Moteurs spéciaux, brevets, réduction de consommation de carburantMoteur brushless plat pour vélomobile

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Téach
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Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar Téach » 05/09/20, 11:38

Dans le cadre d'un projet de vélomobile, je travaille à la conception d'un moteur brushless plat, à flux axial (champ magnétique parallèle à l'axe de rotation) dans le style de cet exemple. L'intégration d'un moteur plat dans une roue de vélo est bien plus facile à imaginer et un moteur plat a un plus grand couple à bas régime, le cas d'un vélo.
Le stator est central et porte les enroulements, ce qui facilite la fixation et la sortie des fils dans le cas d'une roue (enroulements, capteurs Hall).
Le (double) rotor porte les aimants permanents et est solidaire de la jante.
Il y a un intérêt important à utiliser un arrangement de Halbach pour les aimants permanents, dans la mesure où cette configuration élimine la nécessité d'un support ferreux pour "boucler" les lignes de champ à l'arrière des aimants : ceux-ci sont fixés sur une plaque composite par exemple, d'où gain de poids...
Je ne suis pas bon (euphémisme !) en magnétisme, mes cours sont (très) loin, mais je sais modéliser, donc si quelqu'un(e) peut me donner quelques pistes sur la base des premières esquisses pour savoir quelle puissance on peut - à vue de nez - attendre d'un tel truc, je suis preneur ^^
Quelques sorties 3D :
le stator (avant inclusion des enroulements dans la résine... :
stator.png

statorDetail.png

l'un des rotors, avec les pôles des aimants en rouge/gris :
rotor.png

rotorDetail.png
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar izentrop » 05/09/20, 14:53

Bonjour,
Pas évident de trouver des aimants de forme trapezoidal. Les bobine aussi doivent suivre cette forme. Le circuit magnétique ne semble pas non plus bouclé. Entrefer trop important pour un rendement correct il me semble ?

La technique du moteur plat la plus optimisée et la plus employée est celle-là :
Image
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar Téach » 05/09/20, 17:29

Bonjour Izentrop,

ta photo représente un moteur à flux radial 'classique', très complexe à réaliser, en tous cas trop pour moi !
Sur ce moteur, l'arrangement n'est pas de type Halbach, d'où nécessité de la bague acier autour, et c'est lourd !
J'en ai vu de ce type, mais il y a alors un petit aimant section carrée entre chaque rectangle, et l'effet doit sans doute être moindre...
Je dois pouvoir retrouver si tu souhaites voir ça...

Sur mon projet, les aimants ne sont pas trapézoïdaux : ils sont au contact sur le diamètre intérieur mais légèrement écartés au diamètre extérieur. C'est certes un pis-aller, mais c'est à ma portée pour un coût supportable ! Existent en 20x5x5 avec sens d'aimantation sur les 5mm et non 20 comme classiquement, et c'est la base du projet. Les aimants de chaque rotor se font face SN évidemment.

Qu'entends-tu par 'le circuit magnétique ne semble pas bouclé' ? La particularité de l'arrangement de Halbach est de repousser les lignes de champ d'un seul côté (en gros, c'est le rôle des aimants dont l'orientation de la polarité est parallèle au plan).
Pour l'entrefer, dans mon cas, les aimants sont à +/-1mm des fils, le support de stator fait 2mm d'épaisseur : c'est de nouveau ce qui me semble être à ma portée en terme de réalisation... on verra si mieux est possible ^^

Le bobinage est réalisé en montant d'un côté / descendant de l'autre avec décalage correspondant à l'écart des pôles : par exemple un rouge monte en regard d'un aimant pôle S (lui-même face à un N de l'autre côté du stator) pour descendre en face d'un pôle N, et si je ne me trompe (règle des 3 doigts !) la force est bien toujours tangente dans le même sens, d'où entraînement. Dans mon cas il y a perte aux diamètres interne et externe, mais ce type de moteur a un rendement très haut, ça devrait passer... Au passage, le rendement est aussi très bon en générateur, ce qui est intéressant en propulsion électrique ! C'est ce type de moteur qui équipe les 2 roues de compétition 'énergifuge'

Sur le lien fourni en exemple, les fils montent et descendent en biais, ce qui simplifie le bobinage, mais la force générée est du coup oblique et les fils passent en biais sur le champ généré par les aimants, ce n'est pas top non plus. En tous cas son moteur tourne honorablement ;-)
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar izentrop » 05/09/20, 18:17

Téach a écrit :Qu'entends-tu par 'le circuit magnétique ne semble pas bouclé' ?
pour canaliser le flux magnétique avec le moins de pertes possible comme dans les moteurs du commerce.
Mes cours sont loin, un document qui pourra peut-être t'aider https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01 ... spanet.pdf

Dans le lien cité, la gars ne semble pas avoir été au bout du projet, on ne connais donc pas la puissance ni le rendement ?... celui-là non plus http://scolton.blogspot.com/search/label/LEAF
Pièces jointes
circuitMagnetic.jpg
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar Téach » 05/09/20, 19:35

Ce moteur est "classique" avec x bobines qui créent un champ magnétique dans leur noyau ferromagnétique, les bobinages ne subissent pas (ou très peu) le champ de l'entre-fer. L'entraînement est entre les aimants (permanent en périphérie, électro sur le stator) qui s'attirent / se repoussent.

