Le Moteur

Principe

• Chaque aimant (rotor et stator) est entouré d'une bobine de compensation.
• Approche : les deux bobines annulent leur champ — rotation libre, pas d'interaction.
• Point de passage : coupure simultanée des deux bobines — pôles identiques révélés, répulsion, poussée.
• Construction mécanique (disques, bobinage, coulée résine) : méthode Piggott, générateur à flux axial pour éolienne domestique, documentée sur tripalium.org.

Disposition des pôles

Motif groupé -1, +1, +1, -1 (S, N, N, S, S, N, N, S…) répété sur le disque. Chaque aimant rotor croise deux positions stator de même polarité consécutives : deux impulsions de répulsion par transit.

Cycle

Aimant

• N42, cylindre Ø10 × 10 mm (ou bloc 10×10×10 mm).
• Ratio longueur/diamètre ≈ 1 : résiste à la démagnétisation sous le champ opposé de la bobine de compensation. Évite les formats plats.
• Format standard, quelques dizaines de centimes pièce en quantité.
• Plus gros : plus de force par pôle, plus de cuivre par bobine, moins de pôles par disque. Plus petit : l'inverse.

Bobine de compensation

Noyau poudre de fer isolée (SMC, μᵣ ≈ 200, saturation 1,5-1,8 T) coulé directement autour de l'aimant. Bobine calée sur la longueur de l'aimant : L ≈ 12 mm.

• 500 spires, 16 couches, Ø extérieur du bobinage fini ≈ 20 mm — à prévoir dans le pas polaire du disque.
• Coulée directement autour de l'aimant (moule ajusté, résine de liant), zéro entrefer d'assemblage : 1 mm d'entrefer ≡ 20 cm de noyau en plus.

Fabriquer un module aimant + noyau

1. Moule cylindrique creux : Ø intérieur ≈ 16 mm (laisse ≈ 3 mm de noyau tout autour de l'aimant Ø10mm — section nécessaire au calcul μᵣ≈200), hauteur ≈ 14 mm (PLA imprimé en 3D ou tube plastique fendu, démoulable).
2. Dépose un disque non magnétique fin (carton, PLA) au fond du moule, même diamètre que l'aimant : cale la hauteur de l'aimant et laisse une couche de noyau en-dessous.
3. Place l'aimant N42 sur ce disque, au centre du moule. Centrage radial : un gabarit temporaire (disque carton/PLA percé au Ø de l'aimant, posé sur le bord du moule) maintient l'aimant centré et droit pendant la coulée — l'aimant plein n'a pas de perçage, rien ne le traverse.
4. Mélange poudre de fer carbonyle + résine époxy fluide, ≈ 70-80 % poudre en masse, jusqu'à pâte homogène.
5. Coule autour de l'aimant ; tapote ou passe en table vibrante pour chasser les bulles (chaque bulle = micro-entrefer).
6. Polymérisation complète (temps de cure de la résine — souvent 24 h à température ambiante).
7. Démoule, ponce la surface extérieure.

Bobiner et calibrer au gaussmètre

Courant identique I_ann ≈ 0,11 A pour toutes les bobines de la machine. Le nombre de spires absorbe la variabilité de fabrication (B_r ±5-10 %, μᵣ réel du noyau) :

1. Fixe le noyau coulé sur un mandrin de bobinage (perceuse à vitesse lente + guide-fil, ou bobinage main).
2. Ancre le premier brin de fil (point de colle), laisse ≈ 5 cm de sortie.
3. Bobine couche par couche (≈ 31 spires/couche sur 12 mm), fine couche de vernis entre chaque couche pour maintenir l'ensemble.
4. Alimentation réglée à I_ann constant, sonde d'un gaussmètre à effet Hall contre la face utile de l'aimant.
5. Teste au gaussmètre tous les ≈ 50 tours, jusqu'à ce que le champ mesuré passe par zéro à ce courant.
6. Arrête le bobinage à ce point, ancre le second brin, laisse ressortir les deux fils.
7. Note le nombre de spires N obtenu (variera d'un aimant à l'autre, ≈ 480-520 autour des 500 calculées) ; le courant reste identique partout.

Rotor

2 platines face à face (rotor + stator), pas un sandwich à 3 disques — la platine rotor tourne, la platine stator reste fixe, séparées par un entrefer réglable. Divise par deux le nombre de modules par rapport à un montage à double rotor.

• 1 disque en contreplaqué 10-15 mm — non conducteur, non magnétique.
• Perce un logement par module (Ø module + 0,5 mm de jeu, profondeur = hauteur du module), en cercle, motif -1, +1, +1, -1 (8 modules).
• Colle chaque module (époxy structural) dans son logement, fils routés par l'arrière du disque vers le moyeu central.
• Option : pastille d'acier collée derrière chaque aimant seul (pas un disque continu) pour regagner l'effet de culasse arrière, sans réintroduire de couplage ni de courants de Foucault.
• Alimentation des bobines tournantes : bagues collectrices + balais (simple), ou transformateur tournant à couplage inductif (zéro usure, recommandé si à l'aise en électronique HF).
• Entretoise réglable — 3-4 tiges filetées entre les deux platines, écrous de chaque côté : règle l'entrefer rotor/stator en les vissant/dévissant symétriquement, plus simple qu'un jeu de cales fixes à refaire à chaque essai.

