AC-DIYMOT-VL LE moteur pour la turbine GWS-55 Présentation : Franck Aguerre Photos : Pascale Constantin

Voici l’essai d'un fameux moteur qui fait sensation avec les turbines GWS.

Comment l’acheter ?
Pour commencer, je tiens d’abord à souligner que ce moteur n’est pas en vente en France. Pour l’instant, il s’agit d’une exclusivité d’un magasin de vente par correspondance se trouvant au Japon, Aircraft World. Comme son nom l’indique, ce magasin vend des articles de modélisme dans le monde entier, par le biais de son site Internet : www.aircraft-world.com. Seule contrainte pour nous Français, c’est la maîtrise de la langue de Shakespeare nécessaire pour passer une commande, le reste étant extrêmement attractif : paiement sécurisé par Paypal ou par CB, tarif en dollars US (donc bénéficiant du taux de change actuel très favorable, délais de livraison inférieurs à la semaine (généralement, commande le lundi et livraison le vendredi).

Les kits de moteurs brushless à cage tournante, à bobiner soi-même, sont de plus en plus courants. C’est la meilleure façon d’adapter les performances en fonction de leurs destinations.

Voilà pour la partie commerciale de l’histoire. Passons maintenant au moteur, dont voici un bref résumé des caractéristiques données par Aircraft World :
- désignation : AC-DIYMOT-VL. Ce nom barbare se traduit simplement par : moteur à faire soi-même (Do It Yourself), V signifiant polyvalent (Versatile) et L signifiant long (Long)
- tarif : $ 34,95, soit environ 26 €
- Puissance annoncée : 160 W maximum
- Dimensions : Ø 23,5 x 25,3 mm, masse 40 g
- Usage : turbine, réducteur ou en direct

Le site Internet fournit quelques photos attrayantes et deux schémas de câblage, mais rien de bien intéressant à mon avis, et surtout ne permettant pas à un acheteur non averti d’assembler correctement ce moteur. Depuis peu, on trouve aussi quelques résultats donnés par des clients, dont certains intéressants, ainsi que des liens vers des forums de RC-Groups parlant de ces moteurs. Attention, on y lit parfois de grosses bêtises...
Bref, on s’imagine sans difficulté que Aircraft World est simplement un revendeur et non le constructeur réel de ce moteur. Malgré tout, et en dépit des très maigres infos qui pouvaient cacher un gros bide technique, je l’ai quand même acheté. Et, soyons honnête, mes premiers essais et tâtonnements m’ont presque fait croire que cela était le cas, avant que je ne trouve la bonne voie.

Premier contact
Inutile de vous dire qu’à ce prix on ne découvre pas ce moteur au sein d’un emballage rutilant, et encore moins accompagné d’une notice. Voilà de quoi déconcerter les néophytes s’attendant à un kit genre avion Graupner, avec un beau plan et une notice fourmillant d’indications. Ici, juste un sachet plastique contenant les quelques pièces composant ce moteur, dont voici la liste exhaustive :
- le flasque en aluminium
- le porte-cloche en aluminium
- la cloche en acier zingué noir
- les huit aimants 13x6x1 plus un aimant de rechange
- deux arbres en acier trempé, l’un ayant l’extrémité tournée à Ø 2 et l’autre à Ø 3
- deux roulements 3x7x3
- le stator isolé par de la peinture laquée, Ø 19x13
- la bobine de fil de cuivre émaillé Ø 0,3, suffisante pour au moins deux bobinages
- des gaines thermorétractables
- la visserie

Il faut souligner que la qualité des éléments fournis compense très largement la rusticité de l’emballage. En effet, les pièces sont toutes magnifiquement usinées, et paraissent presque polies. La précision est aussi excellente, tous les éléments s’adaptant parfaitement les uns aux autres sans aucun jeu. A noter aussi la bonne idée de prévoir des encoches dans le support de cloche, ce qui rend le positionnement des aimants très facile. Dans le même registre positif, le fil fourni est d’une qualité excellente : le vernis isolant fond très facilement à la température d’un fer à souder, ce qui facile énormément les soudures en évitant la phase pénible de grattage du vernis.
Autre très bon point à souligner, c’est le choix d’un stator 6 pôles, d’une très grande simplicité à bobiner, à condition de suivre le bon schéma de câblage (voir plus loin), malheureusement non fourni dans le site Internet. Petit bémol par contre pour les aimants, qu’il faut manipuler avec beaucoup de précautions à cause de leur finesse. Leur très forte aimantation est par contre le gage d’un bon rendement.

