Actionneurs · Vielle à roue

Motoriser la roue d’une vielle

Faire tourner la roue sans la manivelle — pilotée par une pédale, par le MIDI ou en assistance du bras du musicien — sans bruit parasite dans la caisse, et avec les coups de poignet qui font parler le chien.

La solution recommandée

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.

Étape 1

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.

0 – 120

tours par minute

Au plus 2 tours par seconde ; le jeu courant se situe entre 1 et 2 tours par seconde.

0,2 – 0,5 N·m

couple de frottement

Selon le nombre de cordes posées, leur pression, le coton et la colophane.

≈ 5 W

puissance mécanique

Très faible : l’enjeu n’est pas la puissance mais le silence et la régularité.

< 50 ms

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
Cible : au moins 0,6 N·m en continu en prise directe (frottement + coup de poignet ≈ 0,5 N·m, plus 20 % de marge). Avec une courroie de rapport 1:4, un moteur de 0,15 N·m suffit.
Mesurer votre vielle en cinq minutes. Accrochez un peson à la poignée de la manivelle, cordes posées et chien engagé, puis tirez perpendiculairement au bras pour faire tourner la roue régulièrement. Couple = force lue (N) × longueur du bras (m).
Étape 2

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.

SolutionSilenceBasse vitesseCoup de poignetJeu manuel / assistanceComplexitéVerdict
Brushless gimbal en prise directe + FOC
moteurs gimbal 52xx à 81xx, moteurs plats de robotique
ExcellentExcellentExcellentOui, sans embrayageMoyenneRecommandé
Petit brushless + courroie 1:3 à 1:5
courroie poly-V ou ronde, plus silencieuse qu’une courroie crantée
Très bonTrès bonTrès bonOui, un peu plus dur à la mainMoyenneAlternative compacte
Pas à pas NEMA 17 + driver TMC2209 + courroieCorrectRésonancesLimitéNonFaiblePrototype
Motoréducteur à balaisBruyantMoyenJeu dans les pignonsNonTrès faibleValidation mécanique seulement
Galet d’entraînement sur la roueMoyenGlissementsMauvaisNonMoyenneAbîme 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.

Étape 3

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.

Pédale d’expression + footswitch Clavier, DAW MIDI, horloge MidiCore courbe de vitesse coups de poignet au tempo Module roue variateur FOC boucle vitesse ≥ 1 kHz Moteur brushless Roue de la vielle Encodeur magnétique MIDI 3 phases accoupl. position
La boucle d’asservissement rapide vit dans le module roue ; MidiCore n’envoie que des consignes musicales.

Composants

RôlePrototypeVersion scèneÀ retenir
MoteurMoteur gimbal 52xx (12 à 24 V), en prise directe ou avec une courroie 1:2Moteur gimbal plat 60 à 80 mm, couple nominal 0,6 à 1 N·mVérifier le couple continu sur la fiche technique. Un arbre creux simplifie l’accouplement.
Variateur FOCCarte SimpleFOC Mini (DRV8313) + microcontrôleur STM32Carte STM32G4 dédiée, ou variateur clé en main à bus CANDécoupage à 20 kHz minimum, sinon le moteur siffle.
EncodeurEncodeur magnétique 12 bitsEncodeur magnétique 14 bits (MT6701, AS5047P)La régularité à 1 tr/s dépend directement de la résolution.
AlimentationBatterie d’outillage 18 V (type Makita LXT) ou bloc secteur au solBatterie d’outillage 18 V portée à la ceinture ou sur la sangle, jamais sur la caisseBatterie protégée et interchangeable en quelques secondes. Fusible, connecteur verrouillable, arrêt d’urgence au pied. Un convertisseur abaisseur alimente MidiCore en 5 V.
Liaison MidiCoreMIDI DINMIDI DIN ou bus CANLe MIDI suffit : une consigne toutes les quelques millisecondes.
Étape 4

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

MessageFonctionValeurs
CC 16Consigne de vitesse0 = arrêt … 127 = 120 tr/min (2 tours/s), courbe réglable
CC 17Temps de rampe0 = instantané … 127 = 2 s
CC 18Mode0–31 moteur · 32–63 assistance · 64–95 libre
CC 19Limite de couple0 … 127 = 100 % du couple moteur
CC 20Gain d’assistance0 … 127
Note On 36Coup de poignetVélocité = amplitude ; durée réglée par CC 21
CC 120, CC 123Arrêt douxRampe jusqu’à l’arrêt, puis moteur libre
Sortie CC 22Vitesse mesurée de la roueEnvoyée 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.

Étape 5

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.

Sécurité. Limitation de couple active en permanence, arrêt d’urgence au pied, démarrage progressif, capot de roue en place. Le couple est faible mais suffit à pincer un doigt ou un cheveu contre la roue.

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.
Étape 6

Plan de prototypage

  1. Mesurer la vielle. Couple au peson (cordes posées, chien engagé), vitesse de jeu habituelle, diamètre et forme de l’axe de roue.
  2. 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.
  3. Test acoustique. Moteur seul, fixé sur la vielle, cordes étouffées : aucun bruit ne doit émerger du bruit de fond de la pièce.
  4. Liaison MidiCore. Pédale d’expression vers la consigne de vitesse ; courbe et rampe réglées à l’oreille.
  5. Coups de poignet. Footswitch, puis motifs synchronisés à l’horloge MIDI, jusqu’à ce que le chien réponde franchement.
  6. 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.