Types de solénoïdes

Il existe deux catégories principales de solénoïdes:

Rotatifs

Linéaires

Les solénoïdes linéaires ont des applications dans les appareils électroménagers, distributeurs automatiques, verrous de portes, changeurs de monnaie, disjoncteurs, pompes, appareils médicaux, transmissions automobiles et machines postales pour ne citer que les plus courantes. 

Les solénoïdes rotatifs ont des applications dans les machines outils, lasers, le développement photo, le stockage de données, les appareils médicaux, trieuses, fermetures de portes d'incendie,  et machines postales, pour ne citer ici aussi que les plus courantes.

Les solénoïdes s'utliisent dans quasiment toutes les industries au monde et sont reconnus pour leur efficacité au meilleur coût et leur fiabilité en tant qu'actionneurs alternatifs.

Huit point importants à prendre en compte pour la conception de votre assemblage avec solénoïde

• Course
• Force ou couple
• Tension
• Intensité / Puissance
• Rapport cyclique
• Température
• Temps de fonctionnement / vitesse
• Environnement
• CA / cC
• Durée de vie

Course – dans les applications des solénoïdes, limitez la course autant que possible pour réduire les dimensions, le poids et la consommation électrique au minimum.

Force – s'applique aux produits linéaires. La force de départ est le plus souvent inférieure à la force finale.  Un facteur de sécurité de 1,5 est recommandé. Par exemple, une application exigeant une force de 3 livres devrait employer un solénoïde d'au moins 4,5 livres de force.  La force est inversement proportionnelle au carré de l'entrefer pour les plongeurs à face plane.  L'entrefer est l'espace dans le circuit magnétique qui permet à l'inducteur de se déplacer sans interférence, et au flux magnétique de circuler avec un minimum de résistance (réluctance).

Pour détermine vos besoins en force ou en couple, vous devez tenir compte des facteurs suivants:

• La charge effective à déplacer
• La force ou le couple de rappel
• Les charges de frottement
• L'augmentation de température
• Le rapport cyclique
• L'orientation du solénoïde par rapport à la pesanteur  (le poids du plongeur s'ajoute ou se soustrait selon le sens de montage du solénoïde).
  
  

Dans les solénoïdes linaires, la force peut être modifiée par la forme du plongeur utilisé.  Un plongeur à face conique s'utilise pour des applications à course moyenne à longe.  L'entrefer effectif change et devient une de la course réelle.  Les plongeurs à face place s'utilisent pour des applications à faible course.  Les plongeurs à face conique étagée peuvent donner diverses courses   (moyenne à longue) selon l'angle des étages. Ils sont avantageux pour les exigences de force de maintien élevée.

Couple – s'applique aux produits rotatifs.  Le couple de démarrage est le plus souvent plus important que le couple final.  Un facteur de sécurité de 1,5 est recommandé. Par exemple, une application exigeant une force de 3 lb.in devrait employer un solénoïde d'au moins 4,5 lb.in de couple.  Le couple produit par les solénoïdes rotatifs Ledex™ est inversement proportionnel à la longeur totale de la course.  Plus la course est longue, plus le couple de sortie est faible.  Plus la course est courte, plus le couple de sortie est élevé.

Tension – la source de tension détermine le bobinage à utiliser dans le solénoïde voulu.  Les alimentations courantes en continu sont 6, 12, 24, 36, et 48 VCC.  Solénoïdes CA ou CC – Les solénoïdes en courant alternatif (CA) s'utilisent couramment dans les appareils électroménagers.  En géneral les solénoïdes en alternatif s'utilisent quand il serait coûteux de redresser le courant en continu.  Les solénoïdes CA nécessitent couramment le double de puissance de crête d'un solénoïde CC équivalent.  En conséquence, les applications d'aujourd'hui choisissent toujours plus de solénoïdes CC.

Intensité / Puissance – La force produite par un solénoïde CC est proportionnelle au carré du nombre de tours (N) de la bobine et de l'intensité qui le traverse (I).  Ceci détermine le nombre d'ampères-tours ou NI.  Les exigences de la bobine du solénoïde doivent correspondre à la source d'alimentation.

Rapport cyclique – Le rapport cyclique de votre application est le rapport du "temps de fonctionnement" au temps total d'un cycle complet (fonctionnement + arrêt).  Le rapport cyclique s'exprime le plus souvent sous forme de pourcentage ou de fraction (50%, 100%).  Une représentation plus simpliste du rapport cyclique consiste à dénommer tous les solénoïdes à rapport cyclique < 100% "Intermittents" et ceux à rapport cyclique de 100% "Continus".  Tous les solénoïdes à service intermittent (rapport cyclique < 100%) sont aussi limités par un "temps d'activation"' maximum autorisé pour éviter le surchauffe qui pourrait conduire au brûlage de la bobine.  Le "temps d'activation" ne doit pas dépasser les limites de dissipation thermique de la bobine.  Une bonne évacuation de la chaleur et /ou un refroidissement supplémentaire peuvent autoriser une plage de rapport cyclique plus importante.  Une très grande attention doit être portée aux données de "temps d'activation" maximum en plus du calcul du rapport cyclique pour éviter d'endommager vos solénoïdes.  Par exemple, bien qu'une application avec temps de cycle de une heure et 3 heures d'arrêt donne un rapport cyclique de 25%, ce calcul n'est pas réaliste en pratique. Une application plus réaliste pour un solénoïde pourrait être une activation pendant une seconde avec un temps d'arrêt de 3 secondes pour le même rapport cyclique de 25%.

