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VAMP83 • Consulter le sujet - A la découverte du Brushless...

VAMP83

Var Auto Modelisme Pierrefeu
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Auteur Message
MessagePublié: Dim Jan 29, 2012 12:03 am 
Hors-ligne
Site Admin

Inscription : Jeu Jan 03, 2008 1:24 am
Message(s) : 44
Je vous propose cet article, destiné à tout ceux qui souhaitent s'initier à cette catégorie, ou qui désirent simplement s'informer...

Le terme Brushless signifie "sans balais", et désigne le type de moteur utilisé dans cette catégorie.

On sous-entend par le terme Brushless les voitures électriques équipées de ce type de moteur, et utilisant en général des accus de dernière génération Lithum-Polymère (LiPo).


I. Le moteur Brushless

Un peu de technique...
Les moteurs à courant continu "ancienne génération" sont dotés de 2 balais -communément appelés "charbons"-, dont le rôle est d'alimenter le rotor en courant électrique. Pour ce faire, les balais, statiques, frottent sur le collecteur. Ce dernier, tournant, est relié au bobinage du rotor. En fonctionnement, les frottements entre les balais et le collecteur engendrent des étincelles, ainsi que l'usure du collecteur en cuivre. Et tout ceci nuit au rendement !
Pour nos petits moteurs de modélisme, toujours à la recherche de performance, cette constitution pose problème lorsque l'on veut augmenter la puissance ou les vitesses de rotation.
Avec le Brushless, ces inconvénients disparaissent !
La constitution de ce moteur est en effet radicalement différente : le rotor n'est pas alimenté en courant, mais constitué d'un aimant permanent. C'est la partie fixe -le stator- qui est alimenté par les batteries, via le contrôleur.
Le stator est composé de 3 séries de bobines, couplées entre-elles à l'intérieur du moteur. D'où la présence de trois fils d'alimentation.
Il en résulte plusieurs avantages :
• pas de frottements ni pièce d'usure dans le moteur, ce qui va améliorer la fiabilité et permettre d'atteindre des vitesses de rotation très élevées ;
• le courant électrique accède directement aux bobinages du moteur, sans passer par les contacts glissants balais-collecteur ; on peut donc accroître les courants absorbés par le moteur, et donc sa puissance.
• c'est le stator qui s'échauffe sous l'effet du courant électrique, et non plus le rotor. On peut alors fixer un dissipateur thermique -"radiateur"- ou même un ventilateur sur la cage du moteur, pour en assurer un refroidissement efficace.

Points importants à retenir :
1. Ce moteur Brushless ne peut fonctionner que s'il est alimenté par un contrôleur adéquat, également appelé variateur (ou Electronic Speed Controler -ESC- en anglais). On ne peut le faire fonctionner en l'alimentant directement par une source de courant continu, une batterie par exemple. Vous auriez de toute façon un fil en trop sur le moteur !! (2 fils sur la batterie, 3 sur le moteur). Un variateur prévu pour les moteurs à charbons ne convient pas non plus (2 fils en sortie côté moteur, + et -).
2. Si votre moteur ne tourne pas dans le bon sens une fois installé sur la voiture, il faut, pour changer le sens de rotation, permuter deux fils parmi les trois reliant le contrôleur au moteur. Cependant, si vous disposez d'un moteur à capteur (sensored en anglais), l'inversion de sens de rotation devra se faire via le paramétrage du contrôleur, en utilisant le boîtier de programmation prévu à cet effet. Il ne faut en aucun cas inverser les polarités de branchement de la batterie sur le contrôleur, ce qui risquerait de détruire le contrôleur.

Décrypter la fiche technique d'un moteur Brushless

La désignation d'un moteur comprend en général les informations suivantes :
• ses dimensions : diamètre et longueur du corps en mm.
o Exemple : 4274 signifie 42 mm de diamètre et 74 mm de long
• son KV : en multipliant cette valeur par la tension d'alimentation, vous obtenez la vitesse maximum de rotation du moteur
o Exemple : 2000 KV. Alimenté sous 14,8V, ce moteur pourra atteindre 29600 tr/mn.
• Moteur équipé d'un capteur de position du rotor (sensored en anglais) ou sans capteur (sensorless). Ce capteur améliore la souplesse du moteur à bas régime, évitant les à-coups à très faible vitesse. Il nécessite un câble de liaison supplémentaire entre le moteur et son variateur ; et bien entendu de disposer d'un variateur prévu pour ce type de moteur, et par conséquent doté du connecteur adéquat sur son boîtier.

