2-Le brushless décortiqué

Nous avons abordé dans la première partie le problème du rendement. Essentiellement du point de vue thermique. ( Ci dessous )

bruushD’autres facteurs peuvent améliorer le rendement d’un brushless :

Les pôles

Les moteurs brushless sont multipôles, il en existe avec seulement deux pôles mais ils sont de moindre qualité. Quatre pôles ( 2 Nord et 2 Sud ) amènent plus de progressivité dans les accélérations. Le plus souvent, cela améliore aussi le rendement. On peut aller de 12 jusqu’à 16 pôles. Les moteurs à cage tournantes en ont entre 12 et 16.

 

brushless pole
on voit ici les 4 paul Heu… pôles

Eviter les frottements mécaniques

Les éléments mécaniques comme les roulements et le rotor ont des valeurs maximum à ne pas dépasser. En termes de résistance au frottements et de force centrifuge. Si vous avez déjà vu un moteur fumer, c’est que l’huile des roulements a été soumise à une température trop élévée. Une fois qu’elle s’est évaporée les choses s’aggravent. A l’instar d’un moteur thermique le brushless  » serre « . Et on dépasse

 La température de fonctionnement

Le bobinage comme les aimants sont sensibles à une températures dépassant 80 degrés pour les bons moteurs et 70 pour les standards. Il faut donc un bon

Refroidissement

Par air ou par eau. Il baisse la température et les éléments chauffent moins, logique. Le rendement est préservé. Tous ces éléments réunis nous pouvons parler du

refroidissement liquide

Timing

Avant de parler du timing, il faut comprendre comment le moteur tourne. Si on place deux pôles qui s’attirent l’un devant l’autre, ils ne bougeront pas. Il faut donc qu’il y ait un décalage pour que l’attraction fasse tourner la cage tournante. Évidement, il faut amorcer et réamorcer très vite ce phénomène pour arriver à une vitesse de rotation élevée.

La comparaison avec un thermique est encore une fois assez parlante. Lorsque le piston remonte, la bougie provoque l’explosion. Généralement au moment ou la course du piston est à son apogée. Mais on peut induire un retard ou une avance à l’allumage en provoquant l’explosion juste avant que le piston soit à la fin de sa course ou un peu après qu’il ait entamé sa descente. Dans le premier cas cela optimise les performances et dans le second ça fonctionne mais on perd de l’énergie.

En électrique, on discerne trois timing: Hard, Medium et Soft. On les choisit selon la nature du brushless et de son l’usage. Les cages tournantes sont réglées en hard. Tu m’étonnes ! Hoo yeah, man !

Un mauvais timing fera décrocher le moteur. L’incompatibilité avec certains ESC provoquent ce phénomène et vous verrez trembler le moteur sans tourner, genre épileptique. Mes Turnigy V2 baby beast avec les DYS font ça. J’ai entendu dire qu’ils sont compatibles avec peu d’ESC.

On exprime le timing en degrés car il représente l’écart angulaire entre les 2 champs magnétiques. Son réglage dépend beaucoup de l’application choisie. En voiture on ne le réglera pas de la même façon qu’en hélico ou en multi.

Des options comme le frein sont contrôlées par l’ESC. Nous, on ne freine pas ( sauf avec le damped Light et en 3D ). Re Hoo Yeah ! .
Vous avez compris comment tourne un moteur grâce au décalage entre les pôles et le rotor et vous avez vu que l’on peut régler ce décalage. Vous avez aussi compris que l’attraction magnétique doit être réitérée plusieurs milliers de fois par seconde. C’est la

Fréquence

Le PWM ca vous parle ? Si vous aller à une soirée PWM, vous allez pulser et moduler votre corps.  J’espère ne pas dire de bêtise en affirmant que la fréquence joue davantage sur la réactivité du moteur que sur la puissance. J’entends par réactivité la vitesse d’exécution de commande.

Un signal PWM est défini par son rapport cyclique ( le temps au niveau haut du signal par rapport à la période totale) mais aussi par sa fréquence. ( source )

Il y a deux types de fréquences, en quelques sortes interconnectées.

