La plupart des tondeuses robotisées modernes utilisent des moteurs à courant continu sans balais (BLDC). Une machine type est équipée d’un moteur BLDC à grande vitesse pour le système de coupe et de deux motoréducteurs pour les roues motrices. D’autres petits motoréducteurs peuvent être utilisés pour le réglage de la hauteur de coupe ou pour des mécanismes auxiliaires.

Le moteur de coupe est principalement choisi pour sa vitesse, ses performances stables en charge, son rendement et son faible niveau de vibrations. Les moteurs des roues sont quant à eux choisis principalement pour leur couple, le rapport de réduction de leur réducteur, leur capacité à franchir des pentes et la précision du contrôle de leurs mouvements.

Les moteurs BLDC sont largement plébiscités pour leur rendement, leur durabilité, la précision de leur contrôle et leur conception compacte. Néanmoins, le type de moteur ne détermine pas à lui seul les performances de la tondeuse.

Principaux moteurs utilisés dans une tondeuse robotisée

La plupart des tondeuses robotisées comportent deux groupes de moteurs principaux :

• Les moteurs de coupe qui font tourner le disque de coupe ou les lames de coupe
• Les moteurs d’entraînement qui animent les roues et contrôlent les déplacements

Certaines machines utilisent également des moteurs ou des actionneurs plus petits pour le réglage de la hauteur de coupe, les mécanismes de direction, les systèmes de nettoyage ou les capots de protection amovibles.

Emplacement des moteurs	Fonction principale	Type de moteur courant	Exigence principale
Système de coupe	Fait tourner les lames ou le disque de coupe	Moteur BLDC	Vitesse élevée et puissance stable
Roue motrice gauche	Permet de déplacer et de faire tourner la tondeuse	Moteur à courant continu à engrenages ou BLDC	Couple élevé et contrôle précis
Roue motrice droite	Permet à la tondeuse d’avancer et de tourner	Moteur à courant continu à engrenages ou BLDC	Couple élevé et contrôle précis
Réglage de la hauteur	Permet de relever ou d’abaisser l’ensemble de coupe	Petit moteur à engrenages ou actionneur	Précision de positionnement
Mécanisme auxiliaire	Commande les capots, les brosses ou les accessoires	Petit moteur à courant continu	Taille compacte et commande simple

Les moteurs de coupe et de roues sont généralement commandés indépendamment. Cela permet à la tondeuse de réguler la vitesse des lames en fonction de l’état de l’herbe tout en adaptant la vitesse des roues aux exigences de navigation.

Moteurs à courant continu sans balais

Les tondeuses robotisées utilisent couramment des moteurs BLDC à commutation électronique plutôt que mécanique. C’est la commutation électronique qui contrôle le moteur.

Cette conception offre plusieurs avantages pour les équipements autonomes d’extérieur.

• Usure mécanique réduite
• Durée de vie prolongée
• Meilleur rendement énergétique
• Réduction du bruit électrique
• Meilleur contrôle de la vitesse
• Besoins d’entretien réduits
• Meilleur rapport puissance/poids

Une tondeuse robotisée peut fonctionner plusieurs heures par jour et effectuer de manière répétée des démarrages, des arrêts, des accélérations, des marches arrière et des virages. Ces conditions de fonctionnement rendent la durabilité et l’efficacité particulièrement importantes.

Sans balais, le moteur évite les pertes de performances liées à l’usure de ces derniers. Cependant, un moteur BLDC nécessite un contrôleur électronique adapté, une méthode de détection de la position du rotor et une stratégie de commande du moteur. L’ensemble du système d’entraînement est donc plus complexe qu’un système de base à moteur à balais.

Moteurs de coupe

Le moteur de coupe entraîne le disque de lame, la barre rotative ou le système de lames individuelles. Il fonctionne généralement à une vitesse considérablement plus élevée que les moteurs des roues.

