Design d'un EUC "from scratch"

[Onomnaf]

reBonjour

Comme indiqué dans ma présentation, j'ai la prétention de tenter de concevoir un EUC qui me conviendrait. Évidement je risque d'avoir besoin de plein d'avis et de conseil. d'où ma présence ici. Pour éviter de flood le fil "bob la bricole" je vais tenter de me limiter à ce seul topic pour ce sujet.

J'ai un cahier des charges pour quelque chose qui n'existe pas sur le marché et un liste de critère plus ou moins judicieux pour un EUC,venant de mon ancienne pratique de monocycliste tant en ville qu'en tout terrain. Ces critères sont :
• une grande roue 24" ou 26" pour la jante, probablement avec un pneu type big foot. ça vient clairement de ma pratique du MUni (Mountain Unicycle) où c'est la norme. Je sais qu'on perd en maniabilité face à une petite roue, mais ça permet d'avaler les obstacles.
• une jante rayonné, c'est con mais j'ai vu pas mal de vidéo où les mecs endommagent la jante et si elle est lié au moteur la maintenance risque d'être un enfer ...
• Une selle de monocycle pour la poignée et l'assise, toujours mon biais lié à mon ancienne pratique, mais je vois pas pourquoi les EUC n'ont pas ça (à part que c'est moche)
• que l'EUC soit au moins IP 55 (ça c'est facile, j'ai même les moyens d'essais pour le vérifier au taf)
• Et enfin, et pas des moindres : Un couple à arracher les arbres même si par conséquent la vitesse est faible. je pèse 110kg, pour monter une pente de 25°  avec un roue de seulement 20", en considérant 50kg d’équipement, il me faut un couple de 170 Nm* (détaille du calcul plus bas). C'est déjà plus que les 160 Nm annoncé par un Kingsong S22 Pro (source: https://myewheel.com/kingsong-s20/, j'ai pas trouvé cet valeur pour les autre EUC concurrent). Si je veux monter 40° en 27" (je prend en compte le pneu) il me faudrait un couple d'environ 350 Nm, cette valeur est évidement un doux rêve quasi-inaténiable.

Pour l'instant j'en suis au point suivant :
• pour le châssis on verra plus tard ;
• pour le contrôleur je ne me suis pas pencher en détaille dessus mais la solution VESC, un ESC (Electronic Speed Controleur) me semble prometteur. Je crois qu'il intègre la partie puissance ainsi que la gestion du PID (un truc d'automaticien qui fait mal à la tête) ;
• pour la batterie on verra plus tard ;
• Et actuellement j'en suis à la recherche du moteur ...

d'où, enfin, mes premières questions :
• Entre ce que je vois sur les vidéos, sur les pentes max grimpable, et le couple annoncé (typiquement le S22 Pro car on a la valeur de couple), j'ai l'impression que quelque chose ne colle pas. Comme si le couple peak pouvais etre beaucoup plus important, probablement avec comme contre-coup un échauffement du moteur ? et du coup le 160 Nm annoncé n'est que la valeur nominal ? Qu'en pensez vous ? ça me perpétrerait de grandement augmenter le nombre de moteur intéressant ... 
• avez vous des références de moteurs qui conviendrait à un EUC qui soit particulièrement coupleux (tout les mots clef : hub outline DC brushless motor) ? j'ai déjà bien fouiller les internet mais le mieux que j'ai trouvé ne fait "que" 145 Nm (https://ozo-electric.com/fr/moteurs-roues-3000w-a-15000w/131710-moteur-roue-electrique-dd55-5000w-cyclomoteur.html), si vous avez des idée je prends

j'ai évidement plein d'autre question, mais chaque chose en son temps

*edit j'aivais oublié le calcul de couple
C = sin(A) * R * F
Avec :
C le couple en Nm
A l'angle de la pente à monter
R le rayon de la roue en m, donc 0.0254 * le rayon en pouce
F la force en N, c'est 10 * la somme de la masse de l'EUC + pilote

edit bis, en ecrivant la formule je me suis rendu compte d'erreurs de ma part dans mes calculs, c'est corrigé

Modifié le 24 juillet 2023 par Onomnaf

[elric]

Il y a 11 heures, Onomnaf a dit :

reBonjour

Comme indiqué dans ma présentation, j'ai la prétention de tenter de concevoir un EUC qui me conviendrait. Évidement je risque d'avoir besoin de plein d'avis et de conseil. d'où ma présence ici. Pour éviter de flood le fil "bob la bricole" je vais tenter de me limiter à ce seul topic pour ce sujet.