Bobiner un stator n’a rien de compliqué. Il faut juste un peu de concentration pour compter les spires et d’application pour placer au mieux le fil. Ici, la cage est même conçue pour que les aimants se positionnent parfaitement.

Assemblage
Si cette phase est presque anecdotique pour un habitué, elle risque cependant de beaucoup dérouter le novice. Je vais tenter de décrire au mieux cette étape cruciale pour les futures performances du moteur.

Assemblage du rotor
Sous cette désignation se cachent en fait 3 éléments : le support de cloche, la cloche et les aimants. Tout d’abord, on assemble la cloche en acier sur le support de cloche, après les avoir soigneusement nettoyés à l’alcool à brûler et les avoir séchés. L’assemblage se fait par collage, idéalement avec une résine anaérobie type Bloc-Press ou équivalent (frein filet fort), ou à défaut la cyano. La plupart des modélistes ayant plutôt une cyano à leur disposition, j’ai choisi cette dernière solution, qui tient finalement sans soucis.
Ensuite vient l’étape délicate de la mise en place des aimants. Il faut savoir que leur magnétisation se trouve dans le sens de leur épaisseur, et qu’il faudra alterner pôles sud et pôles nord lors du montage. La méthode la plus simple pour ne pas se tromper consiste à attribuer arbitrairement le pôle nord à l’une des extrémités de la pile d’aimants, l’autre pôle devenant le pôle sud. Chaque pôle est identifié avec l’aide d’un marqueur noir. On enlève les aimants toujours du même côté de la pile, en n’oubliant pas de repérer au marqueur le pôle visible de l’aimant suivant restant sur la pile. Par exemple, si on dépile du côté nord, on verra alors sur le stator alternativement un aimant non marqué suivi d’un aimant marqué nord, et ainsi de suite. On a donc 8 aimants positionnés : N-S-N-S-N-S-N-S. A ce sujet, j’ai lu sur le forum RC-Groups un post préconisant un ordre N-N-S-S-N-N-S-S afin d’avoir un régime de rotation plus élevé, ce que je vous déconseille formellement.
Pour la mise en place des aimants, je vous suggère d’utiliser un petit cutter pour les séparer au fur et à mesure de leur pile, en glissant la lame parallèlement à l’épaisseur. Sans cette précaution, il est très facile de briser en plusieurs morceaux un aimant, cela m’est arrivé en voulant les séparer à la main. De même, il faut laisser l’aimant sur le cutter pour le faire glisser sans effort sur la cloche. Ensuite, cela va tout seul, il suffit de pousser chaque aimant jusqu’au fond de son logement, avec un petit bout de bois dur pour ne pas l’abîmer. Une goutte de cyano entre chaque aimant et la cloche termine parfaitement cet assemblage.

