La motorisation du toit
Approche théorique :
Détermination de l'effort de déplacement du toit :
La motorisation du toit est une étape incontournable pour celui qui désire une installation intégralement pilotée à distance.
Avant de pouvoir choisir la motorisation à mettre en place, et notamment pour déterminer la puissance du moteur électrique, il est important de connaitre l’effort nécessaire à déplacer le toit. Plus l’effort pour déplacer le toit sera important, plus le moteur devra être puissant.
On comprend rapidement que l’intérêt dans cette aventure est d’avoir l’effort le plus réduit possible.
Avec un toit équipé de galets, roulants sur les rails (comme un train), l’effort est réduit. Le toit se déplace aisément à la main.
Néanmoins, je souhaitais bien dimensionner la motorisation pour ne pas être obligé d’y revenir.
Pour déterminer l’effort de déplacement du toit, je me suis livré à la petite expérience suivante :
J’ai attaché une corde au toit à l’aide d’un serre-joint. Vu que je n’ai pas de poulie (solution idéale), j’ai fixé un tube de PVC à l’aide de 2 serre-joints sur le chevron d’extrémité.
La poulie (ou le tube dans mon cas) a pour objectif de limiter les frottements de la corde sur le chevron.
J’ai attaché un seau à la corde.
L’expérience en image :
J’ai rempli progressivement le seau avec de l’eau jusqu’à ce que le toit se mette en mouvement.
J’ai posé le seau sur une balance pour déterminer le poids correspondant. J’ai repris l’essai 3 fois pour être sûr de ma mesure.
Bilan : pour un toit qui pèse une bonne centaine de kilo, la masse nécessaire à son déplacement est de 4,8kg. Ce qui représente une force de 48N (j’ai arrondi la constante g de 9,81 à 10, c’est plus simple).
Pour me prémunir d’une éventuelle dégradation des conditions de roulement dans le temps, je multiplie par 2 l’effort en question (je suis très conservatif en multipliant par 2 – On pourrait retenir un coefficient plus faible) et j’arrondis à un « chiffre rond ».
En fait, je me suis rendu compte qu’en hiver, avec le givre qui se dépose sur les rails, l’effort de déplacement du toit est plus important.
Il serait pertinent de renouveler l’expérience dans ces conditions afin d’avoir l’effort maximum à prendre en compte dans le calcul.
La mise en place d'un cordon chauffant au niveau de chaque rail permettrait d'éliminer le givre ou la neige qui s'est déposé.
La forme en oméga du rail offre une cavité dans laquelle il est possible de passer un cordon chauffant. A étudier ultérieurement.
==> Par conséquent, je retiens 100N comme effort à garantir pour déplacer le toit.
Calcul de la motorisation :
Vu que j’ai prévu un système à câble et poulies, je pense m’orienter vers des poulies de 60mm de diamètre. Avec un pignon du même diamètre, on arrivera au même résultat en terme de couple à produire. Le couple à fournir par la transmission mécanique est de 100 (force à transmettre en N) x 0,03 (rayon de ma poulie en mètre), soit 3N.m. Pour ceux qui ont l’habitude de serrer avec une clé dynamométrique, on parle plutôt d’un couple de 0,3 mKg, c’est à dire pas grand-chose.
2ème paramètre à déterminer, la vitesse de rotation du moto-réducteur qui va faire tourner la poulie. Je voudrais que mon toit mette 30 secondes pour assurer la course complète qui est de 2,50m. La poulie faisant 60mm de diamètre, sa circonférence fait 60 x pi = 188 mm (ou 0,188 mètre). La poulie devra tourner à une vitesse de (2,50/0,188) x 2 (rapport de 30s à 1mn) soit 26,6 tours par minute.
Quel motoréducteur retenir ?
Il faut que je trouve un moto-réducteur fournissant un couple d’au moins 3 N.m (ou 300 N.cm ou 30kg.cm) et qui tourne à une vitesse d’environ 27 tr/mn. Dans cette gamme de couple et vitesse, on n’est plutôt sur un modèle à courant continu basse tension. Si je trouve un modèle ayant un couple supérieur, pas de problème.
Si la vitesse de rotation est plus importante, soit j’intercale un étage de réduction à l’aide de poulies ou de pignons, soit je réduit la tension d’alimentation du moteur électrique. Le mieux serait même de « hacher » la tension d’alimentation pour conserver le couple optimal du moteur.
