Guide complet de moteur pour la robotique (8 / 12 étapes)

Étape 8: Brushless DC Motor

Moteur Brushless DC (BLDC) sont appelés sous plusieurs noms : des aimants permanents sans balais, moteurs à courant alternatif à un aimant permanent, moteurs synchrones à aimants permanents etc.. La confusion surgit parce qu’un moteur sans frottoir de CC n’exploite pas directement d’une source de tension dc. Toutefois, comme nous allons le voir, le principe de fonctionnement est similaire à un moteur à courant continu.

Un BLDC dispose d’un rotor à aimants permanents et un stator avec des enroulements. C’est essentiellement un moteur dc tourné à l’envers. Les balais et collecteur ont été éliminées et les enroulements sont reliés à l’électronique de commande. L’électronique de commande remplacer la fonction du commutateur et dynamiser l’enroulement correct. Comme indiqué dans l’animation, l’enroulement sont activés dans un modèle qui tourne autour du stator. Les fils de bobinage stator sous tension l’aimant du rotor et commutateurs tout comme le rotor s’aligne sur le stator. Il n’y a pas d’étincelles, qui est l’un des avantages du moteur sans balai.

Les brosses d’un moteur à courant continu présentent plusieurs limites ; vie de brosse, résidu de la brosse, vitesse maximale et bruit électrique. Les moteurs BLDC sont potentiellement plus propre, plus rapide, plus efficace, moins bruyant et plus fiable. Toutefois, le moteur BLDC nécessite contrôle électronique.

Puis la construction d’un moteur à courant continu sans balais est très similaire à ce qui en fait un vrai moteur synchrone le moteur à courant alternatif, mais un seul inconvénient est qu’il est plus cher que l’équivalent « brossé » conception de moteur.

Balais vs Outrunners

Il y a deux types de moteurs Brushless RC, des balais et des outrunners.

Les aimants permanents de moteurs brushless inrunner sont positionnés à l’intérieur des électro-aimants. Un moteur brushless outrunner a les aimants permanents à l’extérieur des électro-aimants.

Plus vite un moteur tourne, il est plus efficace. Les moteurs inRunner tourner très vite et sont beaucoup plus efficaces que les moteurs outrunner. Moteurs de RC Brushless inRunner nécessitent une vitesse réduire la boîte de transmission entre le moteur et l’hélice de votre avion de RC.

L’inconvénient d’un inrunner est les pièces supplémentaires qui peuvent et ne manquent. Les engrenages se déshabillés, et les arbres de boîte de vitesses sont facilement pliés. Il peut aussi être un obstacle lors du montage de la combinaison de boîte de vitesses moteur pour votre avion RC soigneusement, surtout sous un capot.

Principe de fonctionnement

La mécanique d’un moteur brushless est incroyablement simple. La seule pièce mobile est le rotor, qui contient des aimants. Où les choses deviennent compliquées est orchestrer la séquence des enroulements énergisants. La polarité de chaque enroulement est contrôlée par la direction du courant. L’animation montre un motif simple qui suivraient les contrôleurs. Courant alternatif change la polarité, donnant à chaque remontage d’un effet de « pousser/tirer ». L’astuce tient ce modèle en synchronisation avec la vitesse du rotor. Il y a deux façons (largement utilisés), que ceci peut être accompli. La plupart des contrôleurs de passe-temps mesurent la tension produite (dos EMI) sur l’enroulement non sous tension. Cette méthode est très fiable en opération de grande vitesse. Comme le moteur tourne plus lentement, la tension produite devienne plus difficile à mesurer et plus d’erreurs sont induites. Plus récents hobby et des nombreux contrôleurs industriels utilisent des capteurs à effet Hall pour mesurer la position des aimants directement. Il s’agit de la principale méthode de contrôle des ventilateurs de l’ordinateur.

Contrôle

Le contrôle des moteurs DC sans balais est très différent de la normal moteur à courant continu brossé en ce qu’il ce type de moteur incorpore certains moyens pour détecter la position angulaire de rotors (ou pôles magnétiques) nécessaires pour produire les signaux de rétroaction nécessaires pour contrôler les semiconducteurs, dispositifs de commutation. Le capteur de position/pôle plus courant est le « capteur à effet Hall », mais certains moteurs utilisent également des capteurs optiques. À l’aide de capteurs à effet Hall, la polarité des électro-aimants passe par les circuits de commande de commande de moteur. Puis le moteur peut être facilement synchronisé à un signal d’horloge numérique, offrant un contrôle précis de vitesse. Moteur Brushless DC peuvent être construits d’avoir, un rotor externe à un aimant permanent et un stator électro-aimant interne ou un rotor interne à un aimant permanent et un stator électro-aimant externe.