Le choix du câblage
C’est là où tout se joue ! Il s’agira donc d’être aussi soigneux que pour la mise en place des aimants. C’est là aussi où j’ai rencontré le plus de difficultés pour obtenir un moteur fonctionnant correctement, ayant testé beaucoup de configurations, avec des premiers essais très peu concluants. Heureusement, les bons compromis ayant été trouvés, je peux maintenant vous certifier que les résultats obtenus sont excellents, et placent ce moteur en concurrence avec les meilleurs moteurs actuels.
Pour expliquer la structure d’un câblage sans rentrer dans des détails trop techniques, il faut d’abord comprendre que cela se décompose en deux étapes.
- La première consiste en l’enroulement des fils de cuivre sur chaque dent du stator, tandis que la seconde étape permet de relier les fils entre eux et au contrôleur. Le sens d’enroulement des fils est tributaire du nombre et de l’agencement des aimants (le fameux N-S-N-S... expliqué ci-avant) afin d’avoir un enchaînement correct d’attraction/répulsion entre les dents du stator et les aimants du rotor. Lors de l’enroulement des fils sur chaque dent du stator, on choisit une section de fil (dans le cas de notre moteur, un nombre de fils que l’on bobine ensemble en parallèle) et un nombre de tours de fil en adéquation avec la destination du moteur : plus de tours de fil et/ou fil plus fin donnent un moteur fait pour tourner lentement, et vice-versa. De plus, il faut remplir de cuivre au mieux chaque dent afin d’optimiser le rendement.
- La seconde étape consiste à choisir le type de branchement : étoile ou triangle. A enroulements équivalents, le second donne un régime et une consommation très supérieurs au premier, ou à contrario demande beaucoup plus de spires par dent (donc très difficile à bobiner) pour garder un régime équivalent au câblage étoile. Voilà finalement beaucoup de paramètres à mettre en adéquation pour réaliser un moteur répondant à ses attentes.
Après avoir testé une certaine quantité de combinaisons et évalué leurs impacts sur les performances, le rendement et la facilité de câblage, voici ce que je vous recommande fortement :
- choix du branchement : étoile
- choix des enroulements : 6 à 8 tours par dent de 3 fils Ø 0,3 ou 5 à 6 tours de 4 fils Ø 0,3

Ces choix donnent un moteur facile à câbler, tournant très vite avec un excellent rendement et une puissance importante. Cela écarte d’office une utilisation en direct avec une hélice, contrairement à ce qu’affirme le site Internet du constructeur. Bien entendu, on peut quand même l’utiliser en direct, mais le rendement sera relativement mauvais, sauf éventuellement pour un usage racer avec de petites hélices tournant très vite. Faute de notice et de valeurs de référence de la part du constructeur, certains clients se sont obstinés à essayer de faire tourner ce moteur avec des hélices type APC Slow (8”x3,8”, 9”x4,7”, etc.), avec des rendements de l’ordre de 60 % pour des puissances modestes, alors que ce moteur est capable d’un rendement supérieur à 80% à des puissances très élevées.
Tout cela est d’ailleurs fort logique : sans même parler du bobinage, la conception de ce moteur (6 pôles de stator / 8 aimants) ne le rend réellement intéressant qu’à haute vitesse. Il présente en effet une réduction magnétique de 4 contre 6 à 7 pour des moteurs à cages tournantes destinés à un usage en prise directe. En fait, on retrouve ici le même raisonnement que celui appliqué par Electronic Model pour ces nouveaux moteurs Cyclon à cage tournante : faible masse et très forte puissance à haut régime, et rendement très élevé.

Le câblage en détail
Maintenant que la structure du câblage est établie en fonction de la puissance désirée et au régime désiré (se référer aux tableaux d’essais), passons à l’application pratique. En premier lieu, je ne conseille pas de suivre les schémas donnés sur le site de Aircraft World. Voici la meilleure technique à suivre :
Connaissant le nombre de fils à mettre et le nombre de spires par dent, couper autant de fils que nécessaire, en calculant la longueur de la manière suivante : longueur en millimètres = 80 x (nombre de spires par dent) + 100 à 150 mm.

On bobine toujours deux dents à la fois, les deux dents étant face à face (symétriques).
Le bobinage commence par marquer les fils au milieu de leur longueur et à positionner ce milieu au niveau de l’espace compris entre deux dents. On bobine ensuite chaque dent de l’intérieur du stator vers l’extérieur, en prenant garde de bien tendre les fils et d’éviter qu’ils ne se chevauchent trop. Chaque dent est bobinée dans le même sens que sa vis à vis, en miroir. A la fin du bobinage, les fils ressortent du stator du même côté que la boucle.
Les 3 séries de fils sont bobinées exactement de la même manière. Un bon moyen de contrôler que chaque dent a reçu le même nombre de spires que ses collègues : tous les fils sortant du moteur doivent avoir la même longueur à 1 ou 2 cm près.
On réalise ensuite la terminaison en étoile, appelée aussi point central. Pour cela, il suffit de prendre les 3 fils consécutifs d’un côté du câblage pour les torsader ensemble, puis de les souder à environ 10 mm du stator. La petite gaine thermo fournie dans le kit vient ensuite recouvrir cette soudure pour éviter tout court-circuit.

