06/01/2014

01/2014-1 - Les servomoteurs

 

Dans le billet précédent, j'ai publié des photos de servomoteurs actionnant des signaux et des aiguillages. Cette fois, je vais vous en parler en détail.

L'avantage des servomoteurs n'est plus à démontrer, du moins quant à moi qui ai été vite convaincu.
Parmi les innombrables servomoteurs proposés sur le marché, point n'est besoin de sélectionner parmi les puissants. Un servomoteur dont le couple est de l'ordre de 2 kg.cm est largement suffisant. Ils sont classés dans la catégorie des Mini Servo 5 – 10 g (le poids).

Quant au prix, il faut prendre la peine de chercher le meilleur rapport qualité-prix sur la toile Internet. Ceux que je me suis procuré chez un grossiste à Hong-Kong m'ont coûté 2 euros / pièce environ. J'ai vu les mêmes vendus à 15 euros sur des sites de modélisme proposant des décodeurs pour servomoteurs ! Sur le site Conrad bien connu, on trouve des servomoteurs comme les miens aux environs de 4 euros, ce qui est plus raisonnable. Il s'agit ici de servomoteurs analogiques qui fonctionnent très bien mais font un peu de bruit lors du fonctionnement lequel est assez bref. Les servomoteurs numériques sont un peu plus silencieux mais coûtent plus cher.

A l'intention des amateurs de calcul, voici quelques précisions.

L'unité officielle utilisée pour mesurer un couple est le N.m, c'est-à-dire le produit d'une force et d'un déplacement. On peut convertir bien sûr le N.m en kg.cm, une unité plus pratique pour les petits servomoteurs. Les 2 kg.cm dont je parle plus haut valent environ 0,2 N.m ou 20 N.cm (je laisse tomber les décimales).
Pour simplifier l'explication, imaginons un bras de levier fixé à l'axe du servomoteur. Si je choisis un servomoteur de 2 kg.cm de couple, cela équivaut à un poids de 2 kg suspendu à 1 cm de l'axe du servo, ou encore à 1 kg suspendu à 2 cm de l'axe ou encore à 5 kg à 4 mm de l'axe. On imagine aisément que la force qui s'exerce au bout du bras de levier est considérable au vu de la chose à mouvoir, en l'occurrence des lames d'aiguillage ou des palettes de signal mécanique, même si l'on tient compte des petites contraintes dues à la tringlerie qu'il faut vaincre, s'il en existe comme sur mes montages à base de servomoteur.

Bien sûr, les pointilleux feront remarquer que le mouvement est partiellement circulaire et que ce n'est strictement valable qu'en position où les tringles sont tangentes au cercle de leur entraînement, sans quoi il faudra passer par des sinus et des cosinus si l'on veut établir un calcul précis. Cela n'en vaut pas la peine et l'ordre de grandeur évoqué ici est largement suffisant.

D'autres indications sont la vitesse angulaire et l'angle de rotation. Les caractéristiques accompagnant les servomoteurs mentionnent la plupart du temps deux nombres, par exemple 0,13 / 60°. Cela correspond à un angle de 60° parcouru en 0,13 s. ce qui équivaut donc à une vitesse angulaire.

Ce qui est fort intéressant, c'est que l'on peut régler séparément 3 paramètres :
- la butée droite ;
- la butée gauche ;
- la vitesse angulaire.

C'est impeccable pour positionner avec précision les lames d'aiguillage et les palettes de signaux mécaniques.

 

Contrairement à un moteur classique qui est utilisé pour tourner avec une vitesse proportionnelle à un courant ou à une tension, un servomoteur est utilisé pour obtenir une position.
Pour actionner un servomoteur, il faut utiliser un microcontrôleur capable de délivrer des impulsions dont la durée varie entre 1 ms et 2 ms. J'utilise personnellement des décodeurs ESU (SwitchPilot Servo) dont les caractéristiques me satisfont pleinement et qui sont parfaitement adaptées au modélisme ferroviaire. Il existe cependant d'autres solutions.

Voici un exemple de servomoteur.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital

Caractéristiques du mini servo Tower Pro SG90 (au milieu) montré sur la photo :

Livré avec palonniers

Dimensions : 22 mm x 11,5 mm x 27 mm

Poids : 9 grammes

Vitesse : 0,12 sec/60° sous 4,8 V

Couple : 1,2 kg.cm sous 4,8 V

Tension : 4,8 V à 6 V

Prise : standard à 3 fils

Amplitude : de 0 à 180° (un peu moins en réalité)

Celui de droite est un micro servo plus léger et moins puissant mais coûtant sensiblement le même prix que le mini servo. Il convient plutôt pour l'échelle N.

 

Je vous livre l'adresse d'un site intéressant où vous pourrez glaner des infos intéressantes :

http://www.tamvalleydepot.com/products/servosaccessories....

 

J'en reviens à mes servomoteurs que j'accommode à ma sauce personnelle.

