Moteur brushless « gimbal » en prise directe, piloté en FOC
Un moteur brushless à faible Kv (famille « gimbal », ou moteur plat de robotique) monté à l’extérieur de la caisse, à la place de la manivelle. Il est piloté en FOC (commande vectorielle à courant sinusoïdal) avec un encodeur magnétique. MidiCore envoie la consigne de vitesse au variateur.
Silencieux
Ni engrenage ni balais, courant sinusoïdal, découpage au-dessus de 20 kHz : rien d’audible ne passe dans la table d’harmonie.
Régulier à basse vitesse
La roue tourne entre 0 et 2 tours par seconde au maximum, là où un pas à pas ou un motoréducteur « cogne ».
Réactif
Le couple s’établit en quelques millisecondes : les coups de poignet (chien, trompette) sont reproductibles et calables sur le tempo.
Trois modes, un seul moteur
Motorisé, assistance au bras du musicien, ou libre (manivelle à la main, le moteur ne fait que mesurer). Sans embrayage.
Réversible
Fixation par bride, sans perçage : l’instrument reste intact et jouable à la main.
Ce que la roue demande
Ordres de grandeur pour une vielle de taille courante (roue d’environ 160 mm). À confirmer par une mesure sur votre instrument avant de choisir le moteur.
tours par minute
Au plus 2 tours par seconde ; le jeu courant se situe entre 1 et 2 tours par seconde.
couple de frottement
Selon le nombre de cordes posées, leur pression, le coton et la colophane.
puissance mécanique
Très faible : l’enjeu n’est pas la puissance mais le silence et la régularité.
coup de poignet
Accélération brève qui fait lever le chien : il faut du couple crête et un asservissement rapide.
Le calcul
// Couple de frottement = cordes × pression × coefficient de frottement × rayon C_frott ≈ 5 × 2,5 N × 0,4 × 0,08 m ≈ 0,40 N·m // Coup de poignet : de 60 à 120 tr/min en 50 ms, roue en bois ≈ 200 g J ≈ ½ × 0,2 kg × (0,08 m)² ≈ 6,4·10⁻⁴ kg·m² α ≈ (12,6 − 6,3) rad/s ÷ 0,05 s ≈ 126 rad/s² C_acc ≈ J × α ≈ 0,08 N·m // Puissance à la vitesse maximale, 120 tr/min P ≈ 0,40 N·m × 12,6 rad/s ≈ 5 W
Comparatif des actionneurs
Le premier critère est le bruit transmis à la caisse : sur un instrument acoustique, la moindre vibration mécanique s’entend dans le bourdon.
| Solution | Silence | Basse vitesse | Coup de poignet | Jeu manuel / assistance | Complexité | Verdict |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Brushless gimbal en prise directe + FOC moteurs gimbal 52xx à 81xx, moteurs plats de robotique | Excellent | Excellent | Excellent | Oui, sans embrayage | Moyenne | Recommandé |
| Petit brushless + courroie 1:3 à 1:5 courroie poly-V ou ronde, plus silencieuse qu’une courroie crantée | Très bon | Très bon | Très bon | Oui, un peu plus dur à la main | Moyenne | Alternative compacte |
| Pas à pas NEMA 17 + driver TMC2209 + courroie | Correct | Résonances | Limité | Non | Faible | Prototype |
| Motoréducteur à balais | Bruyant | Moyen | Jeu dans les pignons | Non | Très faible | Validation mécanique seulement |
| Galet d’entraînement sur la roue | Moyen | Glissements | Mauvais | Non | Moyenne | Abîme la roue |
Pourquoi le brushless piloté en FOC
Un moteur gimbal est conçu pour tourner lentement et en douceur : beaucoup de pôles, bobinage résistant, très peu de crans magnétiques (cogging). Piloté en FOC avec un encodeur, il délivre un couple continu et régulier jusqu’à l’arrêt, sans réducteur. Non alimenté, il se laisse entraîner presque librement : la manivelle reste utilisable.
Le pas à pas avance par crans : même en micro-pas, il vibre à certaines vitesses et cette vibration passe dans la caisse sous forme de ronflement.
Architecture
MidiCore reste le cerveau musical ; un module « roue » dédié assure l’asservissement du moteur. La latence MIDI de MidiCore n’est pas affectée, et le module fonctionne avec n’importe quel équipement MIDI.
Composants
| Rôle | Prototype | Version scène | À retenir |
|---|---|---|---|
| Moteur | Moteur gimbal 52xx (12 à 24 V), en prise directe ou avec une courroie 1:2 | Moteur gimbal plat 60 à 80 mm, couple nominal 0,6 à 1 N·m | Vérifier le couple continu sur la fiche technique. Un arbre creux simplifie l’accouplement. |
| Variateur FOC | Carte SimpleFOC Mini (DRV8313) + microcontrôleur STM32 | Carte STM32G4 dédiée, ou variateur clé en main à bus CAN | Découpage à 20 kHz minimum, sinon le moteur siffle. |
| Encodeur | Encodeur magnétique 12 bits | Encodeur magnétique 14 bits (MT6701, AS5047P) | La régularité à 1 tr/s dépend directement de la résolution. |
| Alimentation | Batterie d’outillage 18 V (type Makita LXT) ou bloc secteur au sol | Batterie d’outillage 18 V portée à la ceinture ou sur la sangle, jamais sur la caisse | Batterie protégée et interchangeable en quelques secondes. Fusible, connecteur verrouillable, arrêt d’urgence au pied. Un convertisseur abaisseur alimente MidiCore en 5 V. |
| Liaison MidiCore | MIDI DIN | MIDI DIN ou bus CAN | Le MIDI suffit : une consigne toutes les quelques millisecondes. |
Pilotage musical
Le module roue écoute des messages MIDI sur son canal. Tout ce qui envoie du MIDI peut donc jouer la roue : MidiCore, un clavier, un logiciel.
Mode moteur
La vitesse suit une pédale d’expression (entrée analogique de MidiCore, lissée) ou un contrôleur MIDI. Une vitesse, une nuance.
Mode assistance
L’encodeur mesure le geste sur la manivelle et le moteur ajoute un couple proportionnel. Le musicien garde le geste sans l’effort : fatigue, tendinites, rééducation.
Mode libre
Moteur coupé, jeu entièrement manuel. L’encodeur envoie la vitesse de la roue en MIDI : la manivelle devient un contrôleur.
Coups de poignet
Un footswitch ou une note MIDI déclenche une impulsion de vitesse. Avec l’horloge MIDI, MidiCore peut générer des motifs de chien calés sur le tempo.
Table MIDI proposée
| Message | Fonction | Valeurs |
|---|---|---|
CC 16 | Consigne de vitesse | 0 = arrêt … 127 = 120 tr/min (2 tours/s), courbe réglable |
CC 17 | Temps de rampe | 0 = instantané … 127 = 2 s |
CC 18 | Mode | 0–31 moteur · 32–63 assistance · 64–95 libre |
CC 19 | Limite de couple | 0 … 127 = 100 % du couple moteur |
CC 20 | Gain d’assistance | 0 … 127 |
Note On 36 | Coup de poignet | Vélocité = amplitude ; durée réglée par CC 21 |
CC 120, CC 123 | Arrêt doux | Rampe jusqu’à l’arrêt, puis moteur libre |
Sortie CC 22 | Vitesse mesurée de la roue | Envoyée par le module en mode libre |
Table proposée, en cours de développement. Les contrôleurs 16 à 22 sont libres dans la norme MIDI et peuvent être réaffectés dans le routeur de MidiCore.
Montage mécanique
Moteur hors de la caisse
Côté manivelle, sur une bride serrée au bloc de queue avec des cales en liège ou en caoutchouc. Aucun perçage.
Accouplement souple
Accouplement à mâchoires avec croisillon élastomère, sans jeu : il rattrape les défauts d’alignement et filtre les vibrations.
Découplage
Plots silicone ou Sorbothane entre la bride et l’instrument. Le moteur ne touche la vielle que par l’axe.
Alimentation 18 V
Batterie d’outillage 18 V (type Makita LXT) : protégée, robuste, interchangeable. En 18 V, le moteur peut dépasser 400 tr/min à vide, bien au-delà des 120 tr/min nécessaires. La batterie se porte à la ceinture ou sur la sangle, reliée par un câble souple.
Manivelle conservée
Moteur à arbre traversant, ou manivelle refixée sur le rotor : le jeu à la main reste possible.
Réglages qui s’entendent
- Découpage à 20 kHz minimum : en dessous, sifflement dans la caisse.
- Compensation du cogging : table de correction mesurée une fois, proposée par la plupart des firmwares FOC.
- Boucle de vitesse à 1 kHz minimum, avec anticipation du frottement : la colophane provoque un collé-glissé que la boucle doit absorber, sinon un léger vibrato apparaît.
- Rampe sur la consigne pour éviter les à-coups quand la pédale bouge vite.
Plan de prototypage
- Mesurer la vielle. Couple au peson (cordes posées, chien engagé), vitesse de jeu habituelle, diamètre et forme de l’axe de roue.
- Banc d’essai hors instrument. Moteur, variateur et encodeur en boucle de vitesse ; régularité vérifiée à 30, 60 et 120 tr/min avec un frein à friction qui simule les cordes.
- Test acoustique. Moteur seul, fixé sur la vielle, cordes étouffées : aucun bruit ne doit émerger du bruit de fond de la pièce.
- Liaison MidiCore. Pédale d’expression vers la consigne de vitesse ; courbe et rampe réglées à l’oreille.
- Coups de poignet. Footswitch, puis motifs synchronisés à l’horloge MIDI, jusqu’à ce que le chien réponde franchement.
- Assistance et intégration. Gain d’assistance réglé avec des musiciens ; bride définitive, câblage, alimentation.
Parlons de votre instrument
Chaque installation MidiCore est étudiée au cas par cas, selon l’instrument, le jeu et les besoins du musicien. Écrivez-nous : nous revenons vers vous avec une proposition adaptée.