Montage final
On monte ensuite le stator sur le flasque, en passant les 3 fils d’alimentation par l’ouverture adéquate. Un simple morceau de fil de cuivre est enroulé dans l’encoche du flasque côté cloche pour éviter que le stator ne bouge. On passe ensuite les gaines thermorétractables sur les fils d’alimentation, puis quelques gouttes de vernis à ongles sur le bobinage en cuivre éviteront qu’il ne bouge avec d’éventuelles vibrations.
Il reste alors à monter le rotor sur l’arbre le mieux adapté à son utilisation, puis à serrer les deux vis allen. Même si les arbres rentrent sans jeu sur le rotor, il vaut mieux quand même serrer alternativement les vis allen de plus en plus fort plutôt afin d’éviter tout défaut d’excentration du rotor. Les roulements sont ensuite enfoncés dans leur logement, avec une petite goutte de cyano pour les immobiliser (attention de ne pas faire rentrer la cyano dans les roulements). La dernière étape consiste à enfiler l’arbre et le stator, puis à poser le petit clip sur l’arbre pour éviter tout déplacement axial intempestif.

Une faible masse, un rendement élevé, malgré un prix réduit, ce moteur aux performances remarquables va faire des adeptes.

Et voilà, on se retrouve enfin possesseur d’un joli petit moteur brushless à cage tournante. Un passage à la balance nous donne un petit 38-39 g suivant le câblage, soit la masse d’un modeste Speed 280. Il va falloir maintenant vérifier si les performances seront à la hauteur... d’un brushless, pas d’un Speed 280 !

Les essais
Afin de peaufiner le choix des bobinages, je me suis limité à des essais sur des turbines GWS 55 et 64, qui me font très forte impression. Cela me paraissait aussi un complément indispensable à l’article paru sur les turbines GWS, dans lequel ce moteur est maintes fois évoqué. De plus, je n’avais pas forcément le temps nécessaire pour refaire une seconde fois tous les bobinages et les mesures avec différents couples hélice/réducteur.
Ceci dit, il suffit de relever les points de fonctionnement (tension, intensité, régime) pour les appliquer à une utilisation avec réducteur. Par exemple, on a le point de fonctionnement suivant avec 5 spires de 4 fils Ø 0,3 et une turbine GWS EDF-55 : 11 V, 21 A, 34 200 tr/min. Avec un réducteur de ratio 4,4, cela donnerait environ 7 800 tr/min. A peu de choses près, ce régime et ce niveau de puissance correspondent à une 10”x7” APC (voir essai des moteurs HET-RC Typhoon). En l’absence de mesures donnant la correspondance, un petit logiciel gratuit de Louis Fourdan se révèle très pratique : Astrobob. On le trouve sur le site d’Alain Legallou : www.legallou.com à la rubrique Modéliste / Technique / Outils. Il permet très facilement de se faire une idée des performances d’une motorisation. Pour ce qui nous intéresse, connaissant la tension, l’intensité et le régime, il suffit d’essayer quelques valeurs de diamètre et de pas d’hélices jusqu’à avoir un rendement calculé supérieur à 75-80% pour connaître l’hélice adaptée au réducteur et au point de fonctionnement choisi. Certains fabricants d’hélices donnent aussi une abaque liant le régime de rotation de l’hélice à la puissance absorbée. Là aussi, en estimant en moyenne à 75% le rendement de l’ensemble moteur/réducteur, il sera facile de faire un choix.

Les amateurs de turbines électriques vont apprécier les performances offertes avec les GWS-55 et GWS-64.

Le banc de mesure qui a permis de comparer les performances en fonction des différents bobinages effectués.

