Style RC

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Chapitre 5 - Les Moteurs


 Comme nous l'avons vu précédemment, il existe deux types de propulsion, en électrique ou thermique. Nous commencerons par détailler les différents types de moteurs électriques puis nous finirons ce chapitre par les moteurs thermiques.




LES MOTEURS ELECTRIQUES


Les caractéristiques principales d'un moteur électrique
sont importantes à définir afin de bien choisir son moteur. Les caractéristiques sont :

  • La tension d'alimentation. Généralement entre 7,2 et 7,4V pour les véhicules RC.

  • Le couple donné en g/cm et généralement à 7,2V.

  • Le régime donné en tri/mn et généralement à 7,2V.

  • La consommation en A et généralement à 7,2V.

  • La taille du moteur; (540, 370, etc...)


Les moteurs électriques
 existent sous 2 formes :


  • les moteurs à charbons (ou brushed)

  • les moteurs brushless.


Le principe de fonctionnement des moteurs à charbons à courant continu fonctionnent grâce au magnétisme. A l’intérieur du moteur se trouve une bobine de fil de cuivre très fin qui peut tourner librement entre les pôles d’un aimant (voir schéma). Le passage du courant électrique dans cette bobine la transforme en un deuxième aimant. Deux aimants peuvent s’attirer ou se repousser par des forces magnétiques. Ce sont ces forces magnétiques qui provoquent la rotation du moteur.


                  


De part sa conception le moteur s'use naturellement, en effet, Cette commutation mécanique est facile à réaliser mais le frottement des charbons (ou balais) sur le collecteur entraîne une perte, un échauffement du collecteur et une usure inévitable de celui-ci. D'ou un rendement relatif et la nécessité d'entretenir son moteur en vérifiant régulièrement l'état des charbons et du collecteur. Pour cela, il est possible sur certains modèles de remplacer les charbons, collecteur et rotor. De plus, les condensateurs anti parasite se trouvent à l'extérieur du boitier moteur, sans protection. De ce fait, il est bon de veiller au bon soudage de ce dernier.
Ces moteurs sont les modèles les plus économiques et équipent la plupart des modèles de bases des différents fabricants. Il en existe différents type, plus ou moins performant. Il suffira de regarder les différentes caractéristiques de ces derniers afin de trouver le modèle adéquate. Par exemple, nous prendrons un moteur avec beaucoup de couple pour un 4x4 afin d'avoir de la force pour franchir les obstacles. De plus, il faudra vérifier que votre ESC délivre au moins autant que l'appel maximum du moteur. Rien ne sert de prendre un moteur qui consomme en pointe 26A, si votre ESC délivre maximum 15A. Votre moteur ne pourra pas travailler à pleine puissance et cela engendrera même, peut être, un véhicule moins performant que la configuration avec le moteur d'origine.


                                         Exemple de la gamme Tamiya 1993
                    
 


Le principe de fonctionnement pour un moteur brushless (terme qui se traduit par "sans balais") est différent des moteurs traditionnels dit "à charbons". En effet, dans le moteur, la commutation des enroulements est faite non pas mécaniquement comme précédemment mais de manière électronique par un système complexe appelé "contrôleur". Celui-ci transforme le courant continu en courant triphasé à fréquence variable et va alimenter successivement les bobines du moteur pour créer le champ tournant et donc la rotation qui nous intéresse. On comprend aisément qu'avec ce principe d'alimentation, il est impératif que les bobines soient fixes dans le moteur, et non pas en rotation comme dans un moteur à charbons. Tous les brushless ont donc la même architecture de construction : un stator fixe qui porte les bobines, et un rotor mobile sur lequel les aimants permanents sont collés. Les bobinages peuvent être réalisés de manières différentes : en étoile ou en triangle (appelé également delta), mais vous trouverez toujours trois fils à la sortie du moteur, qui réunissent les bobinages.
La majorité des brushless possèdent un rotor interne qui tourne très vite jusqu'à 100.000 tr/mn. Si la vitesse est là, le couple est médiocre et il est alors obligatoire de les réducter fortement. 


