Les alternatives à la motorisation Jouef Dernière mise à jour :
21/02/2009
© P.Béraud 2009
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  1. Introduction
  2. Attention aux variantes de moteur
  3. Comportement à basse vitesse
  4. Quelques exemples de moteurs
  5. Adaptation en fonction de la vitesse de rotation
    1. Par réduction de la tension d'alimentation
    2. Par modification du rapport de réduction
  6. Conclusion



Après avoir étudié d'une manière générale le comportement des moteurs électriques à courant continu et aimant permanent (page Théorie moteur), puis dressé le portrait typique des moteurs Jouef (page Motorisation Jouef), nous sommes maintenant en mesure de les comparer à la "concurrence".

Lorsque nous sommes face à une ancienne locomotive qui reste "poussive" malgré un bon nettoyage et lubrification des mécanismes, que la transmission est en bon état et que le problème est localisé au moteur, nous avons également vu ce que pouvait apporter le remplacement de l'aimant.
Cette solution a l'avantage d'être particulièrement particulièrement simple (aucune modification mécanique) et peu coûteuse, mais n'est pas universelle et suppose que le moteur est par ailleurs en bon état (collecteur, charbons, paliers, induit non coupé...). Dans certains cas, il est plus raisonnable de le changer.

Alors, lequel prendre en remplacement ?


Introduction


Cette page rassemble quelques exemple de moteurs disponibles dans le commerce, et décode les (souvent rares) données disponibles, afin de comparer les différents produits sur la même base.
Cette liste n'est pas exhaustive et est ouverte à vos suggestions :si vous disposez de fiches techniques de produits potentiellement intéressants, n'hésitez pas à me les communiquer (suivez le lien de contact en pied de page).

Avant de rentrer dans le vif du sujet, lisez bien ces quelques avertissements :

Je n'entretiens aucune relation commerciale avec les constructeurs ou distributeurs, et je m'efforce de fournir ces caractéristiques en toute objectivité. Leur exactitude dépend de celle de mes sources, et en outre l'erreur est humaine. Aussi je décline toute responsabilité quant aux conséquences de l'utilisation de cette page.
Les seuls moteurs que j'ai eu l'occasion de manipuler et de mesurer sont les moteurs Jouef.
Les données relatives aux autres moteurs proviennent des constructeurs ou d'autres sources citées. 
Cette page ne traite que des caractéristiques utiles pour évaluer une performance en traction.
Les modélistes s'intéresseront également à d'autres paramètres comme : le silence de fonctionnement ou les vibrations, la régularité à basse vitesse, le prix...
Cette page ne traite pas complètement de tous ces sujets.



Attention aux variantes de moteur

Pour une même carcasse de moteur, les fabricants peuvent décliner plusieurs variantes optimisées pour telle ou telle utilisation.
Généralement, le fabricant définit une version ou quelques variantes standards dans son catalogue, mais il peut également réaliser des séries spéciales (avec un volume de production minimal...) sur les spécifications d'un client.
C'est pourquoi il ne faut pas se fier seulement à la marque et à l'aspect extérieur d'un moteur pour l'identifier. Tous les caractères de la référence comptent...

Généralement, les variantes portent sur le bobinage de l'induit, avec plus ou moins de spires d'un fil plus ou moins gros. A peu de choses près, la carcasse fixe la puissance maximale du moteur, et le bobinage de l'induit permet de varier la tension d'alimentation pour une vitesse donnée (ou la vitesse pour une tension donnée...).


Comportement à basse vitesse

En modélisme ferroviaire, le comportement à basse vitesse (donc faible tension d'alimentation) revêt une importance capitale. En effet, il conditionne la possibilité de réaliser (sans caler !) un ralenti et participe beaucoup au réalisme des manoeuvres.

Les moteurs Jouef (en particulier à 3 pôles) ne sont pas particulièrement réputés sur ce point, bien que j'aie constaté par moi-même une amélioration après changement de l'aimant sur les 5 pôles.

En ce qui concerne les autres motorisations possibles, je n'ai pas d'expérience personnelle à vous livrer, aussi j'en resterai à quelques considérations générales :

Pour résumer, il est difficile de se prononcer sur le ralenti à la seule lumière des caractéristiques.
Si un faible constante RV, et/ou un grand nombre de pôles (5 ou plus) et/ou un volant d'inertie constituent un bon point de départ, rien ne remplace l'essai.


Figure 1, ci-contre :


Evolution de la droite de charge vitesse-couple d'un moteur, en fonction de la tension d'alimentation.
Toutes les caractéristiques sont parallèles, autrement dit la pente RV est constante et indépendante de l'alimentation.