  1. La fréquence à laquelle le processeur et l’ESC communiquent ( 50 pour les anciens ou  400 Hhz sur les plus récents ). Sur un multi, elle est très importante car elle définit le nombre de fois que le moteur peut recevoir d’ordres en un temps donné. Donc elle joue sur la réactivité du vol. ( voir vidéo )
  2. La fréquence de hachage qui sert à moduler la puissance

Attention ! Nous sommes dans un domaine compliqué. Il se peut que ces infos soient incomplètes ou mal expliquées par moi. Prière de me le signaler et je corrige aussitôt.

 

1000 à 2000µs. Très vite en somme. Cette unité de temps vous est familière. Je le sais, je le sens…
Quand vous calibrez vos ESC ou quand la naze vous demande le min throttle, c’est de ça qu’il s’agit. Cette fréquence est gérée par l’ESC. Ce dernier doit donc effectuer plusieurs opérations :

  1. Avant tout il doit savoir où est le pôle. Où en est la rotation / position si vous préférez.
  2. Puis il doit lancer le processus selon le réglage du timing. Je vulgarise un peu mais c’est ça.
  3. Enfin, il recommence.

Un ESC doit donc être super rapide et vachement observateur.

Cela fait 3 phases. En fait, le rotor passe son temps à courir après le champs magnétique. Il le rattrape jamais vraiment puisqu’ils courent à une vitesse identique. Le timing joue sur la distance entre les deux coureurs et la fréquence sur le nombre de foulées. En étant plus précis que cet exemple, il faudrait dire :

L’aimant permanent du rotor cherche à s’orienter dans le sens du champs ( Nord Sud ). Pour que le moteur brushless tourne, les tensions d’alimentation doivent être orientées pour que le champ soit décalé  » d’un cran  » sur la position du rotor, et ainsi créer le couple. Le réglage de ce décalage, c ‘est le timing.

normal
Vous avez vu que sur les ESC ou sur la notice le taux de rafraîchissement est indiqué. Le temps passant et le matériel évoluant ce taux augmente. Puis un nouveau protocole est venu bousculer un peu les choses. Serait-ce

Le Oneshot 125 ?

Pourquoi oneshot ? Parce que l’ordre est donné en une fois plutôt que plusieurs.  ( Tout comme le PPM remplace le PWM en passant toutes les voies sur un seul câble ).
Pourquoi 125 ? Parce 125µs. C’est la fréquence utilisée par l’ESC une fois la valeur nécessaire calculée par la FC par exemple pour rétablir l’assiette en mode stab. Cela peut varier jusqu’à 225µs. Je vous renvoie ici pour apprendre à installer le oneshot125. Au cas où…

 

Tous ces éléments participent à déterminer le rendement d’un moteur. A des degrés divers. Il existe d’autres options comme le damped light ou frein régénératif qui est un peu l’équivalent du frein sur les voitures. Au lieu de laisser les tours descendre suite à l’arrêt de la rotation et à la résistance de l’air, l’ESC va freiner la course de l’hélice afin d’accélérer les réactions du quad. Cependant, ce système consomme de l’énergie. Prévoyez une perte d’autonomie. Le damped light ( ou brake selon les constructeurs ) ne modifie pas le rendement.

Voici pourquoi les ESC dédiés aux voitures ne conviennent pas aux racers. Nous n’avons pas besoin d’un démarrage souple du moteur. Au contraire. Les modes sensor ne nous sont donc pas utiles. Les accoups ( cogging ) au démarrage ne nous dérangent pas. Alors que cela évite de patiner en voiture RC.

Pour conclure sur les facteurs qui jouent sur le rendement, il reste la forme du bobinage. En étoile ou en V, elle influe à son niveau sur les performances. Inutile d’insister sur ce point en ce qui nous concerne.

Hélices et pignons

C’est un peu similaire. Il s’agit de déterminer la force contre laquelle le moteur aura à lutter. Si vous bloquez l’hélice lancée à fond ( déjà vous perdez un doigt ) quelque part il se transforme en une simple résistance de fer à repasser ou de bouilloire. Et c’est l’ESC qui se mange le retour. Partant de ce principe, il ne faut pas que l’effort fourni par le moteur soit trop important. Autrement dit l’hélice ne doit pas être trop grande. Et le poids du châssis et des éléments devra aussi être cohérent avec la taille du moteur.

