Hypothèse sur le ZZZzzz des moteurs HS

Hello,

La panne et la tentative de réparation de la voiture d'Olivier085 (https://renault-zoe.forumpro.fr/t17808-panne-moteur-zoe-2013-de-olivier085) me font me poser une question.
Est-ce que le ZZZzzz peut-être d'origine électromagnétique ?

Dans le calculateur PEB, il y a une procédure pour recaler "automatiquement" le point zéro du moteur.
La présence de cette fonction me surprend.
Si c'est là, et vu la complexité de mise en œuvre (lever les 2 roues avant, mettre le levier sur D, serrer le frein à main, etc.), c'est que ça doit être utile.
Le point zéro d'un moteur neuf est certainement déduit ou testé lors de la fabrication dudit moteur et pas fait sur la chaîne de montage ni en concession.

J'en viens à penser que Renault a prévu le coup au cas où le point zéro se décale.

Est-ce que ce décalage peut engendrer un bruit type électromagnétique ?
Est-ce que la panne, pour ceux qui l'ont eue, s'est accompagnée d'une hausse de la consommation et/ou d'une perte de couple ?

Suite des hypothèses.

J'ai trouvé un site parlant du moteur de la Zoé : https://construire-sa-moto-electrique.org/moteur/renault-zoe

Elle possède donc un moteur synchrone à 8 pôles pour les moteurs Continental et 4 pôles pour les moteurs Renault.

En parallèle, un ami m'a suggéré que le sifflement provenait surement de l’électronique.

Mon hypothèses est que la roue codeuse qui est codée sur 6 caractères en hexadécimal soit 16777215 positions, ce qui donne une précision sur la position du moteur de 0,00002 degrés, est impérative au bon fonctionnement du moteur.

Je me suis également rappelé mes frais cours de BTS électrotechnique sur la phase transitoire qu'est accélération.

Pour que le moteur commence sa rotation, il faut modifier la fréquence du champs magnétique pour que l'induit puisse se synchroniser avec l'inducteur.

Dans l'industrie, c'est facile, on connait la charge à mouvoir, on défini dans le variateur un temps d'accélération ainsi qu'une vitesse finale et ça fonctionne.

Sur nos voitures, il faut gérer la vitesse finale et l'intensité de la phase d'accélération à chaque appui sur la pédale d'accélérateur.

Il faut donc adapter la fréquence du champ tournant et son intensité à celle du rotor.Si ce n'était que ça, un simple capteur aurait servi à donner le point zéro (cf les capteurs PMS et capteurs d'arbre à came sur une thermique).

Ceux qui ont déjà travaillé sur des moteurs thermiques connaissent l'avance à l'allumage.

Et si cette avance était gérée par cette roue codeuse pour alimenter le stator au bon moment dans un objectif de rendement et de confort de conduite ?

Comme on peut le voir sur des courbes de démarrage, qui sont des phases d'accélération, sur un moteur électrique la consommation augmente en fonction du delta entre la vitesse du rotor et celle du stator.

Coté électromagnétique, qui détermine la consommation du moteur, c'est la distance entre les deux champs qui augmente la consommation (l'un passe devant l'autre, il s'accrochent, mais la différence de vitesse fait qu'ils s’éloignent l'un de l'autre et pour essayer de garder leur proximité, ils augmentant leur attirance et du coup leur consommation).

Admettons que sur notre moteur de Zoé avec l'angle zéro décalé, la tension soit envoyée trop tôt ou trop tard, cela va impliquer une plus grande distance entre les champs par rapport à un angle zéro bien calé et donc une plus forte consommation d’électricité qui vient faire siffler l’électronique de puissance qui se trouve en limite de puissance par rapport à ce qu'elle peut fournir.

Dans les faits, comment est gérée la limitation de consommation du moteur ?
Par U ? (comme dans la majorité des applications industrielles ? démarrage étoile triangle, résistances en série, etc.)
Si il n'y a que U qui est pris en compte, I reste libre de son intensité.
Par I ? le PEB ne grillerais jamais et la charge sur l’électronique de puissance serait toujours la même (et donc le sifflement aussi, sauf vieillissement des composants).

Tout ça pour en venir à cette hypothèse :
La roue codeuse qui défini l'angle zéro se décale vis à vis de l'axe du rotor,
Le moteur se met à consommer une puissance que le PEB ne peut lui fournir.
Soit le PEB grille tout simplement, soit une consommation anormale est détectée et le PEB se mets en défaut sans remontée d'info.