Sa fonction principale est de maintenir une vitesse suffisante à l’extrémité des lames pour couper l’herbe proprement. Les besoins en puissance du moteur varient en fonction de plusieurs facteurs :

• Diamètre des lames
• Nombre de lames
• Masse des lames
• Largeur de coupe
• Densité de l’herbe
• Humidité de l’herbe
• Hauteur de coupe
• Vitesse d’avancement de la tondeuse
• Conception du disque de coupe

Un disque de coupe léger équipé de petites lames pivotantes nécessite un couple de démarrage inférieur à celui d’une lame pleine et lourde. Cependant, il peut tout de même nécessiter une vitesse de rotation élevée pour obtenir un résultat de coupe acceptable.

C’est pourquoi les moteurs de coupe des tondeuses robotisées sont généralement conçus pour offrir un équilibre entre vitesse, couple, rendement, vibrations et bruit.

Pourquoi les moteurs BLDC sont-ils adaptés aux systèmes de coupe ?

Un moteur BLDC est particulièrement adapté au fonctionnement des lames, car il offre une rotation stable à grande vitesse dans un format compact. Le contrôleur peut également ajuster la vitesse du moteur lorsque la lame rencontre de l’herbe plus dense.

Par exemple, la tondeuse peut faire fonctionner le moteur de coupe à une vitesse modérée en cas de charge légère afin d’économiser de l’énergie. Lorsque la consommation de courant augmente en raison d’une herbe dense, le contrôleur peut augmenter le couple ou ajuster la vitesse de déplacement.
Ce type de contrôle réactif permet d’améliorer la régularité de la coupe sans faire fonctionner le moteur en continu à sa puissance maximale.

Le moteur ne doit pas être choisi uniquement en fonction de sa vitesse à vide. Un moteur qui atteint une vitesse élevée sans lame peut ralentir excessivement lorsqu’il rencontre de l’herbe. Son couple continu, son couple de pointe, sa capacité thermique et la limite de courant du contrôleur doivent également être vérifiés.

Moteurs d’entraînement des roues

Les moteurs de roues permettent à la tondeuse robotisée de se déplacer sur la pelouse. La plupart des modèles utilisent un moteur pour la roue motrice gauche et un autre pour la roue motrice droite.

En modifiant indépendamment la vitesse et le sens de rotation de ces deux moteurs, la tondeuse peut :

• Avancer
• Reculer
• Tourner progressivement
• Tourner sur elle-même dans un espace restreint
• Suivre une limite
• Corriger sa direction
• Éviter les obstacles

Les moteurs de roues fonctionnent généralement à des vitesses inférieures à celles des moteurs de coupe, mais nécessitent un couple plus élevé. Les réducteurs réduisent la vitesse du moteur tout en augmentant le couple de sortie.

Moteurs à courant continu à réducteur

Un moteur à courant continu à réducteur associe un moteur électrique à un réducteur. Le moteur peut être à balais ou sans balais, mais les versions BLDC sont de plus en plus privilégiées dans les machines nécessitant une durée de vie plus longue.

Le réducteur permet à un moteur compact de produire un couple de roue suffisant pour :

• Démarrer sur l’herbe
• Gravir des pentes
• Traverser des surfaces irrégulières
• Tourner sur un sol meuble
• Se frayer un chemin à travers une végétation dense
• Franchir de petits obstacles

Le couple requis dépend du poids de la tondeuse, du diamètre des roues, de l’angle de pente, de la résistance du sol et des exigences en matière d’accélération.

Un moteur de roue choisi uniquement pour une pelouse plate et sèche peut rencontrer des difficultés sur des pentes humides. À l’inverse, un moteur surdimensionné peut augmenter le coût, le poids et la consommation d’énergie sans apporter d’avantage significatif.

Moteurs à balais vs moteurs sans balais

Les moteurs à courant continu à balais peuvent encore être utilisés dans les tondeuses robotisées d’entrée de gamme. Ils sont simples à contrôler et présentent généralement un coût initial moins élevé.

Cependant, leurs balais s’usent progressivement pendant le fonctionnement. Le contact des balais peut également générer du bruit électrique, des frottements, de la chaleur et des pertes de rendement.