Dans la figure 4 (A), le vert étiquetées « 001 » de bobinage est excité comme le pôle Nord et l’enroulement bleu portant la mention « 010 » est excité comme le pôle Sud. En raison de cette excitation, le pôle sud du rotor s’aligne avec le vert de bobinage et le pôle Nord s’aligne avec le rouge bobinage étiquetées "100". Afin de déplacer le rotor, les enroulements "Rouge" et "BLUE" sont sous tension dans le sens indiqué sur la figure 4 (b). Cela provoque le rouge d’enroulement pour devenir le pôle Nord et le bleu d’enroulement pour devenir le pôle Sud. Ce déplacement du champ magnétique dans le stator produit couple à cause du développement de répulsion (enroulement rouge – alignement Nord-Nord) et l’attraction des forces (enroulement bleu – alignement Nord-Sud), qui déplace le rotor dans le sens horaire.

Régulateur de vitesse

Moteur sans frottoir de CC sont effectivement ac moteurs triphasés. Pour contrôler la vitesse d’un variateur électronique de vitesse, contrôle ou ESC est utilisé. Brushless ESC systèmes créent essentiellement triphasée AC puissance de sortie de tension limitée d’une entrée d’alimentation DC à bord, pour exécuter des moteurs brushless en envoyant une séquence de signaux AC générés par les circuits de l’ESC, employant une impédance très faible pour une rotation. Moteurs brushless, autrement appelés outrunners ou balais selon leur configuration physique, sont devenus très populaires auprès des amateurs d’aéromodélisme radio-control "electroflight" en raison de leur efficacité, la puissance, la longévité et le poids léger par rapport aux traditionnels moteurs brossées. Cependant, les contrôleurs de moteurs brushless AC sont beaucoup plus compliquées que les contrôleurs de moteur brossées.

La phase correcte varie en fonction de la rotation du moteur, qui doit être pris en compte par l’ESC: habituellement, back EMF du moteur est utilisé pour détecter cette rotation, mais variations existent qui utilisent magnétiques (effet Hall) ou des détecteurs optiques. Les contrôles de vitesse programmable par ordinateur généralement ont spécifié par l’utilisateur des options qui permettent de définir des seuils limites de basse tension, calendrier, accélération, de freinage et de sens de rotation. Inverser le sens du moteur peut également être accompli en passant deux des trois responsables de l’ESC pour le moteur.

Courant nominal de l’ESC
Une ESC auront une limite de puissance. Pour gérer plus de puissance, l’ESC doit être plus grand, plus lourd et il est plus cher. Il est important de connaître le courant de crête que votre moteur est en train de tirer à pleine puissance. Ceci détermine l’intensité, vous devriez chercher dans une ESC. Toujours choisir une ESC avec une intensité plus élevée que ce que vous avez besoin. Si le moteur va tirer 12 a, un ESC 25 a au prorata est un bien meilleur choix qu’un 10 a au prorata. L’ESC 10 a sera probablement surchauffer et faire cuire, même si vous seulement volez à mi-gaz. Ces sont relativement légers et maintient la valeur de revente grande, donc il s’agit d’un élément dans votre système d’alimentation où lésiner n’est pas valable. Choix du type approprié et d’identifier le courant nominal minimal sont les deux grandes étapes. Le prochain choix dépend de vos préférences.

Tension nominale

Tous ces ont des limites de tension. Certains ont même plus d’un ! Quelle est la tension de votre batterie ? Choisir une ESC qui est conçu pour fonctionner avec une tension égale ou supérieure. Quelques ESCs sont conçus pour la basse tension (en dessous de 13V), d’autres pour les moyennes tensions (inférieures à 25 v) et certains pour les tensions élevées (supérieures à 25V). Vous ne devriez pas brancher une batterie de haute tension en une tension ESC, mais il est également inutile d’utiliser une tension élevée ESC avec une faible tension de la batterie.

