Compatibilité du moteur PiThrust avec le FOC : Testé au banc sur les 7 modèles

Un problème réel est à l'origine de ce test

Il y a six mois, par exemple, un client allemand a associé des moteurs 4315-600KV à un ESC FOC de marque. Les moteurs n'arrêtaient pas de se désynchroniser en vol stationnaire lent.

Naturellement, le fabricant de l'ESC a accusé les moteurs. Nous lui avons demandé d'en renvoyer un pour le tester.

Le moteur était en bon état - les paramètres par défaut de l'ESC étaient erronés.

Sur notre banc d'essai, cependant, le moteur a été vérifié : équilibre parfait du bobinage, roulements propres, inductance cohérente sur les trois phases. En fait, le vrai problème était que les paramètres FOC par défaut de l'ESC étaient réglés pour des moteurs de course de 2300KV, et non pour des moteurs industriels de 600KV.

Ce décalage est plus fréquent qu'il ne devrait l'être

D'une part, les fabricants de moteurs affirment que leurs moteurs fonctionnent avec le FOC. D'autre part, les fabricants d'ESC affirment que leurs contrôleurs fonctionnent avec n'importe quel moteur BLDC. Néanmoins, aucune des deux parties ne fournit les données nécessaires à la vérification. Cette lacune, en bref, est exactement la raison pour laquelle nous avons réalisé cette série de tests.

Pourquoi la compatibilité FOC n'est pas qu'un simple discours marketing

Le FOC est plus dur pour le moteur que le six-step

Plus précisément, un moteur qui fonctionne parfaitement avec un ESC trapézoïdal de base peut perturber un contrôleur FOC. Les symptômes sont subtils : les moteurs chauffent davantage, perdent leur synchronisation à bas régime et les gains d'efficacité ne se matérialisent jamais.

En réalité, les moteurs ne fument pas. Au contraire, ils présentent des performances insuffisantes qu'il est difficile de diagnostiquer sans procéder à des essais contrôlés.

Dans la pratique, trois éléments déterminent la performance réelle du FOC

Plus précisément : l'équilibrage du bobinage, le matériau magnétique et la précision des roulements. Nous reviendrons sur chacun d'entre eux. Mais d'abord, les chiffres.

Ce que nous avons couvert avant ce test

Dans notre précédente étude approfondie sur les Comment l'IA modifie la commande des moteurs de drones, Nous avons abordé la théorie du FOC par rapport à la commutation à six étapes et montré les gains d'efficacité de 12-22% avec le 5315-420KV.

Cet article va cependant plus loin : il présente des données brutes de compatibilité pour chaque moteur de notre gamme, en commençant par celui sur lequel les clients posent le plus de questions.

La configuration du test - Pas d'astuces de laboratoire

Pourquoi avons-nous utilisé un microprogramme générique ?

Nous avons testé sur un banc de poussée calibré avec un ESC FOC tiers fonctionnant avec un firmware open-source - pas une unité réglée par le fabricant. Si un moteur fonctionne avec des paramètres génériques FOC, il fonctionnera avec n'importe quoi.

S'il s'est débattu, cela nous a indiqué quelque chose de réel sur le moteur, et non sur l'ESC.

Quatre mesures dans la gamme des gaz

• Douceur de l'essorage : 5% à 100% par incréments de 5%
• Ondulation du courant : amplitude à l'état stable
• Température d'enroulement : après 10 minutes à l'accélérateur 70%
• Comportement de perte de synchronisation : lors des changements rapides d'accélérateur

Tous les essais ont utilisé des hélices tripales 15×7,3×3, avec un environnement contrôlé à 25°C.

4315-600KV : ce que disent les données à plein régime

Pourquoi le 4315 est notre moteur de référence

C'est notre moteur le plus populaire pour les drones d'inspection et de sécurité - des applications où la stabilité du vol stationnaire et la fluidité de la vidéo comptent plus que la poussée brute. En effet, si le FOC fait une différence quelque part, c'est bien ici.

Performances du 8S de 10% à 100% de l'accélérateur

A 10%, le 4315 ne consommait que 0,39A à 32V - à peine 12,6 watts - et produisait 104g de poussée. A ce niveau, le rendement atteint 8,28 G/W.

A 50%, il produisait 3,215g à 709W. A plein régime, il a atteint 7 297g pour 2 767W, 93A.

Le constat critique : pas de perte de synchronisation à n'importe quelle étape de l'accélérateur de 10% à 100%. L'ondulation du courant est restée inférieure à 3% sur toute la plage. C'est le moteur qui fait exactement ce que le contrôleur lui demande.