J'ai un cahier des charges pour quelque chose qui n'existe pas sur le marché et un liste de critère plus ou moins judicieux pour un EUC,venant de mon ancienne pratique de monocycliste tant en ville qu'en tout terrain. Ces critères sont :
• une grande roue 24" ou 26" pour la jante, probablement avec un pneu type big foot. ça vient clairement de ma pratique du MUni (Mountain Unicycle) où c'est la norme. Je sais qu'on perd en maniabilité face à une petite roue, mais ça permet d'avaler les obstacles.
• une jante rayonné, c'est con mais j'ai vu pas mal de vidéo où les mecs endommagent la jante et si elle est lié au moteur la maintenance risque d'être un enfer ...
• Une selle de monocycle pour la poignée et l'assise, toujours mon biais lié à mon ancienne pratique, mais je vois pas pourquoi les EUC n'ont pas ça (à part que c'est moche)
• que l'EUC soit au moins IP 55 (ça c'est facile, j'ai même les moyens d'essais pour le vérifier au taf)
• Et enfin, et pas des moindres : Un couple à arracher les arbres même si par conséquent la vitesse est faible. je pèse 110kg, pour monter une pente de 25°  avec un roue de seulement 20", en considérant 50kg d’équipement, il me faut un couple de 170 Nm* (détaille du calcul plus bas). C'est déjà plus que les 160 Nm annoncé par un Kingsong S22 Pro (source: https://myewheel.com/kingsong-s20/, j'ai pas trouvé cet valeur pour les autre EUC concurrent). Si je veux monter 40° en 27" (je prend en compte le pneu) il me faudrait un couple d'environ 350 Nm, cette valeur est évidement un doux rêve quasi-inaténiable.

Pour l'instant j'en suis au point suivant :
• pour le châssis on verra plus tard ;
• pour le contrôleur je ne me suis pas pencher en détaille dessus mais la solution VESC, un ESC (Electronic Speed Controleur) me semble prometteur. Je crois qu'il intègre la partie puissance ainsi que la gestion du PID (un truc d'automaticien qui fait mal à la tête) ;
• pour la batterie on verra plus tard ;
• Et actuellement j'en suis à la recherche du moteur ...

d'où, enfin, mes premières questions :
• Entre ce que je vois sur les vidéos, sur les pentes max grimpable, et le couple annoncé (typiquement le S22 Pro car on a la valeur de couple), j'ai l'impression que quelque chose ne colle pas. Comme si le couple peak pouvais etre beaucoup plus important, probablement avec comme contre-coup un échauffement du moteur ? et du coup le 160 Nm annoncé n'est que la valeur nominal ? Qu'en pensez vous ? ça me perpétrerait de grandement augmenter le nombre de moteur intéressant ... 
• avez vous des références de moteurs qui conviendrait à un EUC qui soit particulièrement coupleux (tout les mots clef : hub outline DC brushless motor) ? j'ai déjà bien fouiller les internet mais le mieux que j'ai trouvé ne fait "que" 145 Nm (https://ozo-electric.com/fr/moteurs-roues-3000w-a-15000w/131710-moteur-roue-electrique-dd55-5000w-cyclomoteur.html), si vous avez des idée je prends

j'ai évidement plein d'autre question, mais chaque chose en son temps

*edit j'aivais oublié le calcul de couple
C = sin(A) * R * F
Avec :
C le couple en Nm
A l'angle de la pente à monter
R le rayon de la roue en m, donc 0.0254 * le rayon en pouce
F la force en N, c'est 10 * la somme de la masse de l'EUC + pilote

edit bis, en ecrivant la formule je me suis rendu compte d'erreurs de ma part dans mes calculs, c'est corrigé

@Techos78 a peut-être un  avis sur ce sujet ?

[Blkfri]

Est-ce que tu as écumé endless-sphere, il y a pas mal de ressources pour tout ce qui est custom ? En regardant rapidement j'ai trouvé ça, un peu plus gros (et toujours pas aux specs que tu voudrais) mais ça commence à être sévèrement lourd : https://www.qs-motor.com/product/3000w-8000w-qs-spoke-hub-motor-for-electric-motorcycle/.

[Techos78]

Il y a 12 heures, Onomnaf a dit :

• une grande roue 24" ou 26" pour la jante, probablement avec un pneu type big foot. ça vient clairement de ma pratique du MUni (Mountain Unicycle) où c'est la norme.

Beau projet, rare, ambitieux...  .

Effectivement, le choix du moteur est fondamental. Attention à ne pas se gourer dans le type de moteur. Le + souvent, les scooters/draisiennes/VTTae utilisent un moteur démultiplié (ratio ~3 à 6), c'est à dire qu'ils comportent un engrenage épicycloïdal. Niet, ça ne va pas pour un EUC. D'accord, les premières roues étaient comme ça, mais l'asservissement de verticale créant un "mouvement brownien" av-ar néfaste pour les jeux des pignons, cette solution "bâtarde" n'a pas fait long feu. Il faut impérativement un brushless direct avec 3 sondes de hall... et quand on veut du couple, cela fait un gros moteur, c'est inévitable.