Caractéristique	Moteur à courant continu à balais	Moteur à courant continu sans balais
Coût initial	Généralement plus faible	Généralement plus élevé
Système de commande	Plus simple	Plus sophistiqué
Entretien	Un remplacement des balais peut être nécessaire	Généralement faible
Durée de vie	Limitée par l’usure des balais	Généralement plus longue
Rendement	Modérée	Plus élevée
Réglage de la vitesse	Acceptable	Plus précise
Bruit électrique	Plus élevé	Plus faible
Adapté à un fonctionnement fréquent	Modérée	Élevée
Application typique	Machines d’entrée de gamme	Machines de milieu de gamme et haut de gamme

Pour une tondeuse robotisée destinée à fonctionner régulièrement pendant plusieurs saisons, un moteur BLDC offre généralement une solution globalement plus performante. Le coût plus élevé des composants et du contrôleur se justifie par un meilleur rendement, une maintenance réduite et une durée de vie prolongée.

Les moteurs à balais peuvent toutefois s’avérer pratiques lorsque les heures de fonctionnement sont limitées et que le produit doit respecter un objectif de coût strict.

Tension du moteur

Les moteurs des tondeuses robotisées sont alimentés par des systèmes de batteries rechargeables. Les plateformes de tondeuses courantes peuvent utiliser des tensions de batterie telles que 18 V, 20 V, 24 V ou plus, selon la conception du produit.

Un système à tension plus élevée peut fournir la même puissance avec un courant plus faible. Un courant plus faible peut réduire les pertes dans les câbles, l’échauffement des connecteurs et la sollicitation du contrôleur. Cependant, la tension à elle seule ne détermine pas la qualité du moteur ni les performances de la tondeuse.

L’enroulement du moteur, le contrôleur, la batterie, la boîte de vitesses et le système de protection doivent être conçus comme une seule et même plateforme.

Par exemple, l’installation d’un moteur de 24 V dans une machine initialement conçue pour une batterie de tension inférieure n’améliore pas automatiquement le couple. Il se peut que le contrôleur ne prenne pas en charge cette tension et que le bobinage du moteur ne soit pas adapté à la vitesse prévue.

Le choix du moteur doit donc s’appuyer sur l’architecture électrique complète plutôt que sur une simple valeur de tension isolée.

Exigences en matière de couple, de vitesse et de puissance

Le couple et la vitesse jouent des rôles différents dans une tondeuse robotisée.

Le moteur de coupe nécessite généralement une vitesse plus élevée, car les lames doivent se déplacer suffisamment vite pour couper l’herbe. Les moteurs des roues nécessitent une vitesse plus faible mais un couple de sortie plus élevé, car ils doivent faire avancer l’ensemble de la machine.

La puissance d’un moteur peut être définie comme le rapport entre le couple et la vitesse de rotation. Un moteur à haute vitesse mais à très faible couple risque de ne pas maintenir la vitesse des lames en charge. À l’inverse, un moteur de roue à couple élevé mais doté d’un rapport de démultiplication inadapté peut entraîner la tondeuse trop lentement.

Le processus de conception doit prendre en compte :

• Couple de fonctionnement continu
• Couple de pointe de courte durée
• Vitesse à vide
• Vitesse en charge
• Rapport de réduction
• Courant de démarrage
• Courant de blocage
• Limite de courant du variateur
• Puissance continue
• Élévation de température

Le couple de pointe est particulièrement important lors du démarrage, de la montée en pente, des virages et lors de l’impact des pales. Le couple continu est plus important pour évaluer l’élévation de température et la fiabilité à long terme.

Commande du moteur et rétroaction

Les tondeuses robotisées nécessitent un contrôle du moteur plus précis que les tondeuses à pousser classiques. Le système de commande doit coordonner les mouvements avec les capteurs, le logiciel de navigation, la détection des limites et l’évitement des obstacles.

Les moteurs de roues peuvent utiliser des capteurs à effet Hall ou des codeurs pour mesurer la vitesse de rotation et la position. Ce retour d’information aide la tondeuse à estimer la distance parcourue et à maintenir une trajectoire contrôlée.

