questions pour les champions des brushless :o)

salut tous,

s'il y en a parmis vous qui ont de l'expérience dans les moteurs électriques, pourriez-vous m'aider en répondant à ces quelques questions ?
si possible des réponses basées sur de l'expérimentation plutôt que des suppositions    

à propos des brushless outrunners :

1) peut-on dire que plus il y a de pôles, meilleurs le rendement est car le rotor a "plus facile" à suivre le champ tournant créé par le stator ?

2) un moteur "s'usera moins vite" au niveau performances avec le temps si lors de son fonctionnement il ne chauffe pas ou très peu pour éviter que ses aimants perdent une partie de leur rémanence magnétique ?     ...si oui, quelle est la température maximum

3) un moteur utilisé à 80 % de sa puissance nominale aura un meilleur rendement qu'à 20 %

4) un moteur qui fait tourner une grande hélice ( masse et inertie plus importante ) aura un moins bon rendement qu'avec une petite dans les phases transitoires de vitesse de rotation, comme dans le cas des multirotors dont la vitesse des moteurs varie sans cesse.
Le but de cette question est de savoir si, même si on a intérêt à tourner de grandes hélices en général, on ne peut pas perdre pas cet avantage sur un multirotor

5) question subsidiaire sur les ESC : le rendement d'un ESC dépend de la puissance dissipée en pure perte par ses transistors
ces pertes sont fonction de le résistance interne des transistors mais existe-t-il des ESC qui dissipent moins en améliorant la qualité de la digitalisation des 3 signaux qu'il envoie au moteur pour les faire ressembler le plus possible à des sinusoïdes ?


un peu pointu comme questions mais une petite discussion sur ces sujets peut être intéressante pour tout le monde   

Salut !

Je vais pas m'improviser spécialiste des brushless hein...

1) c'est possible, mais j'y crois pas trop, j'en sais rien en fait.

2) pour les aimants, à supposer que ce soient des néodyme, la température est à priori limitée à 80°C, c'est la température maxi d'utilisation que donne la plupart des sources. La température de Curie, température à partir de laquelle la démagnétisation est permanente serait de l'ordre de 300°C.

http://www.magnetosynergie.com/Pages-Fr/Aimants/FR-Aimants-06.htm
http://www.yxmagnetic.com/magnets/aimant/suisse/proprietes-physiques-materiau.html

3) tout dépend de ce que tu appelles la puissance nominale. Si c'est la puissance maxi développée en utilisation normale (celle que tu obtiens plein gaz), alors oui, en baissant les gaz jusqu'à 80 % de cette puissance le rendement sera meilleur qu'à 20 % de cette puissance, à cause des pertes au niveau du contrôleur essentiellement.

Sinon, le point de rendement maxi d'un moteur correspond à une tension et une intensité précises.

Par exemple, le cas d'un de mes moteurs, un 62 g / kv de 700 (une simulation basée sur mesures réelles, pas du chiqué), bleu = 7 V, rouge = 12 V, vert = 17 V :

Au niveau du courant:


Au niveau de la puissance à l'axe:


Le meilleur rendement est obtenu sous 12 V et environ 3,5 A, à peine plus de 30 W à l'axe ! En augmentant la tension on peut largement augmenter la puissance sans trop perdre en rendement.

4) pas dit que choisir la plus grande hélice soit toujours un choix judicieux, ça peut aussi peser sur le rendement du moteur. Pour un multirotor, la notion de rendement de l'hélice est plus complexe que pour un avion, disons surtout moins documenté ! Sinon, pour ta question, c'est probablement une affaire de compromis, donc pas de réponse simple mais du cas par cas. Peut-être aussi plus une question de confort et réactivité que de rendement.