Comparaison des 6S - ce qui change à une tension inférieure

A 6S avec la même tri-lame de 15 pouces, la 4315 a atteint 6,422g pour 1,902W. Il est intéressant de noter que l'efficacité à bas régime était en fait plus élevée - 9,77 G/W contre 8,28 à 8S.

Mais le couple diminue plus rapidement à l'extrémité supérieure. Par conséquent, si vous utilisez FOC sur 6S, planifiez votre charge utile autour de la zone d'accélération 50-70% où l'efficacité se maintient au-dessus de 5 G/W.

Les 7 moteurs : Compatibilité FOC en un coup d'œil

Même protocole pour chaque moteur

Nous avons soumis chaque moteur de la gamme au même protocole de test. En voici le résumé.

Ce que les classements vous apprennent

Au final, cinq moteurs sur sept ont obtenu cinq étoiles. Le 5215, cependant, a montré un léger bégaiement en dessous de 15% throttle avec le firmware générique - ce qui n'est pas rédhibitoire, mais mérite d'être noté.

Si vous utilisez des moteurs 5215 avec FOC sur un drone agricole, assurez-vous que le firmware de votre ESC a été réglé pour des moteurs à faible KV et à nombre de pôles élevé. Dans le cas contraire, les paramètres par défaut ne suffiront pas en bas de la plage des gaz.

Qu'est-ce qui fait qu'un moteur est prêt pour le FOC ? 3 éléments qui comptent vraiment

Les données montrent quels sont les moteurs qui fonctionnent - mais pourquoi ?

Après des centaines d'heures passées au banc d'essai, nous avons identifié trois facteurs qui distinguent un moteur prêt à l'emploi d'un moteur qui ne fait que tourner.

L'équilibre de l'enroulement : Le tueur silencieux de la performance des COF

Le FOC contrôle le courant indépendamment sur chaque phase. Si une phase a une résistance légèrement plus élevée, le contrôleur surcompense et cette phase fonctionne plus chaudement.

En six étapes, vous ne remarquerez jamais un décalage de résistance de 5%. En revanche, sur le FOC, ce décalage se traduit par de la chaleur, du bruit et, à terme, une défaillance de l'isolation.

Chaque moteur PiThrust utilise des stators bobinés à la main avec des enroulements triphasés équilibrés et un fil de cuivre classé 220°C. De plus, nous testons la résistance des phases sur chaque moteur. Le delta entre les phases doit rester inférieur à 2%, sinon le moteur n'est pas expédié.

Matériau magnétique : N52H vs tout le reste

Les aimants perdent de leur force lorsqu'ils chauffent. Le N52H conserve sa densité de flux magnétique jusqu'à 120°C, ce qui est bien supérieur à ce que la plupart des moteurs de drones connaissent en fonctionnement normal.

En revanche, les aimants N35 ou en ferrite, moins chers, commencent à s'affaiblir à 80°C. Lorsque le flux s'affaiblit, le contrôleur FOC voit un moteur différent de celui pour lequel il a été calibré. Le rendement diminue, l'ondulation du courant augmente et le moteur tourne plus vite dans une boucle de rétroaction.

Nous avons vu des moteurs N35 perdre 8-12% de leur poussée effective après 200 heures d'épandage agricole. Le N52H, quant à lui, ne perd pas plus de 3% au cours de la même période.

Précision des roulements : Elle affecte l'estimation sans capteur

Le FOC utilise la force contre-électromotrice du moteur pour estimer la position du rotor - aucun capteur à effet Hall n'est nécessaire. La qualité du signal de la force contre-électromotrice dépend de la régularité de la rotation du rotor.

Un roulement avec un faux-rond de 5 microns produit un signal plus net qu'un roulement avec un faux-rond de 15 microns. Cette différence se traduit directement par la capacité du contrôleur à suivre l'angle du rotor à bas régime.

Les roulements japonais NSK - standard sur chaque moteur PiThrust - ont des tolérances de fabrication plus strictes que les alternatives génériques. La réaction en chaîne : qualité des roulements → qualité du signal → qualité du contrôle → efficacité.

Notes de terrain sur des conversions réelles de COF

Cas 1 : Levés LiDAR en Australie

Une société de topographie utilise des moteurs 4312-380KV sur un octocoptère 12S transportant un LiDAR. Elle est passée des ESC trapézoïdaux aux FOC il y a six mois.

En conséquence, les carnets de vol indiquent désormais 14% moins d'énergie par kilomètre carré cartographié. Les corrections liées aux vibrations du cardan ont diminué de près de la moitié. Par conséquent, la densité du nuage de points LiDAR s'est améliorée car la plateforme était tout simplement plus stable dans les airs.

