Banc de puissance moteur

Bonjour,

Présentation d'un petit bricolage en cours de construction.

L'estimation de nos petits moteurs par la mesure de leur régime a vide m'a toujours laissé perplexe : est ce qu'il vous viendrai à l'idée de retenir comme indice de performance d'un moteur le régime auquel le couple disponible est nul?
C'est par définition ce qu'on fait en procédant de la sorte, puisque si il restait du couple il continuerai de prendre des tours CQFD...

J'avais donc en tête depuis un moment de construire un petit banc de puissance pour mesurer le couple d'un moteur sur toute la plage de régime utile.

Le principe retenu est assez simple est très classique : installer le moteur sur un arbre disposant d'une inertie connue, on l'alimente, et on mesure l'accélération du moteur.
Par intégration de cette mesure on obtiendra le couple moteur sur toute la plage de régime de rotation, et donc aussi la puissance si on le désire.

Ce système sera bien plus pertinent pour étalonner nos moteurs. Je pense aussi qu'il permettra de détecter aisément des trous potentiels générés par des défaut d'équilibrage par exemple.

Cela devrait ressembler à ceci :

J'ai déjà construit le volant d'inertie :

Il me reste un petit calcul pour intégrer le plus précisément possible le moment quadratique des cardans et de l'ensemble de la transmission, mais le volant en laiton est de loin prédominant.

Montage des roulement, installation de l'ensemble sur une plaque support en alu, si j'ai bien usiné le rotor l'équilibrage et qu'il n'a pas de souci d'équilibrage, d'ici quelques semaines il sera temps de s'occuper de la partie mesure...

Bravo Julien, ça c'est une super initiative, digne d'un ingé du côté de Toulouse !
Je suis bien d'accord avec toi, mesurer les tours/minute à vide est largement insuffisant, on le constate régulièrement une fois le moteur monté sur la voiture.
A une lointaine époque j'avais regardé comment mesurer le couple, mais la solution simple que j'avais trouvée (axe déporté d'une longueur connue et mesure de la force appliquée sur une balance) était contraignante pour le moteur (puisque la technique le bloque) et l'autre solution était trop compliquée (mesure de toutes les constantes électriques à vide et en charge).
Ton approche me paraît très bien adaptée.
Tu penses monter l'axe du volant d'inertie sur roulements ? Calculer le moment d'inertie (oui, quadratique, j'adore la précision ) des cardans ne doit pas être compliqué, par contre estimer la perte par frottements un peu plus, non ?
Et penses (je suis sûr que c'est fait, mais bon… ) dans ton design qu'il y a différents modèles de moteur (cage courte, cage longue, slim…).
Si tu arrives au bout de ton idée je serais ravi de pouvoir me porter acquéreur d'un exemplaire de ce banc. A Venerque en janvier 2027 ?
En tous les cas je vais suivre ce sujet avec attention.

Bonjour Jubil,
Voilà un sujet très interressant. Il me semblait que le couple d'un moteur electrique était constant, je dois donc me tromprer.
Pour ce qui est des mesures, j'aurais suggérer de monter le moteur verticalement sur un ensemble de masselottes à sphère, semblables à la photo ci dessous.
A mesure que le moteur accélère les sphères sécartent de l'axe central. L'angle que font les bras des sphères, combiné avec leur poid indiquerait la force exercée par le moteur, donnant du même coup le régime maximum atteint avant surchauffe. Parce que pour autant que je sache les régime max d'un moteur électrique varie avec le voltage et la charge.
Il est donc limité par le voltage maxi admissible par le moteur en question.
Ou alors j'ai tout faux ?

lpmc6622 a écrit :

Bravo Julien, ça c'est une super initiative, digne d'un ingé du côté de Toulouse !
Je suis bien d'accord avec toi, mesurer les tours/minute à vide est largement insuffisant, on le constate régulièrement une fois le moteur monté sur la voiture.
A une lointaine époque j'avais regardé comment mesurer le couple, mais la solution simple que j'avais trouvée (axe déporté d'une longueur connue et mesure de la force appliquée sur une balance) était contraignante pour le moteur (puisque la technique le bloque) et l'autre solution était trop compliquée (mesure de toutes les constantes électriques à vide et en charge).
Ton approche me paraît très bien adaptée.