Avec une jante à rayons, le moteur devrait probablement ressembler à ceci :

 

Le couple délivré est (presque) uniquement dépendant du courant. L'impédance interne d'un tel moulin est de quelques dizaines de milliOhms, énergiser ceci nécessite un pwm puissant pour exciter en triphasé le stator en ajustant séparément l'intensité et la position du champ tournant. La tension de la batterie dépendra de la vitesse max désirée car elle ne sert qu'à combattre la fcem.

Sauf si tu es un électronicien spécialisé dans les asservissements échantillonnés, copain avec Nyquist, Bode, Black et compagnie (c'est mon cas), je te déconseille d'essayer de concevoir la carte mère, qui comportera bien sûr la puce gyromètre+accéléromètre tri-axe, les alims auxiliaires, les sécurités, les gestions batteries etc. C'est un travail dément, inaccessible pour un particulier. A mon avis il est raisonnable de choisir une carte existante du "monde" EUC, sachant qu'on ne peut pratiquement pas changer le firmware (certains l'ont fait), et donc il faut respecter la position horizontale ou verticale de la carte choisie. Les cartes dédiées euc sont communicantes (bluetooth), ce qui permet certains réglages...

[Pepper]

 

[Onomnaf]

Si seulement j'avais les compétences (et la CNC) pour faire ça

@Techos78Merci pour ces précisions sur les engrenages, j'ai pensé un temps à mettre un système chaine comme une poulie pour avoir de la réduction, mais j'ai supposé rencontré les problèmes dont tu parles.

Et en gros oui, cette vidéo fait partie de mes inspirations. Mais je vais me contenter d'assembler de l'existant ça sera bien moins galère.

[Adrien WALLON]

On 7/24/2023 at 9:05 PM, Onomnaf said:

d'où, enfin, mes premières questions :
• Entre ce que je vois sur les vidéos, sur les pentes max grimpable, et le couple annoncé (typiquement le S22 Pro car on a la valeur de couple), j'ai l'impression que quelque chose ne colle pas. Comme si le couple peak pouvais etre beaucoup plus important, probablement avec comme contre-coup un échauffement du moteur ? et du coup le 160 Nm annoncé n'est que la valeur nominal ? Qu'en pensez vous ? ça me perpétrerait de grandement augmenter le nombre de moteur intéressant ... 
• avez vous des références de moteurs qui conviendrait à un EUC qui soit particulièrement coupleux (tout les mots clef : hub outline DC brushless motor) ? j'ai déjà bien fouiller les internet mais le mieux que j'ai trouvé ne fait "que" 145 Nm (https://ozo-electric.com/fr/moteurs-roues-3000w-a-15000w/131710-moteur-roue-electrique-dd55-5000w-cyclomoteur.html), si vous avez des idée je prends

Électromécaniquement, on définit le couple par rapport à sa constante de couple, qui définit le couple en fonction du courant qu'on lui balance. On dit alors que le couple max est atteint quand le stator (dans notre cas la partie qui contient les bobines) est saturée (le champ magnétique est au max du domaine linéaire, on a plus C = Km*I). Mais tu peux toujours balancer + de courant dans tes bobines, mais ton rendement chute. Tu vas augmenter le champ magnétique, le couple, mais va falloir envoyer une quantité monstre d'Ampère pour que ça marche. C'est ce qu'on voit dans les puissances "peak" sur les roues. Par exemple, ma MCM4 c'est 800W nominal, j'en ai déjà balancé 4300W en peak, mais j'avais pas du tout 5x plus de couple.
Et oui, pousser le champ magnétique après la saturation provoque énormément d'échauffement.

aussi, pour les moteurs de vélo, la puissance affichée est due à la limitation thermique : en effet, avec des bobines au centres, elles doivent chauffer l'air, qui chauffe le rotor qui échange avec l'extérieur, bof bof quoi. Une solution, c'est d'utiliser du Statorade, un ferrofluide qui joue le rôle de pont thermique entre le rotor et le stator. tu peux aussi utiliser des ailettes de refroidissement accrochées sur la roue.

 

Regarde les QS205, ou QS273, les mecs font des bécanes électriques à ce niveau avec.

[Adrien WALLON]

On 7/25/2023 at 10:45 AM, Techos78 said:

Sauf si tu es un électronicien spécialisé dans les asservissements échantillonnés, copain avec Nyquist, Bode, Black et compagnie (c'est mon cas), je te déconseille d'essayer de concevoir la carte mère

Oh les cauchemars de prépa 🫠

OP, regarde du côté des VESC, il y en as qui crachent pas mal, c'est full programmable et tu peux ajouter des IMU -quand il est pas présent- du bluetooth, des leds, ça gère les capteurs Hall sans pbm, c'est génial.