Stator

• 1 disque en contreplaqué 10-15 mm, identique au rotor, monté fixe en face de lui sur les tiges filetées de l'entretoise.
• Chaque position : un aimant + sa bobine de compensation, même construction que côté rotor, motif -1, +1, +1, -1 en phase avec le rotor (8 modules).
• Fils de chaque module routés vers le bord du disque, vers le contrôleur.
• Capteurs à effet Hall collés à côté de chaque module, pour le timing.

Électronique — composants

• MCU : Arduino Nano (ou STM32 Blue Pill pour plus de vitesse/canaux).
• 1 capteur Hall par position stator : A3144 (sortie digitale, collecteur ouvert) + résistance de tirage 10 kΩ vers +5V.
• 1 MOSFET logique par bobine stator : 2N7000 ou IRLZ44N (0,11 A — largement dans leurs specs), monté en interrupteur bas-côté (low-side).
• 1 résistance d'ajustement par bobine (en série avec la bobine) : fixe I_ann précisément malgré la résistance propre variable de chaque bobine.
• 1 diode de roue libre (1N4148 suffit à ce niveau de courant) en parallèle sur chaque bobine, cathode côté +Vcc.
• Canal rotor : oscillateur HF (≈100 kHz, 555 ou timer MCU dédié) → MOSFET → primaire du transformateur tournant → secondaire rotor → pont redresseur (4×1N4148) → condensateur de lissage → bobines rotor (câblées en parallèle, une résistance d'ajustement par bobine).

Électronique — logique de commande

• Chaque position stator est indépendante : sa propre Hall, son propre MOSFET, son propre pin MCU.
• Le rotor est périodique et symétrique au stator (même motif, même nombre de pôles) : toutes les bobines rotor se masquent/révèlent en même temps — un seul canal (une seule excitation HF) suffit pour tout le rotor, bobines rotor câblées en parallèle sur le secondaire redressé.

Code de contrôle

8 positions stator, timing : bobine ON tant que le Hall détecte l'approche, OFF au passage. Le canal rotor suit la même logique, partagée par une seule broche.

const uint8_t HALL_PINS[8]   = {2,3,4,5,6,7,8,9};
const uint8_t STATOR_PINS[8] = {22,23,24,25,26,27,28,29};
const uint8_t ROTOR_PIN      = 30;  // active/désactive l'oscillateur HF du transfo tournant

void setup() {
  for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    pinMode(HALL_PINS[i], INPUT_PULLUP);
    pinMode(STATOR_PINS[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(ROTOR_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  bool anyApproach = false;
  for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    bool approach = (digitalRead(HALL_PINS[i]) == LOW);  // Hall actif = aimant proche
    digitalWrite(STATOR_PINS[i], approach ? HIGH : LOW); // bobine ON pendant l'approche
    anyApproach |= approach;
  }
  digitalWrite(ROTOR_PIN, anyApproach ? HIGH : LOW);     // rotor synchronisé, canal partagé
}

À haut régime, remplace la boucle de lecture par des interruptions (STM32, ou lib PinChangeInterrupt sur AVR) pour ne pas rater un passage.

Tests

• Tension réduite, timing vérifié à l'oscilloscope avant montée en régime.
• Wattmètre, tachymètre, frein de Prony → rendement = P_méca / P_élec.
• Documente et partage tes chiffres.

⚠️ Sécurité

• Aimants à haute vitesse : carter de protection, lunettes, montée en régime progressive.
• Résine époxy et poudre de fer : ventilation, gants, masque.
• Bagues/balais ou transformateur tournant : isolation vérifiée avant mise sous tension, fusible côté alimentation.

Où trouver les composants

Besoin total calculé pour la machine complète (2 platines face à face) : 16 modules aimant+bobine (8 rotor + 8 stator), 9 canaux de commutation (8 stator + 1 rotor partagé), 8 capteurs Hall (stator seulement).

Le fil de bobinage domine le budget (≈ 452m au total, 500 spires × 16 modules) : à ce volume, une bobine de fournisseur électronique (0,5-1kg en vrac) revient nettement moins cher que 12 lots de détail à l'unité — compare avant de commander. MOSFET 2N7000 choisi ici (largement suffisant, tension/courant très faibles) ; IRLZ44N reste une alternative si préféré, mêmes quantités. Le premier lien d'aimant fourni (B003MWDVBS) était inaccessible au moment de la vérification — utilise le second (SIGEL Ba701) qui correspond exactement aux specs.

🔧 G1FabLab

Candidat concret pour les G1FabLab du réseau UPlanet — mesuré, documenté, partagé.