Une nouvelle technologie de capteurs de vitesse pour véhicules électriques industriels a été conçue pour répondre aux fortes exigences de conditions d’environnement imposées par les nouveaux moteurs asynchrones compacts.

La tendance actuelleau remplacement de moteurs DC par des moteurs AC impose de nouveaux défis aux concepteurs de solutions de mécatroniques de captage. L’adoption de moteurs d’entraînement AC, plus compacts et plus puissants, permet certes des économies d’espace et des réductions de coût, mais la diminution de leurs dimensions implique également que tous les composants annexes de type électronique, roulements, etc., sont plus proches les uns des autres et doivent cohabiter dans des conditions d’utilisation encore plus difficiles.

Pour certains composants, comme l’électronique de détection, cette détérioration des conditions électromagnétiques et physiques pose un réel problème. En particulier, la technologie d’instrumentation des roulements utilisée jusque là (capteurs à effet de Hall), notamment pour la détection de la vitesse, de la direction et de la position de l’arbre d’entraînement, ne fonctionne pas correctement en raison des interférences des forts champs magnétiques générés par les courants plus élevés (600-800 A) dans le moteur. Il est d’ailleurs tout à fait possible que, demain, des courants de l’ordre de 1 000 A soient la norme sur les nouveaux moteurs électriques pour véhicules industriels.

Nouvelle génération de capteurs
La nouvelle génération de capteurs de vitesse pour moteurs électriques AC développée par SKF est insensible aux effets des environnements fortement magnétiques. De plus, le capteur est intégré au roulement, ce qui correspond à la tendance croissante d’intégration des composants et de proposition de solutions « plug and play » pour les véhicules électriques. SKF a déjà une grande expérience de l’intégration des capteurs aux roulements avec des applications automobiles, industrielles, ferroviaires ou encore sur les turbines éoliennes. De ce fait, les concepteurs SKF savent que les instruments doivent être robustes, demander peu d’entretien et offrir une longue durée de service.

Conçu pour les nouvelles générations
L’expérience acquise par SKF en mécatronique et avec les solutions de captage a permis le développement d’une technologie d’instrumentation des roulements répondant aux exigences actuelles et futures des véhicules industriels et ne posant pas de problèmes de compatibilité magnétique.

Les concepteurs se sont heurtés à un certain nombre de difficultés. Il était important que la solution de captage vitesse soit conçue sous forme d’une unité « plug and play » fiable et facilement intégrable. Il fallait aussi chercher à réduire les coûts de maintenance. L’instrument qui a été développé n’est pas réservé aux nouveaux modèles d’entraînement, il peut également être monté sur les véhicules industriels en production actuellement.

Naturellement, il s’agissait principalement de concevoir une unité robuste, tant du point de vue mécanique qu’électromagnétique. La nouvelle unité codeur pour moteur, qui porte la désignation BMH, allie les caractéristiques des roulements rigides à billes SKF Explorer (compacité, haute performance et longue durée) et une nouvelle technologie de captage. Le premier modèle mis en service a été conçu sur la base des dimensions du roulement le plus utilisé dans les applications de véhicules industriels, à savoir le roulement rigide à billes 6206. Le capteur n’ajoute que 6 mm à la largeur totale du roulement. L’unité codeur pour moteur BMH est disponible en modèle standard ou en version complètement personnalisée avec câbles et connecteurs adaptés. L’unité BMH dispose de deux sorties à collecteur ouvert qui peuvent être connectées au variateur de fréquence en utilisant une résistance de charge adaptée.

Système inductif innovant
Le système utilise des microbobines inductives, une technologie employée pour la première fois dans les roulements instrumentés. Deux réseaux comprenant des microbobines inductives détectent les impulsions électromagnétiques (EM) provenant d’une roue cible métallique qui tourne avec la bague intérieure du roulement. Les microbobines transforment le signal EM en courant, lequel est converti en tension par une bascule de Schmitt qui produit des impulsions directement liées à la vitesse de rotation. Le signal généré, qui est facilement isolable des éventuels bruits ambiants, fournit un signal utilisable dans de nombreuses conse bild urations. Ce système présente l’avantage de fonctionner à des vitesses très lentes et de donner des mesures fiables sur une plage de zéro à environ 20 000 tr/min alors que beaucoup d’autres technologies de captage de la vitesse ont du mal à fournir des mesures exactes à très basses vitesses. L’unité codeur de moteur BMH présente aussi l’avantage de fonctionner à des températures ambiantes allant jusqu’à 150°C. Cette performance thermique est importante pour les applications dans des véhicules qui présentent des chocs thermiques, de fortes vibrations et des conditions électromagnétiques extrêmes.

Cette technologie est insensible aux perturbations magnétiques, ce qui permet de faire l’économie d’une protection magnétique et augmente donc la souplesse de conception. Le montage est, par exemple, possible à l’intérieur des bobines du moteur ou des freins électro-magnétiques. Les concepteurs disposent ainsi de possibilités nouvelles pour créer des produits légers et compacts intégrant à la fois l’électronique de codage, de puissance et de commande et les freins électriques.

Les avantages du « plug and play »
Par ailleurs, l’unité étant véritablement « plug and play », il n’y a pas à tenir compte d’exigences particulières au niveau de l’environnement du capteur au moment de la conception de l’entraînement électrique. De ce fait, le système de roulement instrumenté ne requiert pas non plus d’essais, ni de qualifications supplémentaires. Côté constructeur, ce système présente l’avantage d’être conçu pour les entraînements électriques de demain et d’exiger moins de maintenance et de réparation pendant les périodes de garantie. Comme l’unité codeur de moteur BMH est un produit standard, il n’y a pas de problème de disponibilité et les délais de mise en service des unités de remplacement sont généralement courts.

La préférence des constructeurs de véhicules industriels s’orientant de plus en plus vers les moteurs AC au détriment des modèles CC, SKF a constaté un intérêt croissant pour ses roulements instrumentés et une nette progression des ventes. Cette nouvelle solution complète, plus souple, plus compacte et plus efficace, propose une unité standard, qui s’adapte facilement aux véhicules électriques, nouveaux ou existants.

SKF propose de nombreuses autres solutions de mécatronique pour véhicules industriels, notamment des unités de direction, composants essentiels des systèmes de direction « by wire » alliant la fiabilité de la technologie des codeurs et la simplicité du « plug and play ». La compacité de ces unités apporte une grande souplesse et n’impose pas de contraintes au niveau, par exemple, de la place du volant qui peut ainsi être choisie en fonction des besoins du conducteur. Celui-ci sera d’autant plus efficace qu’il jouira d’une meilleure ergonomie et de meilleures conditions de travail. Comme chaque modèle de véhicule demande une solution différente, SKF propose une large gamme d’unités de direction.