Cas 2 : Pulvérisation agricole au Brésil

Un opérateur fait fonctionner des moteurs 5315-420KV sur une flotte de huit drones de pulvérisation - réservoirs de 20 litres, 12S, missions de 30 minutes. Ils sont passés au FOC en janvier.

Après le changement, le taux de remplacement des moteurs est passé d'environ un par mois et par drone à un tous les quatre mois. En d'autres termes, les moteurs sont restés les mêmes, mais les ESC ont changé, ce qui, à lui seul, a largement justifié la mise à niveau.

Cas 3 : La mise en garde du 5215

Nous avons eu un client qui a associé des moteurs 5215-420KV avec un ESC dont le firmware FOC n'avait pas été réglé au-dessus de 300KV. Le contrôleur a cherché le bon angle de courant tout au long du vol. Les moteurs chauffaient 12°C de plus qu'ils n'auraient dû.

Après avoir changé d'ESC avec des paramètres moteur correctement configurés, les températures ont chuté et la synchronisation s'est stabilisée. La leçon : La compatibilité avec le FOC est une propriété du système et non du moteur..

Quel moteur pour quel ESC : Guide rapide

Ce qu'il faut demander à votre fournisseur d'ESC

Il ne s'agit pas d'une liste de marques d'ESC spécifiques. Il s'agit de savoir ce qu'il faut vérifier avant de s'engager dans une pile de propulsion.

Questions fréquemment posées

Puis-je utiliser n'importe quel ESC FOC avec les moteurs PiThrust ?

La plupart des ESC FOC modernes fonctionneront, mais vérifiez deux choses. Tout d'abord, la détection des paramètres du moteur de l'ESC doit gérer votre KV spécifique et le nombre de pôles. Deuxièmement, le micrologiciel doit prendre en charge le démarrage sans capteur à bas régime si vous utilisez des applications d'inspection ou de cartographie.

Nos données de test montrent que cinq des sept modèles fonctionnent sans problème avec le micrologiciel générique de l'OFC. Les modèles 5215 et 4320 bénéficient toutefois d'un réglage par moteur.

Pourquoi le 5215 a-t-il présenté des bégaiements à bas régime lors de votre test ?

Le 5215 a un nombre de pôles plus élevé et une inductance plus faible que la famille 4312/4320. Pour cette raison, les paramètres génériques par défaut du firmware de l'OFC ne sont pas optimisés pour cette combinaison.

Il s'agit d'un problème de micrologiciel, pas d'un défaut du moteur. Avec des paramètres correctement configurés - en particulier un gain d'observateur plus élevé à faible vitesse - le bégaiement disparaît.

Quelle amélioration de l'efficacité puis-je raisonnablement attendre ?

Sur le 5315-420KV, nous avons mesuré 12-22% sur la bande de 40-70% où la plupart des drones industriels opèrent. De même, le 4315-600KV a montré des gains comparables à l'accélération partielle.

Si quelqu'un promet 30% ou plus, demandez-lui les conditions de test. Les gains réels sont réels, mais ils ne sont pas magiques.

Dois-je remplacer mes moteurs pour passer au FOC ?

Presque certainement pas. Si vos moteurs PiThrust fonctionnent avec des ESC trapézoïdaux, ils fonctionneront sur FOC - en fait, potentiellement beaucoup mieux.

La mise à jour ne concerne que l'ESC, ou parfois une simple mise à jour du firmware. Le matériel du moteur ne change pas. Ce qui change, c'est la précision avec laquelle le contrôleur le pilote.

Quel moteur PiThrust offre le meilleur rendement FOC ?

A 10% avec 8S, le 4315-600KV a délivré 8.28 G/W - le plus haut niveau de notre test à ce point d'accélération.

Sur l'ensemble de la gamme, le 5008-300KV est celui qui fonctionne le plus froidement à 62°C et qui présente l'ondulation la plus faible. En fin de compte, les moteurs ne sont pas tous optimisés de la même manière. Choisissez donc en fonction de votre application.

Prochaines étapes en cas de besoin d'aide

Quand les questions de compatibilité deviennent techniques

Pour des modifications personnalisées du bobinage du moteur, des recommandations spécifiques concernant l'ESC, ou des conseils de réglage FOC, contactez-nous avec les détails de votre projet.

Que faut-il envoyer pour obtenir une recommandation ?

Envoyez le modèle de votre moteur, la marque de votre ESC et la version du firmware, la taille de votre hélice, la tension de votre batterie et la plage de gaz spécifique où vous rencontrez des problèmes.