Mais revenons à nos essais de ce moteur avec les turbines GWS. Cette fois-ci, j’ai conçu un nouveau banc d’essai afin de réaliser à la fois des mesures de poussée, indispensables bien sûr, mais aussi des mesures de rendement. Dans les deux cas, l’ensemble turbine/moteur est simplement fixé par du scotch d’emballage sur un support articulé sur roulements à billes afin d’avoir une mesure la plus fiable possible. Les mesures de tension et courant ont été confiées à un Astro WattMeter (merci encore à Laurent Chef), tandis que la commande du moteur a été confiée tout d’abord à un Jeti-30, puis ensuite à un contrôleur Castle Creation Phoenix 25. Au sujet des graphiques de résultats : les valeurs de consommation et de régime des turbines EDF-55 et EDF-64 pour la même configuration de moteur sont tellement proches (entre 0 et 2% de différence) que les courbes en résultant ont été confondues pour plus de lisibilité. Concernant les mesures de rendement, il s’agit pour l’instant d’une approche indicative : en effet, les valeurs de couple (couple en Nm = 0,00981 x mesure en g x bras de levier en mètre) mesurées sont assez faibles par rapport à la précision de la balance utilisée, ce qui donne des valeurs de rendement précises à environ +/- 5%. Je ne donnerai donc pas de graphique de rendement, mais cependant la moyenne de plusieurs mesures est assez significative pour que je donne quelque ordre d’idées.

Après plusieurs heures d’essais, mises au point, puis enfin mesures et vérifications des résultats, voici les quelques éléments intéressants qui se dégagent :

Le fonctionnement global : plusieurs heures d’essais n’ont révélé aucune défaillance ni prise de jeu. Je redoutais un éventuel défaut d’équilibrage à cause de la vitesse de rotation très élevée et des masses en rotation, sans parler d’un possible défaut d’usinage ou de montage de l’ensemble cloche/support de cloche. Mais finalement, rien à signaler : le niveau de vibration à vide est parfaitement imperceptible, ce qui peut être qualifié d’excellent.

- Le contrôleur : les essais avec le Jeti-30-3P ont été très vite abandonnés, car il a beaucoup de mal à gérer ce moteur. Cela se traduit par un régime limité et une consommation excessive. Après l’acquisition d’un Castle Creation 25, excellent contrôleur s’il en est, les choses sont rentrées dans l’ordre. A noter que ce contrôleur a gardé la configuration d’origine, en particulier le timing moyen, parfaitement adapté.

- Les performances : elles sont tout simplement bluffantes, comme l’indique le tableau de comparaison ci-joint. En effet, que ce soit à 100 W ou à 200 W (puissance consommée à l’entrée du contrôleur) le couple GWS EDF-55 et moteur AC-DIYMOT-VL surclasse très nettement toute la concurrence. Si on rajoute le facteur prix, la comparaison est sans appel. De même, la EDF-64 équipée de ce moteur domine les débats. Elle s’incline juste en terme de poussée devant la Wemotec 480 équipée d’un Fun 400-28, qui bénéficie d’une plus grande surface de rotor, mais se rattrape nettement dès qu’on rajoute à la Wemotec un cône de la même surface que celle balayée par le rotor de la EDF-64.
Et que dire des vitesses ? Voici un moteur à cage tournante qui sort du lot : la plage de régimes testée va de 15 000 tr/min à 36 000 tr/min à pleine charge, sans le moindre souci tellement ce moteur est à l’aise dans les très hauts régimes. A croire qu’il a été conçu pour cela...

Ce n’est pas indiqué dans les graphiques, mais j’ai poussé ces turbines et le moteur Aircraft dans les derniers retranchements... de mon banc d’essai : 286 W (14 V, 20,4 A) pour 550 g de poussée avec la EDF-64 et le bobinage 6 spires de triple fil Ø 0,3, et 248 W (13 V, 19,1 A) pour 470 g de poussée avec la EDF-55 et le même bobinage. Je n’ai pas pu aller au-delà par manque de puissance de mon alimentation, mais 20-21 A me semblent quand même la limite acceptable de ce moteur en continu. Dans le cas d’un usage court (motoplaneur de très hautes performances), il me paraît envisageable de passer au moins 25 A. Quant aux turbines GWS, leur potentiel au-delà de 248/286 W reste encore à explorer...