5) les brushless outrunner sont des moteur trapézoïdaux, la FEM ressemble plus ou moins à un trapèze, c'est la géométrie du moteur qui dicte ça. Le contrôleur lui balance le jus dans les phases de crête, c'est du tout ou rien, du pur courant continu. Ce courant n'est absolument pas modulé en plein gaz, dans ce cas les pertes contrôleur sont infimes. C'est à mi-gaz que ça se gâte, la modulation entraîne probablement de fortes pertes résistives. Les mosfets passent leur temps à s'ouvrir et à se fermer, et dans ces phases de transition ouvert/fermé, leur résistance n'est pas aussi négligeable que lorsqu'ils sont ouverts. S'il y a une façon de diminuer la tension sans la découper, dans ce cas ce serait bien plus efficace à mi-gaz, mais j'en ai pas connaissance.

Bon, je suis pas un spécialiste, alors faudra pas m'en vouloir si j'ai raconter des grosses conneries !

A+

haaaa....quand le Yomgui des montagnes répond à des questions..il REPOND à des questions !  

merci d'avoir pris le temps

1) chépas non plus, apparemment les moteurs spéciaux pour multirotors (à puissances comparables) ont des cloches d'un plus grand diamètre, avec plus d'aimants et de pôles....cela a forcément des causes techniques...plus d'aimants=plus d'énergie disponible pour créer un mouvement...on sent bien qu'il y une raison mais je n'ai rien d'autre à proposer que des suppositions  

2) oui, la seule chose qui est certaine, c'est qu'il faut les faire chauffer le moins possible, on a tout à y perdre...et je suis certain qu'avec les heures de vol, certains moteurs s'usent, sur un des mes avions qui a des dizaines d'heures de vol, je remarque que ses performances en montée verticale diminuent au point d'avoir du changer de pas à l'hélice ....un pas qui ne lui convenait pas dans le passé

3)super intéressantes les courbes, il est clair que si tu veux profiter d'un max de puissance avec le rendement le meilleur possible, il faut tourner à la tension la plus élevée possible

4)oui, choisir une hélice de multirotor est compliqué, à mon avis il n'y a que l'expérimentation qui soit valable mais j'essaye de cerner des lignes directrices pour éviter d'acheter des milliers d'hélices, en tout cas ce n'est pas du tout le même cas de figure que sur un avion

5)tes moteurs sont trapézoïdaux ?   les miens sont plutôt cylindriques !    waha     
blague à part, là, je ne comprend plus rien : comment peut-on créer un champ tournant à plein gaz en envoyant du continu aux bobinages alors qu'il n'y a pas de collecteur...vais creuser l'affaire 

C'est le contrôleur qui joue le rôle d'un collecteur, en envoyant le jus là où il faut quand il faut. Chaque phase est alimentée alternativement, mais en courant continu...

j'ai trouvé des infos qui semblent fiables ici, en bas de page :

http://adamone.rchomepage.com/guide5.htm

effectivement, pas de sinusoides, 3 signaux continus hachés déphasés de 120 degrés
la fréquence du signal impose la vitesse de rotation
le controleur vérifie à tout instant si le rotor "suit bien" le champ tournant ( à mon avis en mesurant le déphasage du courant par rapport à la tension)
la largeur des créneaux (duty cycle) varie en fonction de la puissance à fournir

autres renseignements :
-augmenter le nombre de pôles diminue le rpm maximum et augmente le couple
-on peut modifier " l'avance à l'allumage " comme on décalait de porte balais sur les moteurs à balais en paramétrant l'ESC

yomgui a écrit:C'est le contrôleur qui joue le rôle d'un collecteur, en envoyant le jus là où il faut quand il faut. Chaque phase est alimentée alternativement, mais en courant continu...

Pas pour polémiquer, mais pour moi, quand une bobine est alimentée un coups en positif et un autre temps en négatif, et ceci de maniéré périodique, j'appel ça de l'alternatif, m^me si ce n'est pas sinusoïdale...