Le constructeur peut par ailleurs indiquer :
• le courant maximum absorbé par le moteur
• la tension maximale d'alimentation
• la puissance maximale. Celle-ci correspond au produit "courant maxi x tension maxi". En pratique, on ne l'atteint que très rarement voire jamais !
• le diamètre de l'arbre du rotor, pour le montage du pignon. 5mm pour les pignons module 1 pour le TT 1/8è.
• le nombre de spires et le type de couplage des bobines du stator. Exemple : 2Y signifie que chaque bobine comporte 2 spires, et que les bobines sont couplées entre-elles en étoile. La lettre D signifie couplage en triangle.
• le courant à vide : courant absorbé par le moteur à son régime nominal et sans charge.

II. Les accus.

On utilise en général des accus de type Lithium-Polymère pour alimenter ces moteurs Brushless. Cependant, rien n'empèche d'employer une batterie Ni-Mh ou Ni-Cd.
Les batteries LiPo ont cependant un atout majeur : leur poids. A capacité et tension équivalente, elles sont en effet quasiment 2 fois plus légères que leurs homologues Ni-Mh.

Les caractéristiques des accus Lipo :

1. Tension
Les accus Lipo ont une tension à vide unitaire de 3,7V, et qui atteint 4,2V en pleine charge.
Les batteries sont composées d'association d'éléments en série. On parle ainsi de batterie 1S pour un élément, ce qui donne une tension nominale de 3,7V ; une batterie 2S comporte donc 2 éléments en série (7,4V) et ainsi de suite : 3S = 11,1V ; 4S = 14,8V ; 6S = 22,2V...
Pour obtenir la capacité voulue, les fabricants peuvent être amenés à associer les éléments en parallèle à l'intérieur du pack. On trouve par exemple la mention 2P, qui signifie 2 éléments en parallèle. Cette caractéristique n'a en fait pas de conséquence pour l'utilisateur.
Attention : lors de la décharge, la tension par élément ne doit jamais descendre en dessous de 3V, sous peine d'endommager l'élément. Lorsqu'il est ajustable, il convient donc de régler correctement ce paramètre sur le contrôleur de votre voiture, afin que celui-ci coupe l'alimentation du moteur pour interdire une décharge trop profonde de la batterie.

2. Courant de charge / décharge
Les batteries LiPo sont capables de fournir de très fort courants en décharge. Les constructeurs annoncent en effet des valeurs de 30, 50 voire 70C, ce qui signifie un courant maximum équivalent de 30 à 70 fois la capacité nominale de la batterie.
Pour une batterie de 5Ah, cela donne : 5 x 70 = 350 Ampères en pointe !
Bien entendu, ces courant ne sont possibles que pendant de très courts laps de temps (quelques secondes tout au plus). Les câbles, connecteurs et autres composants utilisés ne résisteraient pas à de telles valeurs en continu !
A la lecture de ces chiffres, vous comprenez pourquoi la manipulation de ces batteries nécessite certaines précautions. Prenez bien garde à ne jamais mettre en court-circuit les bornes + et - de votre batterie. Gros flash et brûlures garanties.

Pour la recharge, les constructeurs annoncent parfois des courants possibles jusqu'à 8C, soit 8 fois la capacité nominale (40A pour une batterie de 5Ah). On préfère cependant ne pas dépasser 1 à 2 C en charge, pour éviter un vieillissement prématuré des batteries.

3. Capacité
Comme toute les batteries, elles sont caractérisées par leur capacité en Ah.
Une batterie de 5Ah est capable de fournir un courant moyen de 5A durant 1 heure, ou 10A sur une demi-heure, ou 20A sur un quart d'heure...