Au final, moteur HS car il ne fonctionne pas correctement avec un PEB neuf (méthode de diagnostique des garages) et PEB HS car il n'a pas pu fournir la puissance demandée.

Une petite remarque : sur un moteur à rotor bobiné, il n'y a pas beaucoup d'intérêt à changer l'angle de pilotage du moteur. Donc le moteur doit fonctionner en permanence à l'angle optimal, c'est-dire 90°, puisque le couple varie comme le sinus de l'angle entre les champs crées au stator et au rotor.
Si le capteur se décale mécaniquement de 1°, cela représente 4° électriques sur un moteur 8 pôles, or sin 86° = 0.998, donc on perd 0,2% du couple... La précision du calage n'est donc pas aussi fondamentale et on n'est pas à 0,00002° près.

Merci pour ton message fort instructif @TomC

Avec un décalage mécanique  de 12,5°, la perte de couple est déjà plus conséquente.

Il y a une possibilité que j'ai oublié de prendre en compte au sujet de la procédure de calibration du point zéro : le cas où un garagiste décide de changer cette roue codeuse par une neuve.

Question : pourquoi une roue d'une si grande précision ? Je serais épaté que la réponse soit "on n'avait que ça sous la main".
Il est vrai que le rotor chauffe à une centaine de degrés, tourne à  11 000 tours à Vmax et est immergé dans un environnement fortement sujet aux champs magnétique mais quand même, plus c'est précis, plus ça coûte cher.

À l'occasion, je ferai une calibration sur ma voiture.

Les encodeurs ont deux signaux déphasés (sin/cos) donc les 6 quartets correspondent à 2 valeurs sur 12 bits soit 4096, rien d'anormal.

Merci @Romelec

La précision chute donc à 0,09 degrés, ce qui est tout de même précis.

Voici un visuel du capteur, qui se trouve en dehors du moteur et facilement accessible.



Il nécessite une certaine précision de montage (à 0.1 mm prés ?)

En fait, le montage ci-dessus n'est valable que pour les BFMA.

Sur les BFMB à F, il est différent et semble moins compliqué à mettre en oeuvre.

Côté électromagnétique, qui détermine la consommation du moteur, c'est la distance entre les deux champs qui augmente la consommation (l'un passe devant l'autre, il s'accrochent, mais la différence de vitesse fait qu'ils s’éloignent l'un de l'autre et pour essayer de garder leur proximité, ils augmentant leur attirance et du coup leur consommation).

Petit détail de maniaque : ce n'est jamais deux champs qui s'accrochent (physiquement impossible), c'est le champ du stator et le moment magnétique du rotor.

Quand un champ magnétique
Rencont' un aut' champ magnétique,
Qu'est-ce qui s' répliquent ?

Eh bien rien du tout car il ne se causent pas, ils s'ignorent royalement. Ils se traversent et rien ne se passe.

Le rotor a bien un champ en plus de son moment, mais il ne sert à rien pour produire le couple moteur, il va plutôt s'y opposer en induisant une force contre-électromotrice dans le stator, qui va contrarier l'alimentation.
Le moment, lui, n'a pas ce type d'action, car ce n'est pas dans sa nature de produire directement des effets inductifs, et contrairement à un champ il ne se propage pas et reste confiné dans le rotor. Il faut que ce soit le champ du stator qui vienne l'y chercher.

La formule c'est bien moment du couple mécanique = produit vectoriel du moment magnétique et du champ magnétique.
On ne trouvera pas de formule où le couple est obtenu par la combinaison directe de deux champs magnétiques.

C'est un détail qui a toute son importance.

Merci @Passant_Mbr

en induisant une force contre-électromotrice dans le stator, qui va contrarier l'alimentation

C'est une contrariété superficielle ou une contrariété qui peut endommager l'alimentation ?
Est-ce que cette contrariété peut se gérer dans la gestion de l'alimentation (modification des tensions par exemple pour limiter les effets de cette contrariété au moment où elle intervient) ?

@Passant_Mbr : désolé, mais le moment magnétique c'est plus une notion mathématique qu'autre chose. C'est bien pour représenter le champ magnétique d'un objet très petit, ou très lointain, mais dans le cas d'un moteur, on est dans le gros et le proche et cela n'a pas beaucoup de sens : par exemple comment un moment magnétique pourrait-il représenter un rotor 4 pôles ?

Par simplification on parle de champ du stator et du champ du rotor. Dans la réalité, bien entendu, il n'y a qu'un seul champ, créé par des sources au rotor et au stator. Ce champ possède une certaine énergie, essentiellement localisée au niveau de l'entrefer. Le couple créé correspond à la variation de cette énergie par rapport à la position angulaire du rotor.