Guillaume, sur "oscilloscope sur brushless" as tu fait l'essais sur du résistif pur ?
il serait intéressant aussi de brancher une sonde sur la comande du Mofset ? pas si sur que ce soit tout ou rien.. ( selon les variateurs ?)

a+

oui, nous sommes bien d'accord :

en fait le bobinage est alimenté une fois avec 0 volts à une extrémité et (disons) 10 volts à l'autre
...et la fois d'après c'est l'inverse, donc c'est un signal alternatif entre 0 et 10 volts, sans composante négative

et comme c'est une bobine, les transitions entre 0 et 10 volts ne sont pas instantanées, et donc le signal n'est pas carré mais "trapézoidal"...(à voir, à mon avis plutôt un trapèze bien chahuté !   )

et justement, j'en reviens à ma première question : existe-t-il des ESC qui commandent leurs transistors de sortie avec autre chose que du "tout ou rien" pour éventuellement améliorer le rendement ? ( en fait je ne suis pas certain que ça serait le cas...)

nabakou a écrit:
et comme c'est une bobine, les transitions entre 0 et 10 volts ne sont pas instantanées, et donc le signal n'est pas carré mais "trapézoidal"...(à voir, à mon avis plutôt un trapèze bien chahuté !     )

Pour mooi ce n'est pas la raison, du signal de forme "trapézoidal", (mais je ne suis pas certain de moi)

nabakou a écrit:
et justement, j'en reviens à ma première question : existe-t-il des ESC qui commandent leurs transistors de sortie avec autre chose que du "tout ou rien" pour éventuellement améliorer le rendement ? ( en fait je ne suis pas certain que ça serait le cas...)

Je ne vois pas en quoi, ça améliorerai le rendement ?
par contre je sais qu'il existe (ne me demande pas où) des contrôleurs ou la régulation se fait non pas sur la vitesse de rotation ( comme 90% des contrôleurs) mais sur la puissance fournie au moteur !

a+

C'est le bordel les brushless hein ! c'est pour ça que je vais pas me risquer à être trop catégorique... pas envie de passer pour un crétin   

J'y vois comme ça, le principe c'est de créer un courant dans une bobine (on applique une tension, la bobine à une résistance, un courant est produit). On a alors un électroaimant qui attire les aimants du rotor (cas de nos "outrunner"), le courant est converti en force, ou plutôt en couple ici.

Nos moteurs ont plusieurs bobines et plusieurs aimants, pour que ce couple soit constamment entretenu. Mais donc il faut que les bobines soient  alimentées au bon moment, c'est le rôle du collecteur sur les moteurs classiques ou du contrôleur sur les moteurs brushless.

Louis Fourdan a fait un petit doc sur les moteurs :

https://www.google.fr/url?q=http://electronique.marcel.free.fr/VAE/Docs/OT1%2520Controleur/BrushlessBLDC.doc&sa=U&ei=KfB8U4neI8Gc0AW9pYDQCA&ved=0CCEQFjAA&sig2=K_7Pe8HRIWK7Y3k69EoBkQ&usg=AFQjCNGVdGURbMbMUKkusYADLIlLH6DlpA

On y trouve entre autres la séquence d'alimentation des 3 phases du moteur brushless, je cite :

On distingue 6 sous-cycles de 60° représentés par les étapes
A +, B -, C off
A +, B off, C -
A off, B +, C -
A -,  B +, C off
A -, B off, C +
A off, B -, C +

Chaque phase, chacun des 3 fils est alimenté 2 temps côté +, 1 temps il n'est pas alimenté, 2 temps côté - puis encore 1 temps il n'est pas alimenté : + + 0 - - 0.

Donc ouais, ça alterne, que ce soit de l'alternatif ou du continu, c'est peut-être plus un débat sur le vocabulaire, peu importe !

Un courant dans des bobines se converti en couple, je crois que ça renvoie directement à la loi de Lorentz ? et qui dit couple dit accélération, le moteur se met à tourner, de plus en plus vite. C'est donc bien le courant qui fait tourner le moteur, pas la tension d'entrée comme on l'entend parfois, ni la fréquence de commutation qui n'est que la réaction du contrôleur face à la rotation du moteur. C'est le courant qui génère la force qui fait tourner le moteur.