En ce qui concerne les signaux mécaniques, l'innovation résidait principalement dans les 3 facteurs suivants : motorisation des signaux en kit fournis sans moteur, installation par-dessus la table de roulement et précision dans le positionnement des palettes grâce au servomoteur.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital

C'est sur ce banc d'essai que j'ai mis au point la motorisation de mes signaux mécaniques à l'aide de servomoteurs et d'un décodeur SwitchPilot Servo ESU. Une prise D-Sub à 9 pôles permet de débrancher le signal (ou les 2 signaux le cas échéant) fixé sur le support en équerre. Il s'agit d'un modèle d'essai non peaufiné.
On voit sur la gauche une centrale et un amplificateur Lenz (première version) alimentés par un transformateur Märklin de récupération. Mon aidant Joseph m'a bricolé une plaquette comportant les 8 boutons-poussoirs permettant d'actionner les 4 servomoteurs raccordés au décodeur (ici, il n'y en a que trois). Le SwitchPilot Servo permet en effet la commande manuelle par boutons-poussoirs outre la numérique par manette de commande ou ordinateur.
Le réglage des 3 paramètres dont question ci-dessus se fait grâce aux boutons et diodes luminescentes situés sur le côté du décodeur.

 

N. B. : Ne faites pas attention, si toutefois vous l'avez remarqué, à la position erronée des palettes qui doivent se tourner vers la droite. Ce sera corrigé bien sûr.

 

La fabrication en série se fera après celle des moteurs d'aiguillage, ceux-ci ayant évidemment la priorité pour me permettre d'actionner les aiguillages et faire rouler des trains.

 

Au tour des aiguillages maintenant. Jusqu'il y a peu, j'étais resté fidèle à l'option d'un moteur d'aiguillage avec servomoteur à placer sous la table de roulement. Cette solution m'a toujours agréé jusqu'au jour où je me suis posé la question "mais pourquoi ne pas adopter la même solution que pour les signaux", à savoir les rendre amovible par le haut. Cette idée m'est venue lorsque, pour la ennième fois, je me suis cogné la tête contre le châssis en installant conventionnellement par le dessous un moteur d'aiguillage. Me disant une fois de plus que, l'âge aidant, ma vue et mon agilité laissaient à désirer et que cela n'irait pas en s'améliorant, j'ai aussitôt mis en chantier une nouvelle version de moteur d'aiguillage que je vous présente ici.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital,-servomoteur

Il s'agit ici d'une version avec 2 mini inverseurs, l'un pour alimenter en courant la pointe de cœur et l'autre pour renvoyer à la centrale - et donc au logiciel Train Controller de mon ordinateur - une information de changement d'état. Je ne compte pas installer un second inverseur sur tous les exemplaires à fabriquer car la position d'une partie des aiguillages n'a pas besoin d'être rétrosignalée à TC.
A noter qu'il s'agit d'une information basée sur un changement "mécanique" de l'aiguillage, ce qui est préférable à une info basée sur un changement d'état dans le décodeur. Reste à tester cette fonctionnalité à l'aide de Train Controller.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital,-servomoteur

Le moteur d'aiguillage est prêt à prendre sa place dans l'ouverture pratiquée dans la table de roulement. Seule la connexion au servomoteur est faite.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital,-servomoteur

Le moteur est encastré et la tige de commande enfourchée sur la barrette de commande des lames d'aiguillage.
Le moteur d'aiguillage est relativement écarté de la voie car un quai doit être installé ici entre le support du moteur et la voie.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital

J'ai réalisé une couverture provisoire qui montre qu'avec un peu de ballast ou de gravier, le camouflage sera parfait. On peut aussi utiliser d'autres solutions comme de la verdure par exemple.

 

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital

Un moteur d'aiguillage est déjà en place et un autre attend la découpe dans la table. Il y a bien sûr des moteurs gauches et droits pour permettre deux positions de pose.

 

 

-exploitation dcc_panneau technique,-tableau de commande optique_analogique ou digital,-servomoteur

Le gril ouest de la gare. Les bouts de carton noir camouflent les dételeurs amovibles commandés par servomoteur.


Comme on peut le voir sur la dernière photo, l'envie de faire du décor me démangeant, je présente déjà des ensembles de bâtiments pour être certain qu'ils s'intégreront bien dans le futur environnement.

La phase des mises au point et innovations techniques a duré pas mal de temps, plus que prévu d'ailleurs, mais ça valait la peine au vu des résultats. Je ne crois me tromper en disant que cette phase est terminée maintenant et je n'en suis pas mécontent du tout.
Le décor va pouvoir avancer désormais.

 

La prochaine fois, je vous entretiendrai des TCO et PT associés.

Commentaires

Bonjour,
votre réseau est tout simplement époustouflant.
Je débute dans ce domaine et je "pêche" les idées par-ci par-là. Votre installation est un modèle, rempli d'astuces pour un débutant.

Merci !!!

Écrit par : romain | 07/01/2014

Répondre à ce commentaire

Les commentaires sont fermés.