Quelques conseils

– plus le poids est important et l’hélice grande, plus vous consommez des ampères, donc plus ça chauffe
– moins le poids est important et plus l’hélice est adaptée, moins vous consommez d’ampères, donc moins ça chauffe
– ne jamais dépasser 80 / 100 °C pour le moteur, le contrôleur a une sécurité.
– Si votre multi est lourd, il faudra un moteur gros et puissant et des accus avec un fort taux de décharge.
– Il vaut mieux prendre un moteur trop lourd que pas assez, un moteur trop gros consommera la même chose qu’un moteur adapté, mais un moteur trop petit consommera plus qu’un moteur adapté et fonctionnera à sa limite. Son rendement sera mauvais (chauffe excessive, moins d’autonomie).

Exemple : On peut difficilement mettre une 8 pouces sur un 1806 mais on peut mettre une 4 pouces sur un 2204. En revanche, une 2 pouces le ferait chauffer.

La prochaine fois nous verrons en détail un autre élément comme la FC ou les émetteurs vidéo. Je ferai un point après le SATIS ou je dois donner une conférence. ( J’ai pas pu m’empêcher de me la péter… désolé ). J’apprendrai sûrement plein de belles choses là-bas et les partagerai avec vous.

remerciements

Encore une fois merci à NuZ et Titidom dont les travaux m’ont aidé à élaborer cet article.

 

17 commentaires Ajoutez les votres
  1. Et oui Jamy 😀 !
    Super article de vulgarisation 😉
    Je ne pensais pas avoir à apprendre de nouvelles choses sur les brushless mais en fin de compte si !
    Hate de voir les prochains articles du même genre !

  2. Super,
    Garde le rythme et comme le dit Fred « Je ne pensais pas avoir à apprendre de nouvelles choses… » n’hésite pas à revoir des sujets « bateau » que tout le monde pense maîtriser……

    Nous avons tous besoin de bases solides pour progresser.
    On attend la suite des tutos!
    Merci

    1. Oui . Les cartes de vol aussi. Je vais faire tous les elements d un multi. Voire meme le long range et d autres choses . J ai la raaaaage !!!

        1. Donc un bon esc doit proposer des réglages riches ( qualité du firmware ) et une résistance interne la plus faible possible. Car le moteur est  » nourri  » par l esc. Et il mange beaucoup

  3. Merci pour l’article, qui est d’excellente qualité !
    Je serai intéressé aussi par un éclaircissement sur le choix des ESCs (j’ai des 12A avec mes T-motors 2208, qu’apporteraient des 20A ?, Simonk ?)

    1. Tu dois connaître l amperage de tes moteurs pour : 1 choisir celui des esc et 2 choisir ta lipo. Soit tu mesures avec un ampèremètre soit tu vas sur les données tech de ton moteur et de tes Helices ou la conso est indiquée. 12 ou 20 ne change pas les perfs mais si tu mets 12 et que ton moteur à besoin de plus…. Pshiiiit. Pour le reste la qualité de l esc peut améliorer un peu les gaz. En les réglant finement par exemple.

  4. Bonjour je tombe sur ce post par hasard à mon grand désespoir j’ai une trottinette avec moteur bdlc 2000 w 48 v
    Je vais essayer d’expliquer le souci si je lance le moteur à vide sans que la roue touche le sol il tourne nickel quand il est soumis à la force de la roue entraîner par une chaîne il tremble et ne prend pas les tours il a marcher correctement pourtant ma question est ce un problème de calage ou autre merci pour votre réponse

    1. Oui, les brushless des trottinettes ont un capteur à effet hall pour éviter ce genre de départ trop violent. Mais pourquoi ta trotinette a t’elle une chaine ? Quoiqu’il en soit, il faut regler l’ESC car cela ne devrait pas faire ça. Je ne pense pas que ton moteur disfonctionne puisque ça marche à vide. Encore faut il acceder aux reglages de l’ESC…

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