4. Présentation
Les batteries LiPo existent sous deux formes : éléments rassemblés sous une simple gaine thermo-rétractable, ou bien dans un boîtier rigide. On parle alors d'accus coqués, ou Hard-case. Attention : seuls ces derniers modèles sont acceptés par la réglementation FVRC pour les compétitions. Ils s'avèrent plus chers, un peu plus lourds, mais apportent un petit plus pour la sécurité au vu des chocs que peuvent subir les batteries en tout-terrain, sur les sauts notamment. Le boîtier rigide est en effet sensé éviter que les éléments ne se séparent les uns des autres dans ces conditions. Leurs détracteurs rétorqueront qu'on ne voit pas ce qui se passe dans le boîtier : éléments mal calés, abîmés ou mal connectés...

III. Le contrôleur

Le contrôleur permet de contrôler (jusque-là tout est logique !) le régime du moteur électrique à partir de votre télécommande. Il remplace le servo de gaz des modèles thermiques, et sera donc branché au récepteur radio sur la voie 2 (Throttle). Côté puissance, il reçoit en entrée les deux fils (rouge et noir) de la batterie via un connecteur, obligatoire d'après le règlement FVRC qui impose de pouvoir débrancher la batterie rapidement en cas de problème.
En sortie, on trouvera trois fils à raccorder au moteur Brushless.
On peut également trouver :
• un connecteur pour les fils du capteur du moteur (cf. chapitre "moteur")
• un connecteur pour l'alimentation du ventilateur de refroidissement
• un connecteur pour branchement du boîtier de programmation.

On peut, à l'aide d'un boîtier de programmation (fourni ou à acquérir séparément), paramétrer le contrôleur pour gérer : le type de batterie utilisé, la puissance à l'accélération, l'activation ou non de la marche arrière, du frein moteur, la puissance du freinage, la tension mini de la batterie (cut-off) en dessous de laquelle le moteur doit être désalimenté pour ne pas abîmer la battterie, le sens de rotation (pour les moteurs à capteur), etc...

IV. Le châssis

Deux solutions s'offrent à vous pour rouler en 1/8 TT Brushless : utiliser un châssis spécifique commercialisé par les constructeurs, ou bien convertir un modèle thermique.
Pour cette deuxième option, deux possibilités : simplement adapter un moteur brushless à l'aide d'un support spécifique, un rack pour le pack d'accus et un support pour le variateur sur votre ancien châssis thermique. Ou bien partir sur un kit complet, qui comprendra en général un châssis neuf, plus les divers supports : moteur, servo de direction, récepteur, accus et variateur. Il vous restera alors à remonter la transmission et les trains roulants sur ce nouveau châssis.

V. Choisir sa motorisation

Le choix du moteur et de la tension de la batterie déterminera les performances de votre voiture. En multipliant la tension de votre batterie (en volts) avec l'indice KV du moteur, vous obtenez la vitesse maximale de rotation du moteur.
Exemple : un moteur de 2000 KV associé à une batterie de 14,8 V donnera 29.600 tr/mn théoriques (2000 x 14,8). En réalité, une batterie 4S chargée à 100 % génère une tension de 16,8V ; en début de décharge, vous disposerez donc d'une vitesse de rotation de 33.600 tr/mn.
On peut obtenir un résultat similaire avec un moteur de KV plus faible et une batterie de tension plus élevée.
Par exemple, un moteur de KV = 1350 alimenté en 6S (25.2V à pleine charge) donnera 34.020 tr/mn.
Cette configuration à en outre l'avantage de demander moins de courant pour une puissance équivalente. En effet, P = U x I. En passant de 4S à 6S, on dispose de 50% de tension en plus, le courant maxi demandé par le même moteur sera donc 50% inférieur. D'où moins de problèmes de chauffe au niveau des câbles, des connecteurs, du moteur... Encore faut-il que le moteur et le contrôleur sélectionnés acceptent cette tension.
Côté règlement FVRC, celui-ci préconise les batteries en 4S mais tolère le 6S.
On est alors proche des régimes maxi d'un moteur thermique. Différence importante avec ce dernier : le couple à bas régime est bien supérieur sur un moteur électrique, ce qui autorise des accélérations plus franches, voire brutales. Qui plus est, on est en prise directe, sans embrayage, ce qui favorise encore la capacité d'accélération.