La mesure en statique avec un bras de levier à un autre inconvénient, c'est qu'elle ne mesure que pour une valeur de l'angle de rotation, et le couple n'est pas constant sur 1 tour, il y a une variation en fonction de l'angle de chaque pôle avec le champ des aimants... l'extrapolation n'est pas simple.
Et a partir des mesures électriques on a le souci de la variation de résistance du bobinage en fonction de sa température qui complique aussi un peu les choses car ça va différer selon les types de moteurs. du coup on aura du mal a comparer .
L'approche par un "vrai" banc de puissance nous prémuni de ses différents problèmes, et devrait donner une mesure précise, si ce n'est exacte (à cause de l'incertitude sur le moment d'inertie essentiellement - Ok ok le quadratique c'est plus en RDM, même si sa se ressemble pas mal- ^_^ ) sur toute la plage de vitesse.

lpmc6622 a écrit :

Tu penses monter l'axe du volant d'inertie sur roulements ? Calculer le moment d'inertie (oui, quadratique, j'adore la précision ) des cardans ne doit pas être compliqué, par contre estimer la perte par frottements un peu plus, non ?
Et penses (je suis sûr que c'est fait, mais bon… ) dans ton design qu'il y a différents modèles de moteur (cage courte, cage longue, slim…).
Si tu arrives au bout de ton idée je serais ravi de pouvoir me porter acquéreur d'un exemplaire de ce banc. A Venerque en janvier 2027 ?
En tous les cas je vais suivre ce sujet avec attention.

Oui l'arbre est monté sur roulement à billes. Les frottements seront réduits et je pense négligeables, mais j'ai prévu d'en faire une estimation. Ce sera assez simple, il suffit de mesurer une décélération pour être fixé. c'est au passage un bon moyen de valider l'alignement des paliers

Pour les différents formats de moteur c'est naturellement prévu, le support du moteur est sur une glissière, et il suffira de dessiner un support adapté à chaque type de boitier moteur.

Si cela fonctionne bien on publiera probablement une doc complète en open source, mais je n'ai pas prévu une fabrication, je ne peux pas fabriquer les pièces pour une série, et en sous traitance ça va piquer...

Alain Craniotakis a écrit :

Bonjour Jubil,
Voilà un sujet très interressant. Il me semblait que le couple d'un moteur electrique était constant, je dois donc me tromprer.
Pour ce qui est des mesures, j'aurais suggérer de monter le moteur verticalement sur un ensemble de masselottes à sphère, semblables à la photo ci dessous.
A mesure que le moteur accélère les sphères sécartent de l'axe central. L'angle que font les bras des sphères, combiné avec leur poid indiquerait la force exercée par le moteur, donnant du même coup le régime maximum atteint avant surchauffe. Parce que pour autant que je sache les régime max d'un moteur électrique varie avec le voltage et la charge.
Il est donc limité par le voltage maxi admissible par le moteur en question.
Ou alors j'ai tout faux ?

Si le couple était constant il n'y aurait pas de régime maxi à vide, le moteur accélérerai jusqu'à explosion centrifuge du rotor
C'est bien parce que le couple décroit que la vitesse plafonne. Alors oui, un moteur électrique dispose d'un couple plus constant qu'un thermique, mais il y a quand même une limite à ça...

Le principe du banc de puissance c'est de mesurer l'accélération en rotation d'une inertie déterminée et de préférence constante pour simplifier le calcul (en gros celle du volant d'inertie de mon projet). Cette accélération, que l'on obtiendra simplement en mesurant la vitesse en fonction du temps, permet par le calcul (pour les curieux c'est juste une intégration) de remonter au couple.
Pour le dire avec les doigts :
- plus il y a de couple, plus ça accélère fort
- moins il y a de couple plus ça accélère doucement
- jusqu'à ce qu'il n'y en ai plus, alors cela n'accélère plus.

Au passage je ne serai pas du tout surpris que ce soit a peu près le principe des bancs de puissance automobile.

L'image que tu présente est celle d'un régulateur à boules pour machines à vapeur ; pour notre problème ce ne serai que source de complication : son inertie varie avec la vitesse...
De plus la hauteur des boules est symptomatique de la vitesse du rotor, pas du couple moteur

Merci pour ces explications.

Putains je comprends rien mais ça a l'air super intéressant.(pilier droit à la retraite pardon)

Salut Ju Bil,

Et donc dans l'autre sens ? : plus il ya de couple plus il ya de frein, moins il y a de couple moins il y a de frein ?
C'est ça ?

Vil-Brekin a écrit :

Salut Ju Bil,

Et donc dans l'autre sens ? : plus il ya de couple plus il ya de frein, moins il y a de couple moins il y a de frein ?
C'est ça ?

A priori oui, toute choses égales par ailleurs un moteur à fort couple doit offrir plus de couple de freinage.
C'est une mesure qu'il sera aussi possible de faire d'ailleurs.

Ju_bil a écrit :

A priori oui, toute choses égales par ailleurs un moteur à fort couple doit offrir plus de couple de freinage.
C'est une mesure qu'il sera aussi possible de faire d'ailleurs.

Si tu as la possibilité de réaliser les mesures dans les deux sens c'est top !
Tiens nous informés car selon les circuits : vitesse ou rallye cela a tout son intéret pour affiner le choix des moteurs.

