1. Introduction 

Comme son nom l'indique, cet article se place dans un contexte de transmission de puissance, au sens où les mouvements servent principalement à transférer de l'énergie mécanique d'une pièce d'un mécanisme à une autre. Ce cours s'intéresse principalement aux mécanismes inclus dans des systèmes mécatroniques (nous n'étudierons pas ici les variateurs de vitesse mécaniques, puisqu'ils sont remplacés par un système électronique). Nous nous focaliserons plus particulièrement sur les mécanismes de petites tailles (puissance max : quelques dizaines de watts), néanmoins les concepts théoriques présentés ici pourront être généralisés. Mécatronique : définit un système combinant la mécanique, l'électronique et l'informatique. Exemples : une imprimante, un disque dur, une machine-outil numérique, un distributeur de billets de banque, un robot manipulateur, etc ...

 2. Quelques rappels

3. Création du mouvement 

Dans les systèmes mécatroniques, le mouvement est généralement issu de l'énergie électrique car le principal intérêt de ces systèmes est de commander la partie mécanique de façon intelligente grâce à l'électronique. Le moyen le plus simple consiste à créer un champ magnétique qui va permettre de déplacer des pièces (généralement des aimants). Pour les moteurs, c'est-à-dire la création d'un mouvement rotatif, il existe plusieurs procédés.

 3.1 Moteurs à courant continu 

Dans cette famille de moteurs, les aimants sont solidaires du boîtier (fixés sur le stator). Sur l'axe du moteur, sont disposées des bobines qui créent un champ magnétique qui attire ou repousse le rotor vers les aimants. Pour obtenir une rotation complète, il est impératif d'alterner la tension aux bornes des bobines. Cette inversion est faite mécaniquement à l'aide des balais, sorte de patins qui glissent sur le collecteur. L'alimentation du moteur est constante d'où son nom. Les frottements répétés entre les balais et le collecteur provoquent une usure des pièces. L'inversion brutale de polarité aux bornes d'un élément inductif, la bobine, provoque des problèmes de compatibilité électromagnétique. La vitesse maximum de ce type de moteur est généralement inférieure à 10 000 tr.mn-1 . 

3.2 Moteurs pas à pas 

Le concept d'un moteur pas à pas consiste à supprimer les balais et à les remplacer par une électronique de commande, ce qui simplifie la fabrication des moteurs. Les bobines peuvent être placées sur le stator et les aimants sur le rotor. L'électronique commande les bobines les unes à la suite des autres pour faire tourner le champ magnétique et par conséquent les aimants du rotor. Il est possible de placer le rotor dans une position donnée avec précision et stabilité. 

Les performances des moteurs pas à pas restent faibles : consommation élevée, couple et vitesse faibles (souvent inférieure à 3 000 tr.mn-1). Il existe un problème supplémentaire : lorsque le couple et la vitesse sont élevées le rotor n'a parfois pas le temps de tourner et revient à sa position précédente, on parle alors de décrochage.

3.3 Moteurs sans balais (Brushless) 

Le principe de ces moteurs est exactement le même que celui des moteurs pas à pas. Ils ne possèdent généralement que quelques pôles (une dizaine pour le brushless contre  quelques centaines pour le moteur pas à pas) mais leur conception est optimisée pour tourner à des vitesses élevées. Pour éviter les problèmes liés au décrochage, la commande de ces moteurs est faite en boucle fermée, une mesure de la vitesse réelle de rotation du rotor est nécessaire afin d'adapter la commande. Les capteurs peuvent être des codeurs optiques, à effet hall, ou basés sur une mesure du courant dans la bobine qui n'est pas commandée (les aimants en mouvement devant la bobine créent un courant dans celle-ci). Ce type de moteur peut obtenir des rendements supérieurs aux moteurs à courant continu. Ils peuvent en effet atteindre des vitesses supérieures à 30 000 tr.mn-1 . L'inconvénient majeur réside dans la nécessité d'utiliser une électronique de commande. Notez que cette électronique est parfois miniaturisée et intégrée dans le boîtier du moteur.

3.4 Servomoteurs 

Servomoteur est la concaténation de moteur et asservissement. Le moteur comporte une électronique intégrée (généralement un contrôleur en boucle fermée) qui asservit la position du moteur (par exemple pour commander une ouverture de vanne).