Le contrôleur peut comparer la vitesse de roue commandée à la vitesse de roue réelle. Une différence peut indiquer :

• Un patinage des roues
• Une roue bloquée
• Un terrain irrégulier
• Une résistance excessive de l’herbe
• Un défaut mécanique

Les moteurs de coupe peuvent également être surveillés à l’aide de signaux de courant, de vitesse ou de température. Une augmentation soudaine du courant peut indiquer un enchevêtrement d’herbe, une lame endommagée ou un disque de coupe bloqué.

Le retour d’information ne se contente pas d’améliorer les performances. Il facilite également la détection des défauts et la protection des moteurs.

Rendement du moteur et autonomie de la batterie

Le rendement du moteur a un effet direct sur l’autonomie de la batterie. L’énergie perdue à l’intérieur du moteur se transforme en chaleur au lieu d’être convertie en puissance mécanique utile.

Cependant, choisir le moteur le plus efficace à un point de fonctionnement donné ne suffit pas. Une tondeuse robotisée fonctionne dans des conditions variables. Les charges sur les roues varient en fonction du terrain, tandis que les charges de coupe varient en fonction de la hauteur et de la densité de l’herbe.

Le moteur le plus adapté doit fonctionner efficacement sur toute la plage de fonctionnement typique de la tondeuse.

Un système bien conçu peut améliorer l’autonomie grâce à :

• Des moteurs BLDC efficaces
• Des rapports de transmission adaptés
• Des composants de coupe légers
• Des roulements à faible résistance
• Un contrôle adaptatif de la vitesse des lames
• Accélération en douceur
• Réduction des virages inutiles
• Dimensionnement adéquat des roues

L’efficacité du moteur doit donc être prise en compte conjointement avec la conception mécanique et le logiciel de commande.

Bruit et vibrations

Les tondeuses robotisées résidentielles fonctionnent souvent à proximité des habitations, des jardins, des bureaux ou des espaces publics. Un faible niveau sonore est donc un objectif de conception important.

Le bruit du moteur peut provenir des forces électromagnétiques, des roulements, du frottement des engrenages, de la résonance structurelle ou de la commutation du contrôleur. Dans de nombreux cas, le système de lames et l’impact sur l’herbe produisent plus de bruit que le moteur lui-même.

Un moteur silencieux peut tout de même émettre un son perceptible s’il est monté sur un carter souple qui amplifie les vibrations.

La réduction du bruit peut nécessiter :

• Des rotors équilibrés
• Des disques de lames de haute précision
• Des roulements à faibles vibrations
• Une conception magnétique optimisée
• Une commutation adaptée du variateur
• Supports de moteur rigides
• Composants isolants contre les vibrations
• Dents d’engrenage bien conçues

La structure du moteur et de la tondeuse doit être évaluée comme un système vibratoire complet.

Exigences de protection en extérieur

Les moteurs des tondeuses robotisées fonctionnent dans un environnement contenant de l’humidité, de la poussière, des particules d’herbe, des résidus d’engrais et soumis à des variations de température. Le moteur doit donc être protégé contre la contamination et la corrosion.

Les considérations importantes en matière de conception sont les suivantes :

• Roulements étanches
• Sorties de câbles protégées
• Arbres résistants à la corrosion
• Composants électriques revêtus
• Connecteurs fiables
• Isolation résistante à l’humidité
• Drainage autour du carter du moteur
• Ventilation contrôlée là où cela est nécessaire

Un moteur entièrement étanche peut sembler idéal, mais l’étanchéité affecte également la dissipation thermique. Si la chaleur ne peut s’échapper, la température du bobinage risque d’augmenter lors de coupes intensives ou d’une utilisation en pente.

La bonne solution ne consiste pas simplement à maximiser l’étanchéité. Le moteur doit trouver un équilibre pratique entre protection de l’environnement et contrôle thermique.

Les moteurs de roue doivent être évalués en tenant compte des conditions de démarrage et de montée les plus difficiles prévues. Les moteurs de coupe doivent être testés avec l’ensemble de lame réel et des charges d’herbe réalistes.

Tester uniquement le moteur sur un banc d’essai en laboratoire peut masquer des problèmes causés par le réducteur, le carter, le déséquilibre de la lame, le patinage des roues ou une circulation d’air restreinte.