A faible vitesse, la caractéristique est très courte et le moteur risque de caler à la moindre irrégularité du couple résistant.
A vitesse identique, un moteur à plus faible pente RV est plus robuste de ce point de vue (caractéristique plus longue) et donnera de meilleurs ralentis.
Caractéristiques vitesse-couple en fonction de l'alimentation


Quelques exemples de moteurs

Voici rassemblées les caractéristiques de quelques moteurs 12V de tailles comparables aux Jouef.
Les constantes utilisées ici sont celles définies dans la page "Théorie moteur" et déjà exploitées dans "Motorisation Jouef".
Je les ai obtenues par calcul à partir des caractéristiques publiées soit sur le site du fabricant, soit chez le revendeur, soit sur d'autres sites internet (l'origine des données est indiquée dans le tableau).

Caractéristiques sous 12V








Rendement maximal


Pmax KC RS Uo ωo Io RV Cb ρmax ωm Cm Im
Marque Modèle (W) (mN.m/A) (Ω) (V) (tr/mn) (mA) tr/(mn.mN.m) (mN.m) (%) (tr/mn) (mN.m) (mA) Source
Jouef 3 pôles 0,6 3,7 39 1,2 21053 77 20394 1,0 27 14064 0,34 155 Mesures perso
Page
Motorisation Jouef
5 pôles 1,0 5,8 25 1,0 15374 78 6072 2,5 36 10951 0,73 192
5 P + aimant 1,0 6,8 26 1,3 13389 65 4771 2,8 38 9741 0,76 172
Mabuchi FF-130SH-07750 0,4 24,3 72 1,9 4322 26 1274 3,4 39 3089 0,97 66 Site Conrad
Bühler 1.16.018.031 1,4 8,8 21 1,2 11700 60 2600 4,5 46 8826 1,11 184 Site Bühler
Igarashi N152025-420-G-3 0,9 11,6 29 1,2 7860 40 1793 4,4 42 5994 1,04 128 Site Igarashi
N152033-230-G-3 2,8 11,4 12 0,6 9460 50 837 11,3 60 7759 2,03 228
2025-02 1,6 4,4 12 1,5 16800 121 4506 3,7 31 12400 0,98 342 Site Conrad
Mashima MH-1620D 1,1 4,9 20 1,8 17490 90 7087 2,5 33 12600 0,69 232 Site Hollywood Foundry (*)
MH-1624D 1,7 5,7 15 1,5 16761 100 4276 3,9 40 12354 1,03 280
MH-1626D 2,0 7,0 15 1,0 15000 70 2902 5,2 50 11585 1,18 237

(*) Le site de Hollywood Foundry, producteur des bogies motorisés "BullAnt", publie les spécifications d'origine Mashima et d'autres données provenant de l'E.M.G.S. (groupement britannique Eighteen Millimetre Gauge Society)

A ma connaissance, les seuls moteurs 5 pôles du tableau sont le Jouef et les 3 Mashima.

Une fois ce tableau établi, le moyen le plus visuel de comparer ces moteurs, est de superposer sur un même graphique leurs droites de charge Vitesse-Couple.
Le moteur Jouef 5 pôles (en pointillés rouges) sert de référence :


Figure 2 :

Droites de charge Vitesse-Couple
des moteurs étudiés, sous 12V
Droites de charge des différents moteurs


Ces courbes, à elles seules, donnent les principales caractéristiques de chaque moteur :
D'emblée, deux moteurs se détachent nettement en queue de peloton :
Toutefois, la comparaison sous la même alimentation de 12V n'est pas complètement satisfaisante à cause des différences parfois importantes des vitesses de rotation. En roulage, on va faire en sorte que le modèle réduit circule à une certaine allure réaliste, ce qui signifie que l'on devra, d'une manière ou d'une autre, corriger ces différences de vitesse. Il est préférable de comparer ces moteurs après application de cette correction.
Je connais deux manières de réaliser cette correction : modifier la tension d'alimentation, ou modifier le rapport de réduction.


Adaptation en fonction de la vitesse de rotation

Certains moteurs du tableau présentent des performances intéressantes, mais sont plus rapides que le moteur Jouef d'origine. Comment réduire leur vitesse ?

Par réduction de la tension d'alimentation

C'est la méthode la plus simple pour corriger la vitesse excessive d'un moteur, mais qui n'est pas sans inconvénient : elle s'accompagne d'un chute de la puissance PMAX du moteur, et pour cette raison ne sera intéressante que pour une correction modérée.
Si vous n'apportez aucune modification au circuit d'alimentation interne de la locomotive, vous appliquerez naturellement cette correction en poussant moins loin la commande de vitesse pour obtenir l'allure voulue.