VI. Rapport de démultiplication.

Pour le choix de votre pignon moteur, les essais montrent que l'on peut utiliser 1 à 2 dents de plus qu'avec un moteur thermique.
Exemple : un Mugen MBX6-eco équipé d'une batterie 4S et d'un moteur 2000KV pourra utiliser un pignon moteur de 14 ou 15 dents, et une couronne de 46 dents ; la version thermique utilise en général une cloche de 13 ou 14 dents.
Si votre moteur dispose d'un KV plus faible (1800) pour une même batterie 4S, on compensera la moindre vitesse maxi de rotation du moteur par un pignon plus gros : 15 ou 16 dents.
En augmentant la taille du pignon moteur, on gagne en souplesse à l'accélération, et on fait augmenter la puissance moteur d'où une consommation et des températures plus élevées.
En effet, la puissance réelle du moteur dépend de la charge qu'on lui applique, et non de sa vitesse de rotation. Un moteur qui tourne à vide et à vitesse maxi consomme très peu de courant, et développe donc une puissance faible. Le courant et la puissance développée augmentent avec la charge. Vous consommez plus lors d'une forte accélération que lorsque la voiture est à vitesse stabilisée, même si vous êtes proche de la vitesse maxi.
Dans tous les cas, il est primordial de surveiller la température du moteur en utilisation. Veiller à ne pas dépasser 70° environ. Des température trop élevées nuiront à la durée de vie et aux performances du moteur, car elles conduisent à démagnétiser le rotor et à détériorer plus rapidement les roulements à billes.

VII. Autonomie.

L'autonomie de votre voiture dépend de deux facteurs :
• la capacité de la batterie,
• la consommation du moteur.

La consommation du moteur dépend, elle, de nombreux paramètres :
• les caractéristiques du moteur : puissance, couple moteur...
• le pignon moteur utilisé (ou rapport de démultiplication)
• style de conduite (coulé ou de coup de "gaz" répétés)
• du tracé sur lequel vous évoluez : rapide, nombreuses relances...

Avec la configuration suivante,assez courante en 1/8 TT : moteur 2000KV, batterie 5,2Ah en 4S, vous pouvez obtenir environ 12 mn d'autonomie sur piste.

Pour conclure cet article, j'espère avoir pu répondre à de nombreuses questions que vous pouvez vous poser au sujet de cette discipline en plein essor actuellement.
Je ne prétend nullement détenir toutes les connaissances sur le sujet. N'hésitez pas à compléter cet article par vos informations et remarques pertinentes.
N'hésitez pas non plus à poser vos questions, auxquelles nous tenterons de répondre...

Didier HUET


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 Sujet du message: article brushless
MessagePublié: Ven Fév 17, 2012 10:41 pm 
Hors-ligne

Inscription : Dim Sep 18, 2011 10:02 pm
Message(s) : 6
Localisation : LA VALETTE DU VAR
Félicitations pour cet article vraiment superbe. j'ai enfin tout compris au brushless.... Merci à toi ! Rémi


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 Profil  
 
 Sujet du message: 1/8 e
MessagePublié: Mer Fév 22, 2012 10:29 pm 
Hors-ligne

Inscription : Mer Fév 22, 2012 9:45 pm
Message(s) : 16
Localisation : toulon
Merci pour cet exposé sa met les idées bien en place,je débute avec une ASS RC8 BE avec un combo type loisir le temps d'apprendre un minimum le pilotage.
Encore merci pour les conseils
a +


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 Sujet du message:
MessagePublié: Jeu Fév 23, 2012 7:35 am 
Hors-ligne
Avatar de l’utilisateur

Inscription : Sam Fév 18, 2012 8:08 pm
Message(s) : 13
Un post, 15 minutes de lecture et j'ai enfin tout compris au brushless. Fabuleux. Merci !


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