Même si ça ne participe pas à la génération du couple cela fait partie du fonctionnement global normal du moteur, ça n'endommage rien, même sans aucune électronique de gestion, en prise directe sur le secteur. Il faut simplement tenir compte de la composition des tensions fournies par l'alimentation et de celles produites par cet effet dans les équations qui décrivent le comportement du moteur.

C'est evidemment un peu plus complexe en triphasé alternatif, mais c'est un équivalent de ce qui se passe en continu où on peut écrire U = E+RI, U tension d'alimentation, E tension contre electro-motrice R résistance des bobinages I courant.

En multipliant tout par I tu trouves UI = EI+ RI^2, ce qui se lit en disant que la puissance fournie par l'alimentation se décompose en  puissance utile réellement fournie au moteur + une perte dans les résistances. On voit bien que E joue un rôle indispensable pour la cohérence physique; pour arriver à fournir de l'énergie à quelque chose il faut bien que ce quelque chose s'y oppose, sinon c'est tout facile et ça veut dire qu'on ne transmet aucun effort à la charge.

Tant que tu fonctionnes en moteur on voit bien que E ne fera que limiter le courant qui est tiré de l'alimentation. Par contre si le moteur est entrainé par quelque chose tu pourrais arriver à monter E au dessus de U, et là il faut que l'alimentation le supporte.

C'est juste une manifestation de principes physiques fondamentaux comme la loi de l'action et de la réaction ou le principe selon lequel les effets s'opposent toujours aux causes qui leur ont donné naissance, qui ont trouvé ce moyen là pour se réaliser dans le cas des moteurs électriques.

A TomC : le cas d'école pour le calcul  du moment magnétique est une bobine rectangulaire, qui pourrait très bien représenter le rotor d'un moteur. Au bout du compte tu aboutis à un vecteur moment magnétique , et je pense que tu peux arriver à cette représentation finale d'un vecteur unique pour l'ensemble du rotor quel que soit l'arrangement des bobinages des courants, ou même des aimants permanents, qui sont aussi caractérisés par leur moment. Ensuite il ne te reste plus qu'à faire le produit vectoriel du champ par le moment, et c'est bien ce qu'on fait dans l'équation.

On peut aussi calculer à partir de la force de Laplace, mais justement le moment en est une généralisation  commode au départ. Il  y a cependant le cas trouble des moments magnétiques quantiques intrinsèques des particules dont l'origine est moins claire (mais qui sont une réalité physique). Mais au bout du compte tout ça se compose pour donner un moment tout à fait macroscopique et utilisable en pratique, sans notion particulière de taille ou de distance.

Ce qui peut troubler, c'est que  les moments créent les champs. Le champ du rotor est aussi créée par son moment, mais il ne pourra produire de couple sur le rotor (il ne s'auto-entraine pas) . Donc seul le champ du stator est à prendre en compte pour cela. Par contre le champ du rotor va aussi agir sur le moment du stator pour produire un couple égal et opposé sur ce dernier. Ce qui permet de respecter la loi de l'action et de la réaction, tout se passe comme si le rotor s'appuyait sur le stator pour tourner.

Et n'oublions pas que dans un moteur synchrone dans des conditions constantes , il y a un angle constant entre le champ magnétique et le moment, ou d'ailleurs  entre le champ et le rotor lui-même. De leur point de vue, tout se passe comme si on était dans une situation purement statique, donc sans variations de positions angulaires relatives. Mais un couple constant est bien produit.

En gros il faut considérer que les moments  "représentent" des courants, mais surtout pas les champs qu'ils produisent. Et la réalité physique de base, c'est bien un champ qui agit sur un courant: force de Lorentz, et force de Laplace. Et pas de notion de distance ou de taille dans ces équations.

Je garantis que personne n'utilise la notion de moment magnétique pour calculer un moteur... Et la bobine (circulaire) dans l'air n'est effectivement qu'un cas d'école. La présence de matériaux magnétiques ne permet pas de telles simplifications.
C'est aussi pourquoi la force de Laplace n'a pas sa place dans un moteur comme celui de la Zoe, car courant et champ magnétique ne passent pas au même endroit (aux fuites près).

j'ai déjà vu cet argument, et je pense que c'est quand même bien la force de Laplace, mais pas à l'endroit où on pense. En fait les courants dans les bobinages du rotor orientent les moments magnétiques du matériau ferromagnétique sur lequel ils sont bobinés, de manière à produire un moment magnétique d'ensemble dans le rotor. Et ensuite le champ du stator vient agir sur ce moment.

