Attention, moteur! # 1110


Équipe : Les alternatifs
Classe : 551, 3e cycle
École : des Ramilles, Blainville
Enseignant(e) : Alain Labonté


Avis aux lecteurs




Observation:
 

Lors de nos périodes de robotique, nous avons constaté que les moteurs occupent une place très importante dans la construction de nos robots. Sans eux, plusieurs actions ne pourraient être réalisées.

De plus, en observant un peu plus autour de nous, nous avons remarqué que les moteurs sont au coeur de bien des objets de notre quotidien.

Mais comment fonctionnent les moteurs? De quoi sont-ils faits?

Est-ce possible de fabriquer un moteur avec du matériel simple?




Hypothèse:
 

Au départ, plusieurs élèves de la classe croyaient que les moteurs étaient constitués de circuits électroniques. En ouvrant un petit moteur, nous avons constaté, avec surprise, la présence d'aimants et d'une bobine de fil.

    

Nous avons donc effectué une recherche d'informations au centre de documentation de notre école ainsi que sur internet.

Nous avons appris que les moteurs sont constitués de 3 parties importantes: le stator, le rotor et les balais. Le stator est la partie fixe du moteur. Il est constitué d'aimants permanents qui produisent un champ magnétique. Le rotor est la partie tournante du moteur. Il s'agit d'un électroaimant qui, une fois alimenté par une source électrique, tourne à l'intérieur du moteur (puisque l'électroaimant est attiré de part et d'autre par les aimants permanents, ce qui se traduit par un mouvement de rotation). Les balais permettent d'amener le courant au rotor.

Nous pensons donc maintenant être en mesure de construire notre propre moteur en utilisant du matériel simple.




    Expérimentation:
 
Matériel utilisé
 

- 1 goujon en bois (environ 10 cm de long et 1 cm de diamètre)

- 2 petites vis mécaniques (environ 2 cm)

- 2 petits clous avec tête (environ 1,5 cm)

- 2 mètres de petit fil de cuivre émaillé (diamètre de 0,25 ou 0,30 mm de préférence)

- papier sablé fin

- 1 bande élastique

- 1 base de styromousse, de carton pressé ou de bois mou

- 4 équerres métalliques trouées (4 cm de hauteur)

- punaises

- 2 aimants (d'environ 2 cm x 2 cm)

- 2 bandes de ruban métallique en aluminium autocollant (environ 1 cm x 4 cm)

- 2 languettes d'aluminium de 7 cm x 1cm (découpées dans un fond d'assiette de tarte)

- 2 fils avec pinces "alligator"

- pile électrique de 6 volts

 
Protocole utilisé
 

1. Percez un trou ( du diamètre des vis) au travers du goujon, à environ 2 ou 3 cm de l'extrémité.

2. Vissez les vis dans le trou et plantez les petits clous aux extrémités du goujon.

3. Collez les languettes en ruban métallique sur le goujon de bois, en prenant soin qu'elles n'entrent pas en contact entre elles.

4. Enroulez le fil émaillé autour des vis mécaniques pour ne former qu'un seul électroaimant. Il faut bien faire attention pour que le sens de l'enroulement soit le même tout au long de l'axe formé par les 2 vis.

( Attention : Dans le cas du mauvais sens, il y aura création de 2 électroaimants dont les polarités seront toujours opposées et empêcheront le moteur de fonctionner.)

5. Une fois l'enroulement terminé, enlever la gaine émaillée des 2 bouts du fil avec le papier sablé. Placez chacun des deux bouts dénudés du fil émaillé en contact avec une languette de ruban d'aluminium et maintenez-les ainsi avec un élastique.

6. Sur la base de styromousse, de carton pressé ou de bois mou, placez temporairement les équerres et maintenez-les à l'aide de punaises. Placez aussi les deux aimants en les laissant adhérer aux équerres. Attention pour que les deux aimants aient la même orientation.

7. Ajustez le tout pour que le goujon de bois s'appuie dans les trous des équerres à l'aide des petits clous et pour que l'électroaimant ne touche pas aux aimants des équerres.Il est important que l'axe du moteur puisse tourner librement.

8.  Pliez un peu les languettes d'aluminium et, à l'aide de punaises, fixez-les de manière à ce que les autres extrémités touchent les bandes métalliques collées sur le goujon de bois (axe central). Les languettes d'aluminium doivent toucher à l'axe avec assez de pression et doivent être plus à la verticale qu'à l'horizontale (de cette façon, chaque languette touche une bande métallique collée à l'axe).

9.   À l'aide des fils avec pinces "alligator", reliez chacune des bornes d'une pile électrique aux languettes d'aluminium. Donnez un impulsion à l'axe du moteur pour qu'il puisse commencer à tourner.




Résultats:
 

Évidemment, notre moteur n'a pas fonctionné du premier coup. Nous avons dû effectuer plusieurs ajustements avant de réussir à le faire tourner. Voici quelques éléments à considérer en cas de problème:

- S'assurer que l'enroulement du fil de l'électroaimant a été réalisé dans le bon sens.

- Vérifier que les extrémités du fil émaillé soient bien dénudées (qu'il ne reste plus de trace de gaine).

- Vérifier à ce que les rubans métalliques, collés sur le goujon de bois, ne se touchent pas.

- S'assurer que les éléments du montage sont fixés solidement sur la base (afin que l'électroaimant ne colle pas sur les aimants). Dans le même ordre d'idées, les aimants ne doivent pas être trop éloignés de l'électroaimant.

- S'assurer que les aimants ont la même orientation. Pour se faire, il s'agit de laisser les aimants se coller entre eux puis de les séparer et de les replacer sur les équerres en conservant cette orientation.

- S'assurer que la pression des languettes d'aluminium soit suffisante sur l'axe central (goujon de bois).




Conclusion:
 

À notre grande surprise (et notre plus grande joie!), nous avons réussi à faire fonctionner notre moteur. De plus, nous sommes fiers d'avoir utilisé du matériel simple et accessible pour réaliser notre projet. Suite à cette expérience, nous comprenons beaucoup mieux le rôle de chacune des parties (stator, rotor et balais) du moteur ainsi que son fonctionnement.

En cours de route, nous nous sommes posés de nouvelles questions:

Qu'est-ce qui arriverait à notre moteur si on inversait les connexions aux bornes de la pile?

Est-ce que notre moteur pourrait fonctionner avec un seul aimant? Avec quatre aimants?

Est-ce que le voltage de notre pile influence la vitesse de rotation de notre moteur?

Voilà des questions que nous tenterons de répondre très bientôt...




Bibliographie:
 

Livres

  • CHAPUT, Daniel, Serge Beaulieu, et Thérèse ST-ANDRÉ, Je me robotise , Chambly, Caméléon Informatique et Robotique Inc., 1994, 262 p.
  • THOUIN, Marcel, Notions de culture scientifique et technologique, Québec, Éditions MultiMondes, 2001, 418 p.
  • ARDLEY, Neil, Comment ça marche (Guides pratiques jeunesse), Paris, Éditions du Seuil, 1995.

Sites Internet

Site sur les moteurs électriques: http://perso.wanadoo.fr/bernard.gillot/page2.html

Site Coopés Copains: http://www.occe.net/occemod/copcop/fiches/f3.pdf

Site La main à la pâte: http://www.inrpp.fr.lamap/

Site Picto (banque d'images): http://www.picto.qc.ca/