Les motoréducteurs pouvant convenir :
Le motoréducteur à réducteur axial :
En effectuant des recherches sur internet, j'ai trouvé le motoréducteur MFA 986D1001 :
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Caractéristiques principales :
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Le couple disponible de 50 kg.cm offre une marge confortable par rapport aux 30 kg.cm résultant du calcul. En ce qui concerne la vitesse de rotation, certains sites précisent que la vitesse de 52 t/min est une vitesse de rotation à vide. En charge, la vitesse de rotation sous 12V serait de 43 t/mn. En partant de cette valeur, le toit se déplacerait en18,5 secondes. A vrai dire, il faut voir ce que donne cette vitesse en réalité car la valeur de 30 secondes est une hypothèse de calcul. Comme dit plus haut, il est possible de réduire la vitesse de rotation du moteur en réduisant la tension d'alimentation du moteur ou en générant une tension de 12V continu mais hachée. En faisant varier la largeur des impulsions, cela va permettre d'avoir une tension moyenne variable et ainsi adapter la vitesse du moteur. Une 3ème solution est de mettre une poulie d'un diamètre plus petit. Une poulie de 50mm de diamètre sur le moteur alimenté en 12 V continu permettrait de manoeuvrer le toit en 22,3 secondes. Pour arriver à une durée de déplacement du toit en 30 secondes, il faudrait encore abaisser la tension d'alimentation du moteur à 9 V. En fonction de la vitesse de déplacement du toit et de l'inertie du moteur lorsque l'alimentation est coupée, il faut placer les fins de course "toit ouvert et "toit fermé" de manière à obtenir les positions désirées.
Pour ce qui est du fin de course "toit ouvert", il n'y a pas de réel problème puisque la marge de réglage est importante. La longueur des rails permet de choisir une position au choix. Par contre, pour ce qui est du fin de course "toit fermé", le réglage sera plus délicat puisque le toit arrive aujourd'hui en butée contre la partie basse de l'abri. L'inertie du moteur est bien à prendre en compte pour que le toit s'arrête pratiquement en position butée. Pour pallier à ce problème d'inertie à la mise à l'arrêt, il pourrait être intéressant de mettre un 3ème fin de course, positionné qulques centimètres avant le fin de course "toit fermé". Ce fin de course aurait pour objectif de réduire la tension d'alimentation du moteur, de manière à réduire sa vitesse afin de créer un arrêt plus court une fois le fin de course "toit fermé" atteint. Cette solution permettrait également de conserver la pleine tension de 12 V sur le moteur dans les phases de déplacement du toit.
Le moteur d'essuie-glaces :
Ce moteur présente l'intérêt d'être équipé d'un couple roue et vis sans fin, permettant d'obtenir un couple important en sortie. De plus ce couple roue et vis sans fin est irréversible, c'est à dire qu'il n'est pas possible de faire tourner le moteur en poussant le toit. Le toit reste bloqué dans sa position.
Le problème, avec ce type de moteur, est l'absence d'information le caractérisant (couple, vitesse de rotation, ...). En général, pour le caractériser, on fait référence aux modèles de véhicule sur lequel il se monte. La seule solution est de récupérer un moteur de ce type dans une casse automobile est de faire des tests.
Le moteur de perceuse sans fil :
La récupération de ce moteur sur une ancienne perceuse est une possibilité à analyser.
Le relayage :
4 relais sont nécessaires pour piloter les manoeuvres d'ouverture et de fermeture du toit. 2 relais de commande et 2 relais de puissance pour inverser la polarité du 12V sur le moteur. 2 fins de course sont nécessaires pour assurer l'arrêt de la motorisation à chaque extrémité. En remote, le pilotage des manoeuvres d'ouverture et de fermeture est lancé à l'aide de 2 relais de l'IPX800. Un arrêt d'urgence est également possible à l'aide d'un 3ème relais de l'IPX800.
En local, 2 boutons poussoirs permettent d'effectuer les manoeuvres. Un bouton manuel d'arrêt d'urgence est également présent. Pour pouvoir effectuer les manoeuvres du toit, il est impératif que le télescope soit en position Park, afin d'éviter tout interaction entre toit et télescope. Un capteur photo-électrique à réflecteur permet de valider la position Park du télescope.
Le schéma théorique de câblage des relais:
