Moteur de drone FPV à balais

Le principe de fonctionnement d'un moteur à balais est diamétralement opposé à celui d'un moteur de drone FPV sans balais. Dans le contexte d'un moteur à balais, le stator génère un champ magnétique permanent qui enveloppe le rotor. Le rotor, qui fonctionne comme un électroaimant, est soumis à l'influence du stator environnant. Une paire de balais, connectés à une source d'alimentation CC, entre en contact avec l'anneau de collecteur situé à la base du rotor. L'anneau de collecteur, étant segmenté, facilite l'inversion périodique du courant circulant dans le rotor lorsqu'il tourne, en raison de la polarité alternée du collecteur. L'oscillation de la polarité de l'anneau de collecteur assure une rotation continue du rotor.

Tout ce mécanisme est logé dans un carter de moteur, ce qui offre une protection supérieure aux composants internes sensibles. Cependant, l'efficacité du système est quelque peu diminuée en raison de l'isolation thermique accrue des mécanismes internes. Il est possible d'inverser le sens de rotation du moteur en inversant la polarité de l'alimentation CC. En raison du contact des balais avec le collecteur, la durée de vie d'un moteur à balais est considérablement plus courte que celle d'un moteur sans balais. En termes d'application, un moteur à balais est plus adapté aux multicoptères de classe micro, où sa taille minuscule, son poids léger et son mécanisme d'entraînement simple améliorent son adéquation aux opérations de vol FPV micro.

Moteur de drone FPV sans balais

Fidèle à son nom, un moteur de drone FPV sans balais est dépourvu de balais. Le moteur sans balais peut être logiquement divisé en deux composants distincts : le rotor et le stator. Le stator sert d'unité centrale sur laquelle le rotor est fixé. Le stator comprend un réseau d'électroaimants radiaux qui s'activent et se désactivent séquentiellement pour générer un champ magnétique transitoire lorsqu'un courant électrique est appliqué aux enroulements. Le rotor abrite une série d'aimants permanents positionnés à proximité des électroaimants semi-permanents du stator. Les forces d'attraction et de répulsion entre les aimants du stator et du rotor sont converties en énergie de rotation. Lors de l'assemblage, l'arbre du rotor est inséré dans une paire de roulements à billes situés à l'intérieur du stator, assurant une rotation linéaire et fluide du rotor.

Bien que le moteur sans balais soit alimenté en courant continu, il ne peut pas être utilisé directement. Au lieu de cela, le moteur sans balais est connecté à des circuits de commande, ce qui évite la nécessité de balais ou d'un collecteur. La longévité du moteur sans balais est exceptionnelle en raison de l'absence de contact physique entre le rotor et le stator. De plus, le moteur sans balais présente une plus grande efficacité par rapport au moteur à balais. Le moteur sans balais est largement utilisé dans les applications de mini et de certains micro-multicoptères, où l'accent est mis sur une puissance de sortie et une efficacité élevées.

Taille et identification des moteurs

Les dimensions d'un moteur sans balais sont indiquées par un code à quatre chiffres qui spécifie les mesures du stator en millimètres, par exemple : 2206. Les deux premiers chiffres de la séquence indiquent le diamètre du stator, dans ce cas, 22 mm. Les deux chiffres suivants représentent la hauteur du stator, « 06 » indiquant que l'unité de stator mesure 6 mm de hauteur. Il est impératif de noter que ces chiffres ne décrivent pas les dimensions externes du moteur sans balais lui-même.

La taille d'un moteur à balais peut être identifiée par un système à deux chiffres plus simple qui définit clairement le diamètre et la hauteur de la boîte extérieure en millimètres. Exemple : 6×15, le premier chiffre « 6 » est une mesure du diamètre de la boîte et « 15 » la hauteur de la boîte.

Motifs de montage et taille de filetage

Les motifs de montage et la taille du filetage dépendent du type de moteur et de son application. Le motif de montage définit le positionnement des trous de boulons filetés sur la base du moteur. Chaque chiffre décrit le diamètre d'un cercle dont le centre est placé au milieu de l'arbre du moteur. Généralement, quatre trous sont placés le long de la circonférence du cercle ; si deux chiffres sont donnés, deux trous sont placés sur chaque cercle. Par exemple, un 2205 avec un espacement 16x19 aura quatre trous filetés de taille M3 répartis uniformément sur la circonférence du cercle de 16 mm et du cercle de 19 mm. Les dimensions de l'arbre fileté sont données par une norme de filetage ISO, qui décrit le diamètre extérieur de l'arbre.

220X – 240X

Un motif de montage de 16x19 mm est le plus souvent utilisé, cependant, 16x16 devient de plus en plus courant. Les trous filetés sont en M3. Le diamètre de l'arbre fileté est généralement M5.

180X

Généralement un motif de montage de 16x12, les trous filetés sont M2 et un diamètre d'arbre fileté M5 est typique.

130X – 140X

Généralement 12x12, les trous filetés sont M2 et un arbre fileté M5 est typique.

110X

Souvent 9x9, les trous filetés sont généralement mesurés en M2. L'arbre n'est pas fileté et mesure généralement 1,5 mm de diamètre. Les moteurs de cette catégorie de taille ont également un jeu supplémentaire de trous sur le dessus du cloche du moteur. L'espacement des trous est de 5 mm et chaque trou a un diamètre de 2 mm. Le but de ces trous est d'assurer un montage sûr de l'hélice, car un contre-écrou est absent.

Pourquoi la cloche ne s'envole-t-elle pas ?

Comme discuté précédemment, le rotor d'un moteur de drone FPV sans balais est composé d'un ensemble circulaire d'aimants et d'un axe central. Lorsque le moteur est assemblé, l'axe dépasse de la base du moteur. Il est alors soit fixé par un circlip, soit solidement boulonné. Les circlips sont les plus couramment utilisés, mais les boulons deviennent de plus en plus populaires. Bien que le circlip ait été le choix principal, l'entretien peut être frustrant en raison de la difficulté de le retirer. Le circlip est fragile et minuscule, ce qui le rend facilement cassé ou perdu.

La constante de vitesse — À quelle vitesse un moteur tourne-t-il ?

 

kV=RPM par 1 Volt

k = La valeur kV du moteur, par exemple 2300

V = Tension d'entrée, par exemple 16,8 V

Exemple : 2300 (valeur kV) X 16,8 (tension) = 38 640 (tours par minute)

 

La constante de vitesse (kV) détermine le nombre de rotations qu'un moteur peut effectuer en une minute sans charge (sans hélice) et à un courant constant de 1 Volt. Simplement, le kV est une représentation de la vitesse potentielle du moteur. Le kV d'un moteur est défini par la force du champ magnétique au stator et le nombre de tours dans les enroulements. Un moteur avec un kV plus faible est mieux adapté pour entraîner efficacement des hélices lourdes. Un moteur à kV élevé est optimisé pour les hélices légères.

Poussée

La poussée est l'un des facteurs clés à prendre en compte lors du choix d'un moteur. La poussée délivrée par un moteur est généralement mesurée en grammes et varie en fonction de la vitesse de rotation du moteur et de l'hélice qu'il fait tourner. Avant qu'un multicoptère ne puisse commencer à accélérer, une certaine quantité de poussée est nécessaire pour vaincre la traînée, ainsi que la force de gravité.

Poids et dynamique du moteur de drone FPV

Lors du choix d'un moteur, il ne s'agit pas seulement de chiffres de poussée. Le poids du moteur doit également être pris en compte, car il a un impact significatif sur les caractéristiques de vol du multicoptère. En raison du moment d'inertie, un moteur plus lourd sera plus résistant aux changements d'accélération qu'un moteur plus léger. Le principal problème d'un moteur de multicoptère lourd résistant à l'accélération est qu'il fournira des caractéristiques de vol imprécises et une mauvaise réactivité une fois en l'air. Si la maniabilité est une priorité, un moteur léger est un excellent choix. D'autre part, une application où une vitesse maximale absolue est indispensable ; les moteurs plus grands seront capables de fournir les chiffres de poussée plus élevés qui sont requis.

Temps de réponse du moteur de drone FPV

Le couple est une mesure de la vitesse à laquelle un moteur peut atteindre un certain régime, affectant directement la réactivité d'un moteur. Le couple permet à un multicoptère de manœuvrer rapidement à travers les flips et les rolls, améliorant également la précision de ces mouvements. La quantité de couple qu'un moteur peut produire influence également le choix de l'hélice. Les hélices plus lourdes nécessiteront plus de couple pour accélérer que les hélices plus légères. Le meilleur indicateur du couple moteur est la dimension du stator. Les stators plus grands ont tendance à être capables de produire un couple plus important. Bien qu'un stator plus grand augmente le poids total du moteur.

Efficacité du moteur de drone FPV

L'efficacité du moteur est un équilibre, nécessitant un équilibre entre la puissance électrique entrant dans le moteur et la puissance mécanique produite par le moteur lorsqu'il tourne. L'importance de l'efficacité du moteur varie en fonction de la situation. Si la vitesse élevée est une priorité, des temps de vol courts sont souvent considérés comme acceptables ; les courses de quadcoptères FPV peuvent ne durer que deux minutes ! Au contraire, les multicoptères FPV à longue portée nécessitent une efficacité maximale pour atteindre des temps de vol plus longs, augmentant ainsi la distance qui peut être parcourue.

Conclusion

Les moteurs sont sans doute l'équipement le plus influent d'un multicoptère, ayant un impact considérable sur les caractéristiques de vol par rapport aux autres composants. Il est essentiel que les moteurs soient soigneusement choisis avec une adéquation appropriée à leur application.