LES MOTEURS ELECTRIQUES

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

Les moteurs électriques existent sous 2 formes :

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 par 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'où 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.

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 et fortement conseiller, d’installer un réducteur. 

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.

Nombre de tour "T" et RPM des moteurs brushed ou moteur à charbon type 540
Le nombre de tours par minute ou RPM varie en fonction de la marque et de l'alimentation.
En gros et en moyenne, si vous roulez avec un accus de 7.2V (NiMH) :

Moteur 10T = 6526 rpm/volt   soit 46987 tours minute (rpm)
Moteur 15T = 4317 rpm/volt   soit 31082 tours minute (rpm)
Moteur 17T = 3753 rpm/volt   soit 27021 tours minute (rpm)
Moteur 20T = 3216 rpm/volt   soit 23155 tours minute (rpm)
Moteur 21T = 3082 rpm/volt   soit 22190 tours minute (rpm)
Moteur 23T = 2790 rpm/volt   soit 20088 tours minute (rpm)
Moteur 25T = 2588 rpm/volt   soit 18633 tours minute (rpm)
Moteur 27T = 2396 rpm/volt   soit 17251 tours minute (rpm)
Moteur 35T = 1565 rpm/volt   soit 11268 tours minute (rpm)
Moteur 45T = 1210 rpm/volt   soit 8712   tours minute (rpm)
Moteur 55T = 987  rpm/volt    soit 7106   tours minute (rpm)
Moteur 65T = 837  rpm/volt    soit 6026   tours minute (rpm)
Généralement, dans notre discipline nous roulons essentiellement en 27T, 35T, 45T et 55T.

Comment effectuer le rodage de votre moteur brushed ou moteur à charbon ?

Ma méthode de rodage d'un moteur 540 brushed :
Surélever votre engin afin que les 4 pneus ne touchent pas le sol. Allumer votre transmetteur et puis le variateur de votre scale.
Tourner le réglage des gaz (réglage "trim" situé dans le capot de votre transmetteur) tout doucement jusqu'à ce que les roues commencent à rouler.
Réglez sur la vitesse la plus basse possible et laisser rouler pendant 5 à 10 minutes voir 15 minutes, le temps que les charbons du moteur prennent leur forme.


Les refroidisseurs de moteur 540 dans le commerce avec ou sans ventilateurs.
Tout d'abord, optez pour des refroidisseurs en alu qui sont plus légers, de meilleurs dissipateurs de chaleur et qui vont donc mieux refroidir votre moteur.
Evitez les refroidisseurs de moteur à surface pleine pour les moteurs brushed qui disposent de trous d'aération qu'il convient de ne pas boucher par  votre refroidisseur. Cela sera plus contre-productif.
Les refroidisseurs de moteur disposant d'un ventilateur sont plus conseillés pour les moteurs à tours élevés (de 10 à 17T). Ne pas oublier que les ventilateurs vont consommer en accus et augmenter le poids de votre scale trial.
Certes un ventilateur ne pèse pas lourd. Mais à force de charger ... c'est comme cela que l'on passe d'un scale de 2Kg d'origine à 3kg ou plus.
Aussi, observez bien la forme des refroidisseurs en fonction de vos contraintes de place sur votre scale. Au pire, comme ces refroidisseurs sont en aluminium, vous pouvez rectifier leur forme par découpage.

Eviter les mauvais contacts électriques au niveau de l'alimentation de votre moteur :
Dans certains cas, les connecteurs d'origines situés sur le fil de l'alimentation de votre moteur (entre le moteur et le variateur) créent des mauvais contacts. Ces mauvais contacts, créent des arcs électriques qui sont très mauvais pour les moteurs au niveau des performances lors des sollicitations, faisant chauffer considérablement vos moteurs et réduire leur durée de vie. Et lors que ces arcs se créent au niveau de ces connecteurs, cela peut créer une couche de carbone au niveau de ces connecteurs qui augmentent les faux contacts ainsi de suite. Cela peut aller jusqu'à fondre vos câbles électriques, mettre votre moteur en court-circuit, de griller votre moteur ou votre variateur jusqu'à créer un départ de feu au niveau de votre accu.

Pour éviter cela, à chaque fois que vous débranchez le câble de votre moteur, veillez à bien refaire la forme des connecteurs femelles sur les câbles d'alimentation (positif et négatif) du votre moteur qui vont au variateur. Et si vous disposez d'un peu de graisse de contact, mettez-en un peu.

Le mieux serait de remplacer ces connecteurs d'origine par des prises type Dean. C'est ce que je vais m’empresser de faire.




Eviter une mauvaise alimentation de votre moteur :
Certains moteurs, dont ceux de la marque Axial, sont livrés avec des câbles d'alimentation de petit diamètre (2mm).
Lorsqu'un courant d'une très forte intensité parcours un conducteur, ce dernier a tendance à chauffer. Lorsque la résistance de ce conducteur est faible, plus le courant est intense, plus le conducteur à tendance à surchauffer. Voici ce que peuvent être les conséquences de la surchauffe des câbles d'alimentation de votre moteur :
- comme les câbles sont en cuivre soudés au moteur, ces derniers commencent d'abord à transmettre cette chaleur à votre moteur via les bornes : le moteur chauffe ou se met en surchauffe (au meilleur des cas),
- la soudure de connexion au moteur peut fondre et si un courant intense (gros ampérage) était en train de traverser votre câble vers le moteur, cela va créer un énorme arc électrique qui peut tout faire sauter (variateur, moteur...).
- la fonte des câbles peut créer des court circuits jusqu'au créer des départs de feu.

Il est fortement conseillé de remplacer ces câbles par de plus gros diamètre.
Pas besoin d'être ingénieur en électronique pour comprendre qu'il y a un problème lors que vous regardez le diamètre de votre accus (4 à 5mm), le diamètre des câbles de sortie de variateur (4mm) et que vous comparez avec les câbles du moteur qui font moitié moins (2mm) !

Puisque vous allez changer les connecteurs d'alimentation (paragraphe précédent), je vous conseillerai de changer aussi (dans la foulée) ces câbles d'alimentation de votre moteur si ces derniers font moins de 3.5mm.
Utilisez des câbles souple silicone :
- diamètre minimal : 14Awg (3.5mm)
- diamètre moyen : 12Awg (4.5mm)
- pour des moteurs rapides ou si vous roulez en 2S ou 3S : 10Awg (5mm)
Il est à noter que ces dimensions sont les diamètres extérieurs des câbles. Certains câbles disposent d'un gros diamètre extérieur mais les fabricants économisent sur le cuivre. Regardez surtout le diamètre du cuivre (plus important). Vous pouvez avoir un câble 12Awg (diamètre extérieur) qui finalement se révèle être de 14Awg lorsque vous regardez le diamètre du conducteur... voir moins.