Il est également possible d'obtenir la chute de tension voulue en insérant dans la locomotive plusieurs diodes tête-bêche en série avec le moteur. Il est en revanche déconseillé de placer une résistance en série : en effet, cette résistance additionnelle diminuera effectivement la vitesse, mais s'ajoutera à la résistance interne RS du moteur et dégradera nettement ses performances par une augmentation significative de la constante de régulation de vitesse RV.

Quelle que soit la méthode choisie (modération de la commande de vitesse ou diodes en série), on est en mesure de retracer les droites de charge de la figure 2 après correction. Nous avons vu plus haut (figure 1) que la diminution de tension d'alimentation ne faisait que translater les droites de charge Vitesse-Couple.
Il faut égaliser les vitesses dans des conditions de charge vraissemblables (égaliser les vitesse à vide ne présente aucun intérêt). Une mesure de consommation en roulage à plat de ma CC40101 (équipée d'un Jouef 5 pôles avec aimant NdFeB), sous 12V, donne 200mA. D'après les courbes du moteur, cette consommation correspond à un couple résistant sur l'arbre moteur de 1mN.m. Nous prendrons cette valeur de couple comme hypothèse de charge typique.

Nous obtenons une nouvelle famille de graphes (figure 3) qui se croisent pour la plupart au point de fonctionnement 9300 tr/mn sous 1mN.m.


Figure 3 :

Droites de charge Vitesse-Couple
des moteurs étudiés, en réglant la tension d'alimentation de manière à uniformiser (lorsque c'est possible) la vitesse à environ 9000 tr/mn sous une charge de 1mN.m
Droites de charges avec adaptation de la vitesse par la tension

Dans tous les cas, la chute de tension nécessaire reste très modérée (2V maxi) et peut sans problème se répercuter sur la commande de vitesse sans aucune modification du circuit électrique de la locomotive.

On retrouve en queue de peloton les mêmes moteurs qu'auparavant (Jouef 3 pôles et Mabuchi FF-130SH-07750 vendu chez Conrad).
L'Igarashi
N152025-420-G-3 est nettement plus lent que les autres et pourrait convenir pour des locos de manoeuvre, sous réserve que son comportement à basse vitesse soit satisfaisant.

Tous les autres présentent après correction une vitesse conforme au Jouef d'origine, mais diffèrent par leur constante de régulation de vitesse RV que l'on souhaite faible :

Par modification du rapport de réduction

La modification du rapport de réduction entre l'arbre moteur et les roues d'un modèle constitue la meilleure solution qui soit pour s'adapter à la vitesse du moteur. C'est l'approche à adopter lorqu'on crée un modèle ex nihilo, mais certainement pas la plus simple lorsque l'on part d'une base existante. Autrement dit, elle n'est pas à la portée de tout le monde.
De plus, la gamme de moteurs étudiée ne le justifie pas vraiment, car nous avons vu ci-dessus que l'adaptation de vitesse peut s'obtenir par une diminution très modérée de la tension d'alimentation.

Examinons tout-de-même comment sont modifiées les caractéristiques du moteur ; l'ensemble moteur + réducteur est assimilable à un nouveau moteur aux caractéristiques modifiées :
Supposons que le moteur soit suivi d'un réducteur de rapport k. Pour simplifier, on néglige la déperdition de puissance dans le réducteur.
L'impact sur les droites de charge diffère de l'adaptation par la tension : Ce n'est plus une simple translation, car une diminution de vitesse s'accompagne d'une augmentation du couple de blocage, et d'une caractéristique plus horizontale (figure 4).
Comme précédemment, on équilibre les vitesse pour un couple de 1mN.m.


Figure 4 :

Droites de charge Vitesse-Couple
des moteurs étudiés, en modifiant le rapport de réduction de manière à uniformiser (lorsque c'est possible) la vitesse à environ 9000 tr/mn sous une charge de 1mN.m
Droites de charges avec adaptation de la vitesse par le rapport de réduction

Cette nouvelle famille de graphes ne bouleverse pas le classement précédent, tout en y apportant quelques nuances :
Ensuite , les cartes sont un peu remaniées :


Conclusion

Les candidats au remplacement des moteurs Jouef d'origine ne manquent pas.
La tentative de classement qui précède ne porte que sur les performances en traction et mériterait d'être consolidée par des essais visant le fonctionnement en conditions réelles et faible vitesse. Cette réserve concerne principalement la gamme Igarashi, à 3 pôle (en outre, les Igarashi sont légèrement plus volumineux que les Jouef).

Compte tenu de cette réserve, et en se bornant aux solutions éprouvées et déjà mises en oeuvre en modélisme ferroviaire, on peut conseiller les références suivantes :

Voilà pour le classement basé sur les chiffres et les documentations techniques.
Maintenant, n'hésitez pas à me faire part de vos expériences "pratiques". Je me ferai un plaisir de publier les témoignages pertinents.



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