Calculateur de bobinage BLDC

Ce calculateur détermine les paramètres d'enroulement BLDC, y compris les tours par phase, calibre de fil, le facteur de remplissage et le facteur d'enroulement à partir de la géométrie du moteur et de la cible Kv. Les constructeurs de moteurs à rembobinage pour drones, avions téléguidés et moteurs industriels l'utilisent pour optimiser le compromis entre Kv (vitesse) et constante de couple.

Le facteur d'enroulement $K_{w1}$ quantifie l'efficacité avec laquelle l'enroulement du stator relie le flux du rotor. Selon « Brushless Permanent Magnet Motor Design » de Hanselman (2006), $K_{w1} = K_d \times K_p$, où le facteur de distribution $K_d = \sin(q\alpha/2) / (q \sin(\alpha/2))$ et le facteur de tangage $K_p = \cos(\beta/2)$. Cette forme suppose un $q$ entier. Un enroulement concentré (une bobine par dent) a un $q = S/(3P) = z/n$ fractionnaire, sous forme irréductible, avec $S$ encoches et $P$ pôles, et la méthode de l'étoile des encoches donne $K_d = \sin(\pi/6) / (z \sin(\pi/(6z)))$ (Bianchi et Dai Pré, 2006) : pour 12N14P, $q = 2/7$ et $K_d = 0.966$. La configuration à 12 emplacements/14 pôles (12N14P) atteint la norme $K_{w1} \approx 0.933$, ce qui en fait la topologie de moteur de drone la plus populaire.

La constante de force contre-électromotrice dépend directement du nombre de spires : $K_e = \sqrt{3} \cdot N_t \cdot p \cdot K_{w1} \cdot \Phi_p$ pour le couplage en étoile, où $\Phi_p$ est le flux par pôle, $p$ le nombre de paires de pôles et $N_t$ le nombre de spires par phase ; $K_e$ s'entend entre phases, et en triangle le $\sqrt{3}$ devient 1. Kv varie à l'inverse du nombre de spires : diviser les spires par deux double Kv. Le couplage en triangle donne $K_v^{\Delta} = \sqrt{3} \times K_v^{Y}$ pour le même nombre de bobines, car la tension entre phases vaut $\sqrt{3}$ fois la tension aux bornes d'un enroulement en étoile, mais lui est égale en triangle.

Le facteur de remplissage $K_{fill}$ mesure la part de la surface de fente disponible occupée par le cuivre. Les moteurs à remontage manuel atteignent 35 à 45 %, les moteurs à remontage mécanique 50 à 65 %. Un facteur de remplissage plus élevé signifie une résistance plus faible et une meilleure efficacité, mais nécessite un acheminement minutieux des fils. Chaque encoche reçoit deux côtés de bobine, un de la bobine de chaque dent voisine (Pyrhönen, Jokinen et Hrabovcová, 2008, section 2.9) ; la surface de l'encoche $A_{slot}$, la section du fil $A_{wire}$ et $N_c$ spires par bobine donnent donc $K_{fill} = 2 N_c \cdot A_{wire} / A_{slot}$. Le calculateur estime l'encoche à partir de l'alésage, comme pour un moteur inrunner, avec $0.55\pi d/S$ de large sur $0.2d$ de profondeur ; l'encoche d'un moteur outrunner est plus petite, et son facteur de remplissage réel est donc plus élevé que celui affiché.