Comment fonctionne un moteur brushless
Les moteurs brushless sont la norme sur les modèles RC. Contrairement aux moteurs à balais, ils n'ont pas de collecteur mécanique. À la place, un contrôleur électronique de vitesse (ESC) commute le courant dans les bobinages du stator dans le bon ordre, créant un champ magnétique tournant qui entraîne un rotor à aimants permanents.
L'absence de balais signifie moins de frottement, un meilleur rendement (75% à 90%), une plus longue durée de vie et moins de bruit. Les moteurs brushless existent en deux variantes : inrunner (rotor interne) et outrunner (rotor externe). L'outrunner est le type le plus courant sur les modèles volants car il produit un couple élevé à bas régime, ce qui permet l'entraînement direct de l'hélice sans réducteur.
Ce que signifie la valeur KV
Le KV du moteur est le nombre de tours par minute par volt appliqué au moteur sans charge. Par exemple, un moteur de 1000 KV alimenté par une batterie LiPo 3S (11,1 V nominaux) atteindra environ 11 100 tr/min sans hélice.
Un KV plus faible signifie une rotation plus lente mais un couple plus élevé. Ces moteurs conviennent aux grandes hélices et aux modèles à vol lent (écoles, planeurs, maquettes). Un KV plus élevé signifie une rotation plus rapide avec moins de couple. Les moteurs à KV élevé (au-dessus de 2000 KV) s'utilisent avec de petites hélices sur des modèles rapides et des drones de course.
Au moment de choisir un moteur, ne vous focalisez pas sur le seul KV. Le KV, associé à la tension d'alimentation et au diamètre de l'hélice, détermine la vitesse de rotation, et cette vitesse doit se situer dans la plage optimale de l'hélice choisie.
Taille du stator et masse du modèle
La taille d'un moteur brushless se décrit par les dimensions du stator au format XXYY, où XX est le diamètre du stator en millimètres et YY sa hauteur. Par exemple, un moteur 2212 a un stator de 22 mm de diamètre et de 12 mm de hauteur.
Un stator plus grand signifie plus de cuivre dans les bobinages et des aimants plus puissants, ce qui se traduit par plus de puissance et de couple, mais aussi par un moteur plus lourd. Correspondance approximative entre la taille du stator et la masse du modèle :
- 18xx à 22xx : modèles de 200 g à 800 g (mini-planeurs, petits trainers),
- 28xx à 32xx : modèles de 800 g à 2000 g (trainers de 1,2 à 1,6 m, sport),
- 35xx à 42xx : modèles de 2000 g à 5000 g (trainers de 1,8 m et plus, voltige),
- 50xx et plus : modèles de plus de 5 kg (grande échelle, remorqueurs de planeurs).
Choix de l'hélice adaptée
Une hélice se décrit par deux paramètres : le diamètre et le pas. Par exemple, une hélice 10x6 a un diamètre de 10 pouces et un pas de 6 pouces. Le diamètre influe surtout sur la poussée statique, tandis que le pas influe sur la vitesse de croisière.
Une hélice plus grande (de plus grand diamètre) exige un moteur à plus faible KV et génère plus de poussée à plus bas régime. Elle convient mieux aux modèles lents. Une hélice plus petite à fort pas convient aux modèles rapides.
Chaque fabricant de moteurs indique une plage d'hélices recommandée. Dépasser cette plage (hélice trop grande) surcharge le moteur, fait consommer un courant excessif, provoque une surchauffe et risque de l'endommager. Une hélice trop petite gaspille le potentiel du moteur et produit une poussée insuffisante.
Puissance et masse du modèle
Une règle empirique courante pour dimensionner la puissance est de 50 à 100 W par livre (0,45 kg) de masse au décollage. 50 W/lb suffisent pour un vol tranquille de trainer. 75 W/lb offrent une marge confortable pour le décollage au sol et une montée régulière. 100 W/lb et plus permettent la voltige et la montée verticale.
La puissance électrique du moteur se calcule comme le produit de la tension et du courant : P = U x I. Si le moteur consomme 25 A sur un pack 3S (11,1 V), la puissance est d'environ 277 W. Pour un modèle de 1,5 kg (3,3 lb), cela donne environ 84 W/lb, ce qui constitue un bon ensemble sportif.
Choix de l'ESC, BEC et ampérage
L'ESC (contrôleur électronique de vitesse) convertit le courant continu du pack LiPo en courant alternatif triphasé pour entraîner le moteur brushless. Le paramètre le plus important de l'ESC est le courant continu maximal, qui doit dépasser le courant de pointe du moteur d'au moins 20%.
De nombreux ESC intègrent un BEC (Battery Eliminator Circuit) qui abaisse la tension de la batterie de propulsion (par exemple 11,1 V) à 5 V ou 6 V pour alimenter le récepteur et les servos. Un BEC linéaire est plus simple mais dissipe l'énergie en chaleur. Un BEC à découpage (UBEC, Universal BEC) est plus efficace et gère mieux les grands écarts de tension (batteries 4S et plus).
Au moment de choisir un ESC, vérifiez : le courant continu maximal, le nombre de cellules LiPo pris en charge (par exemple de 2S à 4S), le type de BEC et sa capacité en courant (combien de servos il peut alimenter), et si l'ESC prend en charge le frein et la programmation du timing.
Erreurs courantes du système de propulsion
- Hélice trop grande : le moteur consomme un courant qui dépasse la limite de l'ESC, le contrôleur surchauffe et coupe en vol. Vérifiez toujours la consommation de courant avec un wattmètre avant le premier vol.
- ESC sous-dimensionné : un contrôleur dont la limite de courant est trop basse coupera sous charge. Appliquez la règle des 20 % de marge au-dessus de la consommation maximale du moteur.
- Négliger le refroidissement : les moteurs brushless et les ESC ont besoin d'un flux d'air. Sur les modèles à fuselage fermé, prévoyez des ouvertures de ventilation.
- Tension inadaptée : un moteur prévu pour une batterie 3S ne convient pas au 4S sans changer l'hélice. Une tension plus élevée augmente le régime et la consommation de courant, ce qui peut dépasser les limites du moteur comme de l'ESC.
- Ne pas vérifier le sens de rotation : un moteur brushless peut tourner dans les deux sens. Avant le premier vol, assurez-vous que l'hélice génère une poussée dans le bon sens. Inverser deux quelconques des trois fils du moteur inverse le sens de rotation.