C'est là que y a l'autre loi de la physique qui entre en jeu, la loi de Faraday (j'ai toujours détesté les cours de physique). On a maintenant des aimants qui tournent devant des bobines et les variations du flux à travers ses bobines génèrent une force contre électromotrice, la FEM ou FCEM. En fait, j'ai jamais pigé pourquoi ils appellent ça une force alors que c'est plus une différence de potentiel, une tension quoi...tension qui vient contre carrer la production du courant au travers des bobines.

Du coup, dès que le moteur tourne, le courant diminue et ainsi le couple. Il diminue jusqu'à ce que le couple soit pile poil celui nécessaire à maintenir la vitesse de rotation, en équilibre, la vitesse de rotation reste alors constante.

La forme de la FEM est plus ou moins trapézoïdale, c'est la géométrie du moteur qui dicte cette forme, rien d'autre. En tout cas c'est ce que dit ce blog :

http://scolton.blogspot.fr/2009/11/everything-you-ever-wanted-to-know.html

Le contrôleur lui, n'ouvre les vannes que quand c'est nécessaire, dans la partie plate de la FEM. Les parties inclinées du trapèze, que l'on voit sur les images d'oscillo pour un moteur en fonctionnement, c'est la FEM qui apparaît dans les parties off d'alimentation. Le contrôleur se sert de la FEM et de ces parties off pour estimer la position relative bobines / aimants, et envoyer la patate au bon moment.

Il n'y aurait pas d'avantage réel à avoir autre chose que du tout ou rien, puisque cela correspond bien à la géométrie du moteur et à la forme de la FEM.

Dans le cas des multirotor, ce qui ruine le rendement, c'est le PWM, la modulation de durée d'impulsion, contrôlée directement par l'utilisateur via la commande de gaz. Elle hache la tension appliquée et réduit ainsi le courant généré, donc couple et puissance.

yomgui a écrit:C'est le bordel les brushless hein

Oui !
pour le cretin, t'en es loin !  merci pour ce résumé

Et pour compliquer,

je rajouterai aussi que nos controleurs, mesurent le courant, afin d'en déduire la position du rotor. ce qui n'est pas le cas pour les moteurs de voiture, car ceux ci, possèdent un capteur de position.. d'ou les cinq fils supplémentaires...

ouais, un p'tain de bordel comme dirait l'ami Spad !      

mais , ceci dit, les choses se précisent nettement ( avec de grosses surprises en ce qui me concerne )

pour ce que j'en ai compris et pour en revenir aux questions de départ :

1) si on augmente le nombre de pôles, a priori le rendement ne change pas spécialement mais le kV diminue et le couple augmente, ce qui explique que les moteurs pour multirotors entrent dans cette catégorie pour pouvoir faire tourner de plus grandes hélices, ce qui tend à éclairer la question no 4

2)confirmé dans plusieurs articles : un aimant qui chauffe s'use...

3)confirmé également : pour avoir un rendement optimum il vaut mieux utiliser le moteur à sa tension maximum 4S au lieu de 3S p ex) et que son régime de fonctionnement normal soit situé vers le haut de la course des gaz

4) apparemment on peut essayer de faire tourner de grandes hélices, ça pourrait aider  

5) la question subsidiaire qui a soulevé un fameux lièvre !     
-les brushless sont des moteurs triphasés : ok mais pas attaqués par des sinusoïdes
-les signaux de commande sont créés avec du courant continu haché en "créneaux" dont la largeur varie en fonction de la puissance à fournir à tout moment
-la fréquence de ces créneaux déterminent la vitesse de rotation du moteur, l'ESC mesurant en permanence la FEM "revenant" des bobinages pour savoir si le rotor fait ce qu'on lui demande...certain moteurs mesurent cela avec des capteurs montés sur le moteur...
-Ces créneaux sont envoyés aux bobinages avec "une avance à l'allumage" qui est réglable par programmation sur l'ESC ( de 22 à 30 degrés ou de 7 à 22 degrés par exemple )
-Ces créneaux sont eux mêmes découpés en PWM (apparemment c'est moins compliqué à faire) et ce paramètre est réglable par programmation sur les ESC (8 ou 16 khz p ex)

 oufti, qué n'affaire !    comme on dit ici    

...enfin, c'est ma façon de résumer le bazar...ça vous semble correct ?