- Le rendement : à titre indicatif, n’étant pas encore satisfait de mes mesures, je peux quand même affirmer que le rendement de ce moteur est digne des meilleurs. Mes mesures indiquent, en moyenne, un rendement maxi de 85% pour tous les bobinages essayés, et un rendement d’environ 75% à la consommation maxi. Cela est confirmé par plusieurs points : tout d’abord, la comparaison des couples turbines/moteurs montrent que le couple turbines GWS / moteur Aircraft a un meilleur rendement global. Cela ne suffit pas à dire que les turbines GWS sont bien meilleures que les autres, ou que le moteur Aircraft vient de révolutionner le monde des moteurs brushless. Mais, logiquement, on peut conclure tout simplement que chaque élément de ce couple égale ou surpasse ses meilleurs concurrents. Et en l’occurrence, le moteur Aircraft a un rendement comparable ou meilleur à un Hacker, un Kontronic ou un Mega ; ce qui en soi n’est pas un mince compliment ! Autre indice du bon rendement, c’est la très faible température du moteur, quel que soit le bobinage. Avec les bobinages à base de 3 fils Ø 0,3, le moteur se stabilise à 50° vers 16 A de consommation, contre environ 20 A pour les bobinages à base de 4 fils Ø 0,3.

Mesure du couple. Les essais en temps réel sont plus précis que les calculs.

Une relation intéressante : si je n’ai pas été surpris de trouver une correspondance précise entre le nombre de spires du bobinage et l’intensité consommée, je ne suis pas à même de la démontrer. En tout cas, cette relation correspond à merveille à ce moteur. La voici : conso (n spires) = conso (m spires) x (m/n)². Bien sûr, elle n’est valable qu’à tension équivalente. En voici un exemple : avec la EDF-55 et 8 spires de triple Ø 0,3, on a 7,1 A sous 11 V. Si on passe à 7 spires, toujours sous 11 V, cette relation donne 9,3 A (7,1 x (4/3)²) pour 9,3 A en réalité, et 12,6 A calculés contre 13,1 A mesurés avec 6 spires. On a donc des valeurs calculées assez fidèles à la réalité. Dans la même logique, le passage de 3 fils à 4 fils a été regardé de près, mais finalement il a une influence assez faible sur la consommation, environ 7% de plus. C’est d’ailleurs pour cela que je n’ai pas intégré dans les graphiques le bobinage 6 spires de triple fil, car trop proche du 6 spires quadruple fil.
Voilà des données à mon avis très intéressantes : en effet, je n’ai pas testé exhaustivement toutes les possibilités de bobinages utilisables avec ce moteur. Par exemple, une personne intéressée par le maximum de puissance avec 2 éléments Li-Po (soit environ 6-7 V en charge) ne trouvera pas son bonheur dans mes essais. Mais connaissant la tension et l’intensité (ici environ 20 A maximum), il devient facile de calculer le nombre de spires adéquat. En l’occurrence, on a 11,4 A sous 7 V avec une EDF-64 et 5 spires de 4 fils de Ø 0,3. Si on passe à 4 spires, cela fera 20,3 A. Evidemment, le remplissage en cuivre sera moins bon, ce qui risque de légèrement faire chuter le rendement. Cela implique alors de mettre 5 fils au lieu de 4.

Conclusion
Que dire de plus que tout ce qui précède ? En fait, un simple condensé s’impose : une masse record de 39 g, 21 A possibles en continu soit un potentiel de presque 300 W (sous 14 V, soit 4 à 5 éléments Li-Po), un rendement haut de gamme, un prix très bas. Et ce qui ne gâte rien, ce moteur est très facile à assembler. Ah oui, j’oubliais : mon dernier X-Rush pèse maintenant 340 g avec une batterie Li-Po 3S1P-1800 mA 12C. Avec ce fabuleux petit moteur Aircraft et une GWS EDF-55, j’ai la bagatelle de 410 g de poussée. Dire que le vol est balistique tient de l’euphémisme.

L’ensemble turbine GWS-55 et le moteur bobiné comme l’indique l’article procure une vitesse assez phénoménale au X-Rush de l'auteur : 410 g de poussée sur un avion de 340 g.

Contacter l'auteur : franck.aguerre@jivaro-models.org