Dans mes cours, on utilisait la force de Laplace (mais sur les conducteurs) pour faire les calculs et les formules obtenues correspondaient bien aux résultats obtenus en travaux pratiques. C'est pourquoi je pense que l'analyse ci-dessus retombe en fait sur le même résultat final. j'ai une vague idée de la raison pour laquelle ça se produit, mais pas de démonstration précise.

J'aurais pu dire que c'est toujours un champ magnétique qui agit sur un courant électrique, mais le cas du moment des particules elémentaires indique qu'on est toujours sûr qu'il y a des moments, et pas toujours qu'il  y a des courants à la base, donc la notion de moment apparait plus générale.

Le choix des méthodes de calcul ne reflète pas forcément la réalité physique sous-jacente, et c'est plutôt à cette dernière que je m'attachais ici. Je suis conscient qu'il existe des descriptions très abstraites du fonctionnement des moteurs basés sur des flux d'énergie, et bien sûr elles fonctionnent et elles ont leur utilité. Mais pour la compréhension intuitive du fonctionnement c'est zéro par rapport à l'idée qu'un courant placé dans un champ subit une force et qu'en disposant convenablement les choses, on peut faire en sorte que cette force entraine le rotor en rotation.

Sinon dans l'exemple des cours on utilise bien une bobine rectangulaire, car les cotés horizontaux ne produisent que  des forces axiales qui s'annulent et disparaissent donc des calculs.

je pense qu'il y a aussi un piège dans la notion selon laquelle le flux magnétique ne pénètre pas dans le fond des encoches car ses parois sont à plus faible réluctance et constituent un chemin préférentiel. La reluctance reflète en réalité l'orientation des domaines magnétiques élementaires (les moments producteurs de champ) qui viennent ajouter leur champ à l'excitation magnétique de départ. A cause de cela une faible excitation magnétique produit un fort champ magnétique ce qui est modélisé par une reluctance faible.

Mais si les domaines magnétiques du rotor sont déjà orientés par les bobinages de celui-ci, beaucoup plus proches, ils ne sont plus disponibles pour participer au champ du stator. Du coup, le matériau du rotor est vu comme à réluctance élevée, comme l'air en fait, et il n'y a plus de différence entre le fond des encoches et les parois, et le flux n'a plus de raison d'éviter le fond et les conducteurs qui s'y trouvent.

Et donc force de Laplace: le retour !

Pour un rotor quadripolaire, s'il s'agit de deux electroaimants à angle droit, je dirais que chacun a un moment magnétique selon son axe et le vecteur moment magnétique total résultant est sur la bissectrice. Mais je n'ai pas de calcul là-dessus en mémoire.

Certainement pas. Faites un dessin.

Pas le temps ce soir, mais à première vue si le champ est aligné sur cette bissectrice le produit vectoriel est nul , ce qui est cohérent avec le fait que les angles des deux electroaimants par rapport au champ sont opposés et produisent donc des couples opposés qui s'annulent. Pour que le moteur tourne, il faudra donc que le champ ne soit pas aligné de la sorte.

Concernant l'affirmation "il y a un seul champ":
Il y en a deux ou un c'est un choix d'associativite purement mathématique,  un simple déplacement de parenthèses dans le calcul qui n'a pas d'impact physique.

Supposons un champ B1 et un champ B2 qui agissent sur une boussole ou un rotor. Je peux dire que les champs produisent indépendamment un couple C1 et un couple C2 en agissant sur le moment de l'objet. Puis j'additionne les deux couples mécaniques pour obtenir le couple total C. Ou je peux dire que je commence par additionner les deux champs pour obtenir un champ B que je fais agir sur le moment de l'objet, pour obtenir directement le couple C. Même résultat, simple jeu de parenthèses n'impliquant aucune réaction physique de combinaison entre les champs.

Par ailleurs,  ayant mon champ total B, je pourrais le reséparer en deux composantes orthogonales, une colinéaire au moment qui ne produira aucun couple, et une perpendiculaire qui produira un couple maximal. Et on voit que la contribution du rotor au champ B étant entièrement colineaire, ne produit aucun couple, et peut donc être ignorée.  Seul le champ du stator agit.

Et le zzzzzs dans tout ça ?

Il est toujours présent, mais pour les personnes de notre entourage qui nous entendent dormir devant l'écran.