Avantages

Avantages de moteur DC sans balais par rapport à son cousin « brossé » n’est une efficacité accrue, fiabilité élevée, faible bruit électrique, régulateur de vitesse bonne et surtout, brosses ou commutateur User produisant une vitesse beaucoup plus élevée. Cependant leur inconvénient est qu’ils sont plus coûteux et plus complexe à contrôler.

Contrôle de l’Arduino

Moteurs brushless, conçus pour les véhicules et appareils de contrôle autonome et à distance en général nécessitent un contrôleur séparé. Il s’agit généralement du type sensorless et utilisation servo standard type signaux pulsés pour contrôle de vitesse.

Il est très facile de contrôler moteur BLDC. La plupart des ces besoin d’une fréquence de 50Hz, c'est-à-dire un cycle de 20 ms et la vitesse dépend le cycle que vous fournissez. 1 ms va réduire sa vitesse au minimum ou même l’arrêter (il dépend du modèle de l’ESC) alors qu’un 2ms impulsion va laisser tourner le moteur à sa vitesse maximum. Les valeurs entre elles vous donnent une variation de vitesse.

Ces ont généralement besoin d’une tension supérieure à celle fournie par l’Arduino de son code pin 5V : généralement ils ont besoin de 2 cellules LiPo (autour de 8V). Réaliser que tout le circuit doit être alimenté par une alimentation externe connecté directement à l’ESC et non par l’intermédiaire de l’Arduino, qui sera alimenté par le circuit BEC de l’ESC. Pour qui faire arriver il suffit de brancher le rouge et le noir du connecteur de contrôle pour le 5V et le GDN de la carte Arduino.

Le reste du circuit est assez simple : de la broche 9 de l’Arduino, nous avons le signal pour l’ESC et en pin 0, la tension mesurée depuis le potentiomètre est disponible en.

ESC a parfois besoin d’étalonnage et en ce qui concerne ces, étalonnage signifie mettre les vitesses maximum et minimum de
le moteur par rapport à la largeur maximale et minimale du signal PWM envoyée par l’Arduino. Le signal PWM, lu par l’ESC est du même type comme un signal de servo, ce qui signifie que la bibliothèque de Servo de Adruino peut être utilisée pour calibrer et contrôler les ces. L’ESC règle la vitesse du moteur selon le rapport du haut sur les signaux faibles. Calibration implique l’ESC pour comprendre les vagues PWM, correspondant à l’arrêt et la vitesse maximale du moteur de programmation.

La portée du signal par défaut pour la plupart des servomoteurs et des ESCs est une largeur de signal élevé entre 1000 et 2000 microsecondes sur une période de répétition de 20 millisecondes (en supposant un signal PWM de 50hz). Pour le quad copter, cependant, nous voulons la gamme à être aussi large que possible afin de permettre un plus grand contrôle supplémentaire du moteur. À cette fin, nous avons calibré les ces pour lire une largeur de signal de 700 à 2000 microsecondes avec 700 étant la vitesse de la butée et 2000 étant la vitesse max. Certains ESC n’a pas pu lire un signal inférieur à 700 microsecondes.

Calibrer les ces est assez simple. Pour entrer en mode programmation, le signal de servo maximale (2000 microsecondes) est envoyé à l’ESC, l’ESC est allumé et attend deux secondes, puis le signal de servo minimale est envoyé (700 microsecondes). Une fois que l’ESC émet une série de bips de confirmation (signaux d’onde spéciale envoyées au moteur d’émettre un bip sonne), l’ESC est calibré (vérifier la feuille de données spécifique de ESC pour plus de détails).

Il faut juste la lecture de la « commande », il mappe 0-1023 à 0-179 (analogique à servo « degrés » de lecture) et puis l’envoie à l’ESC par l’intermédiaire de la bibliothèque de Servo. Même dans son extrême simplicité Ce sketch très utile lorsque vous souhaitez calibrer un nouveau ESC pour travailler avec la bibliothèque de Servo d’Arduino.

Applications :

• Multicopters
• Drones
• Véhicules de contrôle des transmissions
• Lecteurs de disques
• Fans
• Servos industrielles
• Véhicules hybrides
• Haut de gamme motoréducteurs

Avantages :

• Au calme
• Efficace

Limitations : Certains types de moteurs brushless nécessitent un contrôleur séparé.

Pour moteur à courant continu sans balais, visitez https://www.sparkfun.com/categories/245