Le principe que je voudrais appliquer est différent dans la mesure où c'est le courant qui traverse le fil, lui-même soumis au champ généré par les aimants permanents, qui entraîne une force perpendiculaire au courant (et donc au fil) et au champ, force qui ici est +/- tangente au rayon moyen. Le fil étant fixe, c'est le champ (en l'occurence ce sont les aimants permanents) qui bouge...
Un exemple simplissime ici, sans finasser sur le placement des aimants !
J'avoue très humblement avoir mis du temps à comprendre comment ça marche et quel était l'intérêt du Halbach en général, et appliqué ici en particulier !

Et merci pour le lien vers l'article, mais je n'ai pas, de loin, le niveau doctorat ^^
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar izentrop » 05/09/20, 22:39

Plus simple generateur eolienne à flux axial et aimants permanents comme celui de la piggott https://heliciel.com/helice/eolienne%20 ... lienne.htm

Utilisé en moteur ici http://www.amazingdiyprojects.com/electric_motor.html. Faut acheter un livre pour en savoir plus.

J'ai quand même des doutes pour les puissances annoncées :?:
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar Téach » 06/09/20, 08:12

Quitte à faire un moteur plat et le plus léger possible, autant faire en sorte qu'en plus il ait un rendement bon, voire très bon...
Ces générateurs d'éolienne plafonnent, je le crains, autour de 75% s'ils sont bien construits (le vent est gratuit, on peut discuter du bien-fondé du rendement...), et le moteur-roue de ta première photo à 85% s'il est bon. Je n'espère évidemment pas les 95% voire plus en construction amateur, mais c'est ce type de rendement qu'on peut obtenir, c'est en tous cas ce qui est annoncé...
Je vais sans doute paraître têtu, en persévérant dans le moteur plat à flux axial et aimants permanents en Halbach :D
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar thibr » 06/09/20, 10:37

pour les rendement Barnabé a partagé quelques constatations :mrgreen:

mais les rendements des piggott, avec fermeture du flux magnétique statique et sans pièce métallique autre que les bobines dans le champ magnétique tournant, ne doivent pas être mauvais, même si la densité de puissance n'est pas très bonne mais cela n'est pas un pb pour l'application éolienne :wink:
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar izentrop » 06/09/20, 12:34

Bonjour,
Va falloir faire aussi bien qu'eux si tu veux rivaliser au point de vue rendement. Fils de section carrée, aimants optimisés de part et d'autre, acier électrique à grains orientés ....
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Re: Moteur brushless plat pour vélomobile

Message non lupar Téach » 06/09/20, 13:06

à Thibr :
Barnabé n'évoque pas de rendement, juste une puissance produite... il faudrait un capteur de couple sur l'arbre d'hélice (avant la génératrice) pour pouvoir calculer quelque chose. La forme des pales ne laisse pas présager d'un bon rendement éolien. Ce qui n'enlève rien à la réalisation ni à l'effort didactique :wink:

à Izentrop :
:mrgreen: rivaliser avec eux (>97% !) n'est pas le but, mais faire mieux qu'un basique moteur de vélo (75 à 80% au mieux) pour pouvoir l'intégrer dans la roue, si, et d'autant plus avec un moteur très coupleux dès le bas régime !
Par contre je n'ai pas de métal dans ma configuration, c'est l'intérêt du Halbach, et le poids y gagne un sérieux coup !
Fils de Litz, c'est possible, je me suis basé sur un fil dispo D0.6mm, les sections carrées sont inabordables (et très difficile à travailler) pour le péquin moyen que je suis !
Aimants optimisés, sur le Magnax je ne sais pas comment ils ont fait, mais l'arrangement de Halbach de part et d'autre pourrait être classé dans la catégorie 'optimisé' : est-ce le cas chez eux, je n'ai rien vu, la doc est très évasive !

Pour info, Bernard Cauquil, référence en vélo solaire qui accumule les kms journaliers (7000km en 25j, respect !), explore la transmission tout électrique, et ça me semble une voie extraordinaire, qui devient extrêmement intéressante si les rendements moteur/générateur sont améliorés : silence, souplesse, poids, facilité d'installation...
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