A priori on pourra tester :
- les 2 sens de rotation
- en accélération
- en freinage (en court circuit) pour obtenir le couple de freinage max.
NB : Cette valeur sera indicative, car sur beaucoup de circuit analogique c'est la résistance électrique de la piste qui limite le freinage.

J'adore l'évolution du projet.
Entre les discussions au bar jusqu'à la réalisation concrète !
Vivement les premières phases de test

Tout à fait d'accord Zfred!
Et ca fait plaisir de voir un sujet come ca traité avec des méthodes d'ingé!
Curieux de voir la suite et la fin! car il faut finir!

Sujet que je suis avec avidité et respect., n'étant absolument pas compétent en la matière.
Vivement la suite.

Projet très intéressant que je vais suivre de près.

Ju Bil, je me suis depuis longtemps demandé si une hélice d'avion de modelisme monté directement sur un arbre moteur pouvait donner une information valable (en comparant le rpm avec et sans charge ou en comparant différents moteurs entre eux).

Si oui, cette méthode aurait l'avantage d'être accessible à tout le monde même si on est loin des performances du banc d'essai que propose.

Qu'en penses-tu?

Jean Luc

Jeanluc27 a écrit :

Projet très intéressant que je vais suivre de près.

Ju Bil, je me suis depuis longtemps demandé si une hélice d'avion de modelisme monté directement sur un arbre moteur pouvait donner une information valable (en comparant le rpm avec et sans charge ou en comparant différents moteurs entre eux).

Si oui, cette méthode aurait l'avantage d'être accessible à tout le monde même si on est loin des performances du banc d'essai que propose.

Qu'en penses-tu?

Jean Luc

Ça permet d'obtenir un point sur la courbe.

Le souci c'est qu'une hélice n'oppose pas une résistance proportionnelle à la vitesse, donc pas facile d'extrapoler une valeur de puissance.
Pour faire un truc au doigt mouillé je pense qu'un poids, une ficelle et une poulie seront plus facile pour faire une estimation chiffrée en mesurant la vitesse à la quelle ça fait monter la charge.
Mais ça impose de faire la mesure en un temps bref...

J'ai fabriqué la plaque du support, il me reste des impressions à faire, ça avance bien.
Si tout se passe comme prévu, je pense que ça tournera le WE prochain.
Il restera à développer la mesure de la vitesse du moteur.

Merci Ju Bil pour ta réponse.
Je vais donc suivre encore de plus près ton projet qui m'a l'air d'être vraiment performant.
Le problème est qu'il y a du boulot pour fabriquer soi même ton futur banc …
Bon courage pour la suite.
Jean Luc

Ça se précise :

Les alignements sont corrects, ça roule bien et ça devrait tourner à peu près rond A voir si j'aurai besoin de rectifier l'équilibrage du volant d'inertie j'ai l'impression qu'il y a un léger défaut de centrage, mais rien qu'un coup de lime ne saura régler...

Ça tourne!

Comme attendu les frottements sont minimes, et si on ne court-circuite pas le moteur ça met des plombes à s'arrêter. Ça c'est Ok

Je dois maintenant m'occuper de la mesure de la vitesse de rotation. A vue de pif ça tourne assez rond jusqu'à ~18/20k (mesuré à l'arrache avec le téléphone.).

Une fois que j'aurai une bonne mesure de l'évolution de la vitesse (accélération donc) je pourrai peut être améliorer encore l'équilibrage, j'aimerai bien avoir une plage utilisable jusqu'à environ 25k.
Avoir le volant à cette vitesse n'est pas très rassurant, mais plus il sera équilibré pour des hautes vitesse, plus le système sera "calme" en dessous de 20k.

Mais il n'est pas certain qu'il soit nécessaire de faire les mesures jusqu'à 12V. A cette tension le slot.it de test tire plus de 2,5A et il chauffe beaucoup... à 9V c'est plus raisonnable.
Si je ne peux pas faire une bonne extrapolation entre les courbes à 9V et à 12V Il faudra refaire un volant moins lourd pour réduire l'échauffement. Le souci c'est que ça accélerera plus vite et que j'aurai donc aussi moins de temps pour faire la mesure...

Bon il faut aussi faire un dispositif un peu plus sérieux pour maintenir le moteur en place c'est prévu.

La suite aux prochains épisodes

C'est super intéressant et ça amène plein de questions car en fait je n'y connais rien... :
Avec quel appareil vas tu faire les mesures d'accélération , de freinage, de couple etc.....?
Les cardans n'engendrent pas de vibrations ? Sur un arbre de transmission de voiture à propulsion il y a je crois un système de ''flector'' pour ça ?

Ce serait bien aussi que PP + passe par là pour nous faire part de son expérience.

En tout cas hâte de voir la suite.