nabakou a écrit:
-les brushless sont des moteurs triphasés : ok mais pas attaqués par des sinusoïdes

Parce que nos contrôleurs couteraient plus cher, et pour l'application que l'on en fait c'est pas util !

c'est un bon résumé !
j'en apprend tous les jours !!

Bonjour
Question :/ nombre de poles ?
Pour deux moteurs "voisins" type F3A stator taille "5030" (Scorpion 12N14P et Infinite Hobby 24N28P )
** même poids (environ 600 g)
** même Kv (environ 220 rpm/V)
Le Peakeff (à tension égale) est meilleur pour le Scorpion 14P
J'ai testé les deux moteurs
à 8000 rpm : Pertes fer Scorpion 50W contre 100W pour l'Infinite (exactement le double)
Explication
à rpm == le 14P a moins de pertes fer (courants de Foucault, varient en rpm^2)
.. et des pertes ohmiques proches.
Note
le Infinite Hobby est(était) fabriqué par Sunray (concurrent de Scorpion)
Louis

salut Louis !

quelques questions pour être certain de bien comprendre :

14p et 28p , c'est bien le nombre de pôles ?

le peakeff c'est peak efficace , peak de quoi : courant , tension, puissance ? et efficace dans le sens "rms" ?

comment mesure-tu les pertes fer ?

merci

Bonjour Nabakou
Oui .. exemple 12N14P veut dire "12 nuts 14 poles (magnétiques)
c.a.d. 12 encoches-dents (stator) et 14 aimants (rotor)
Soit 12 bobines (dLRK) soit 6 bobines (LRK)
Les pertes fer Wo sont les pertes "à vide" (pas de charge, pas d'hélice)
Donc Wo = V x Io (à vide)
Elles sont fonction de V et donc de la vitesse rpm (tours/minute)
Régression polynomiale (issue de mesures V, Io, rpm)
Wo = A + B rpm + C rpm^2
A est tres faible (< 0.5W)
B rpm = représente les pertes par cycles d’hystérésis
C rpm^2 =représente les pertes par courants de Foucault
Dans A et B, il y a aussi des pertes du contrôleur brushless (faibles)
Peakeff = le sommet du rendement (Vbatt donnée, charge A en tant que variable)
Louis

hé bé,

100 watts consommés pour faire touner un moteur à vide, j'en reviens pas, c'est pas un petit moteur..

ok, merci pour les infos ..

Bonsoir
50 W pour le F3A Scorpion (100W pour l'infinite)
Ils peuvent sortir 1500 W !!
Moteurs d'environ 600 g (pas pour de l'indoor)
Louis

Moi, j'ai une question bête..
sur les moteurs brushless, la vitesse de rotation est lié à la fréquence des phases d'alimentations du moteurs,et non pas à la tension d'alimentation..
dans ce cas à quoi correspond les Kv ?

Salut LOMA,

C'est l'inverse, c'est la tension qui donne la vitesse de rotation et la fréquence de commutation s'adapte à la cadence.

Pour être exact, c'est le courant qui fait tourner le moteur, le courant c'est le couple, sans couple ça tourne pas. Le courant tu connais, U = R.I, etc.

Mais plus ça tourne, plus ça "prélève" de la tension selon le KV (tr/min/V). Donc pour tourner vite, faut une grande réserve de U...

La fréquence des phases est du software, le contrôleur sait où en est le moteur et ouvre les vannes selon la demande.

Ensuite y a un autre découpage qui n'a que pour but de faire baisser la tension indépendamment de la fréquence de commutation --> c'est la manette des gaz.