S'il vous plait, ne vous étripez pas

Voici les valeurs obtenus lors des différents apprentissage du 'Zéro angle'

origine : DB6650
DAC629
DAE9C0
DB0A2E
DB1A80
DB1D4D
DB26B6
DB2EE1
DB2D90
DB3618
DB3618
DB30FA
DB3E4F
N : DB3E4F
N : DB3E4F
N : DB30FA
DB3618
DB30FA
DB31D5
tours de roue
DB0027
DB1D4D
DB1A80
DB26B6
roue bloquée a la main : DB30FA
DB2EE1
DB3982
DB4623
DB40C1
DB3E4F
DB40C1
DB3E4F
DB4E74
DB4E74
DB4E74
DB40C1
DB4E74
DB49B9
DB4E74

Certaines valeurs reviennent plusieurs fois comme DB3E4F et surtout DB4E74 qui va être la nouvelle valeur.

La procédure que j'ai utilisé
Vis à vis de la voiture
Serrer le frein à main
Lever les roues avant de la voiture
Mettre la voiture en mode garage
--> insérer la carte,
--> mettre sur D
--> appuyer plusieurs secondes sur 'start/stop' jusqu'à ce que le message 'retirer la carte' s'affiche au tdb
--> ne plus toucher la carte ni le bouton 'start/stop' ni le levier de vitesse

Sur Renolink
Connexion au calculateur du PEB
Lancement de la procédure d'apprentissage


Lors de l'apprentissage
Les roues se sont mises à tourner vers l'avant d'environ 60° en 10s puis retour au point de départ en 10s également.
C'est pas violent du tout.

Les annotations sur les valeurs
origine : la valeur inscrite avant le test (chaque apprentissage réécrit automatiquement la nouvelle valeur).
N : j'ai mis le levier sur N, au lieu de D et les roues ont tourné quand même.
tours de roue : j'ai fait tourner une des roues sans que l'autre ne tourne pour faire tourner le moteur.
roue bloquée a la main : j'ai bloqué une des roues avec la main durant l'apprentissage pour estimer le couple (qui est quasi inexistant).

Divers
Au milieu des essais, la pompe s'est mise en route.
Le rotor était à 70°C.

Durant ce message, le 12V a été débranché pour réinitialiser les calculateurs et prendre en compte la nouvelle valeur de l'angle zéro.

Maintenant, essai routier.

Par contre, je ne sais absolument pas comment convertir ces valeurs en degrés pour estimer le décalage.
Quelqu'un a une idée ?

Hello,

Ce matin en me réveillant, je me suis dit : "et si les roues et leur potentiel déséquilibrage avait un impact sur les résultats".

J'ai donc refait des calibrations, sans les roues.
DAC9B3
DAE52B
DB0027
DB0A2E
DB05B4
DB151A
DB1D4D
DB26B6
DB217B
DB217B
DB292C
DB3618
DB2EE1
DB3982
DB3982
DB3E4F
DB40C1
DB3982
DB3E4F
DB3618
DB2EE1
DB3982
DB2EE1
DB26B6
DB2054
DB292C
DB31D5
DB2EE1
DB3569
DB3AF3
DB292C
DB3618
DB30FA
DB3618

Voici les résultats un peu mieux présentés avec en haut les résultats d'hier et en bas ceux d'aujourd'hui
La distribution des valeurs du bas ressemble plus à une distribution correspondant à une loi de distribution normale.



1) Les roues ont donc un impact sur la calibration.
2) la nouvelle nouvelle valeur va être DB2EE1

Nouvelle calibration et nouvel essai routier.

Bonsoir,

Je suis un poil déçu du résultat.

Avec 3% de batterie restante.
La vrai moyenne est plus proche de 50 km/h.

Au dernier trajet similaire, c'est ça

Avec 2% de batterie restante.

ça fait 3% de gain, qui peuvent s'expliquer par les conditions de roulage ou l'amélioration de la conduite.

Toutefois, j'ai l'impression que :
- Le "moteur" siffle moins.
- La voiture est plus nerveuse qu'avant la modif.
- La batterie se vide moins vite quand je roule pied dedans.

----
Note à moi même histoire de retrouver l'info.
Ma batterie s'est chargé de 3% à 20% en 1H sur du 13 A   alors que d’habitude, c'est 10% par heure.
Je dois avoir un fond de batterie conique.
----

Quelqu'un a une idée pour convertir les valeurs hexa en degrés ?
Voici ce que j'obtiens en partageant la valeur hexa en 2 valeurs (sin et cos) sur 12 bits.