client. Il peut en découler un écart entre l’efficience réellement obtenue et celle annoncée.

Les moteurs SBLDC n’étant composés que de sous-composants parfaitement cylindriques (pas d’encoches, pas de balais…), une fonction de "scalabilité" (variabilité d’échelle) peut facilement être mise en œuvre. Cela permet au fabricant de recourir à des moteurs de tailles différentes parfaitement adaptés aux dispositifs médicaux nécessitant des tailles variables. On pense par exemple aux prothèses actives qui nécessitent différentes tailles de moteurs pour s’adapter à la morphologie des patients.

Enfin, on notera que les bobines sur-mesure peuvent être obtenues en versions directement encapsulables (à l’aide d’une résine) chez le client.

Une gamme déjà étoffée

5 ans après son lancement, la gamme des moteurs SBLDC de Mirmex couvre une large plage de configurations possibles :

  • Moteurs à champs radiaux, à rotor interne ou externe de 5 à 80 mm de diamètre, de 10 à 125 mm de longueur.
  • Moteurs rotatifs à champs axiaux et moteurs linéaires tubulaires.
  • Plage d’alimentation au choix du client de 3 à 60 V.
  • Rotors à aimants haute densité d’énergie (NdFeB ou SmCo), de 2 à une multitude de pôles, architecture Hallbach comprise.
  • Température de fonctionnement moteur de -40°C à +150°C.
  • Disponibilité en version assemblée, moteurs "frameless", ou dans un format de sous-composants pour les entreprises souhaitant garder en interne une compétence d’ingénierie moteur et uniquement externaliser la fabrication de la bobine/stator.
  • Encapsulation sur demande suivant les besoins en techniques de désinfection du dispositif médical.
  • Choix des roulements et des matières premières suivant les besoins du client.
  • Modélisation moteur basée sur le seul outil de simulation développé par un fabricant de bobines sur mesure, ce qui permet une interaction optimale entre la topologie de bobine et les composants moteur.

Au total, la gamme complète est estimée à 5,5 millions de combinaisons possibles.

Mirmex met en avant ici une solution qui permet selon lui de résoudre la difficulté d’obtenir des bobines moteur sur mesure, à haute performance, et à coût de développement raisonnable.

[Source des illustrations : Mirmex]


www.mirmexmotor.com

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