                                    

Les moteurs Brushless: beaucoup d'avantages, peu d'inconvénients

Les avantages des moteurs brushless sont tellement nombreux qu'ils font vite oublier les inévitables inconvénients. En premier, tous les soucis liés aux frottements des charbons sur le collecteur disparaissent : plus de parasites, plus d'échauffement du collecteur et de pertes dues à l'étincelage, plus d'usure mécanique (si ce n'est celle des roulements), et pas besoin de rodage long et fastidieux non plus, le moteur étant utilisable au sortir de sa boîte. Le rendement est également bien supérieur à celui d'un moteur ferrite, de même que légèrement supérieur aux meilleurs moteurs samarium-cobalt et néodyme.
Mais l'avantage majeur et incontournable est bel et bien l'énorme gain de masse. A puissance développée équivalente, un brushless pèse deux à trois fois moins lourd qu'un brushed, ce qui n'est pas rien ! En moyenne, le rapport poids/puissance d'un moteur brushless est de 20 à 25 g pour 100 W développés.

                                                 

Le contrôleur et ses réglages

· Fonctionnement
Elément primordial pour les performances du moteur, le contrôleur est un élément électronique complexe, généralement protégé par une simple gaine thermo rétractable. C'est lui qui va gérer les commutations des bobinages pour créer la rotation du moteur. Ce module électronique va ainsi générer les commutations successives pour chaque cycle. Chaque commutation est réalisée par un groupe de transistors montés en parallèle qui vont agir comme un interrupteur. Ce contrôleur est constitué d'un ensemble de systèmes électroniques ayant chacun un rôle primordial :

- un système qui détecte le moment précis où le courant passe dans les bobines.
- un système pour mesurer la valeur du courant dans les bobines.
- un système qui commande le fonctionnement des transistors.
- un système qui gère le décalage de phase (timing).
- un système qui gère la durée d'ouverture en fonction du signal de la radio.

Quels que soient le type de moteur et de bobinage (étoile ou triangle), ou la marque et le type de contrôleur, la "séquence" de commutation est toujours la même.

· Réglages
Ces contrôleurs offrent de plus en plus de possibilités de réglages. Les premiers contrôleurs avaient besoin de capteurs pour déterminer la position du rotor et envoyer les commutations au bon moment. En plus de leurs trois fils, les moteurs possédaient donc une nappe équipée d'un connecteur que l'on devait brancher au contrôleur. Depuis, les contrôleurs sont devenus "sensorless", c'est-à-dire sans capteurs. Les contrôleurs récents offrent des possibilités de réglages très étendues, que ce soit au niveau de l'adaptation au type de moteur utilisé, à celui des accus utilisés, ou à bien d'autres paramètres encore. Pour les réglages concernant le moteur, on peut choisir entre plusieurs valeurs de timing, plusieurs valeurs de fréquence, choisir la présence et la force du freinage, ainsi que le démarrage du moteur. On peut également programmer une régulation automatique de la vitesse. Pour l'accu, il est possible de régler le seuil de coupure du contrôleur en fonction du type d'éléments utilisés (Ni-Cd, Ni-MH, LiPo) afin de ne pas endommager ceux-ci. Enfin, la plupart des contrôleurs intègrent également une protection contre la surchauffe ou une consommation trop importante.

Quel contrôleur choisir ?

Le choix d'un contrôleur est plus simple que celui d'un brushless, même si l'offre est de plus en plus fournie. Les fabricants donnent la consommation admise en continu et celle en pointe pendant quelques secondes. Par exemple, un moteur est donné pour une alimentation en 6 à 18 éléments, et une consommation de 40 A en continu et 60 A pendant 15 secondes. Prendre en considération les performances données en pointes. Il faut que votre contrôleur puisse alimenter le moteur en conséquence de ses besoins d'ampérage.
La plupart du temps, vous trouverez des combos, c'est-à-dire, le contrôleur (ou ESC) et le moteur brushless. Choisir ce type de produit vous permettra d'être tranquille sur la performance de l'ensemble.

 

LES MOTEURS THERMIQUES

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