Température – Il faut prendre en compte à la fois la température ambiante de l'environnement du solénoïde et l'auto-échauffement du solénoïde au travail.  La résistance de la bobine varie avec la température, ce qui a une influence sur la force de sortie.  La température d'auto-échauffement dépend du rapport cyclique.  Chaque 1¡ au-dessus de 20º C se traduit par une augmentation de 0.39% de la résistance nominale; cela réduit d'autant la force ou le couple de sortie.  Il existe divers moyens de compenser les restrictions en température:

• Spécifier un solénoïde de classe C
• Spécifier une bobine surmoulée
• Utiliser un solénoïde rotatif modèle E plutôt que modèle S
• Actionner à un niveau de puissance et revenir à un niveau réduit pour le maintien (engagement et maintien)
• Utiliser un solénoïde avec maintien
• Utiliser un solénoïde à bobinages multiples
• Utiliser de façon intermittente, plutôt qu'en continu
• Utiliser un solénoïde plus grand
• Utiliser un radiateur
• Ajouter un ventilateur de refroidissement

Le facteur limitant en température de fonctionnement d'un solénoïde est le matériau d'isolement du fil utilisé pour l'aimant.  Classes d'isolement:

• Classe B- 130º C
• Classe F- 155º C
• Classe H- 180º C
• Classe C- 220º C

Un solénoïde courant nécessite 10% du courant normal pour rester activé.  Pour cela, utiliser un des moyens suivants:

• Maintien mécanique avec résistor
• Décharge de condenstateur et maintien avec résistor
• Maintien par transistor dans le circuit
• Modulation de largeur d'impulsion
• Engagement et maintien  
• Tension double
• Bobines multiples

Temps de fonctionnement / Vitesse – Les facteurs ayant une influence sur le temps et la vitesse sont notamment la masse de la charge, la puissance disponible et la course.  La désactivation joue aussi un rôle important et elle est affectée par l'entrefer, l'antiparasitage de bobine, le mécanisme de retour du plongeur ou de l'inducteur, ainsi que le magnétisme résiduel. 

• L'entrefer est l'espace dans le circuit magnétique qui permet à l'inducteur de se déplacer sans interférence, et au flux magnétique de circuler avec un minimum de résistance (réluctance).  Plus l'entrefer est faible, plus il faut longtemps pour que le champ magnétique résultant de l'excitation de la bobine diminue. Ceci allonge le temps de désactivation. 
• L'application de dispositifs de protection électroniques pour réduire les pointes de courant dues à l'interruption du courant dans la bobine est nécessaire pour assurer la protection de vos dispositifs de commutation.  L'antiparasitage de bobine tend à augmenter le temps de désactivation du solénoïde.
  
  
• Du fait que les solénoïdes n'exercent une force que dans un seul sens, il doit y avoir une force de retour (pesanteur ou ressort) pour ramener le solénoïde en position de départ ou désactivée.  Cette force positionne le solénoïde pour l'action suivante.
  
  
• Les surfaces d'entrefer d'un solénoïde deviennent le pôle nord et le pôle sud d'un aimant quand il est activé.  Quand le solénoïde est désactivé, une attraction faible mais mesurable persiste entre les pôles, elles est appelée magnétisme résiduel.  Le magnétisme résiduel peut être réduit par un recuit supplémentaire des pièces du solénoïde ou par augmentation de l'entrefer.
  
  

Environnement – De nombreux facteurs d'environnement doivent être pris en compte pour le choix d'un solénoïde.  Il s'agit notamment de la température, du sable/de la poussière, de l'humidité, des chocs, vibrations, de l'altitude, du vide, des produits chimiques et de la poussière de papier.

Durée de vie du solénoïde – La durée de vie est déterminée / peut être optimisée par:

• Etat de surface du système de roulement et de l'axe
• Charge latérale et alignement de la charge
• Evitement des chocs entre les pièces polaires
• Réduction du choc à l'activation

Les durées de vie attendues pour les solénoïdes vont de cinquante mille cycles à plus de cent millions.

Solénoïdes sur mesure -   80% des solénoïdes utilisés sont des modèles sur mesure.  Les modifications les plus courantes sont: configuration de terminaisons, de fils, de plongeur, rallonges d'axe, changement de fixations et tringleries.

Conseils d'application -

• Pour atteindre une durée de vie étendue, essayez les options suivantes:
  • Entraîner la charge côté inducteur d'un solénoïde rotatif plutôt que côté socle
  • Utiliser des paliers vespel ou oilite dans un solénoïde mince
  • Utiliser des roulements à double bague ou une gorge sur l'axe servant de réservoir de lubrifiant
  • Utiliser des liaisons en nylon renforcés de fibre de verre ou chargés de fibres de carbone
• Pour obtenir de meilleures performances en couple / force de maintien, utiliser les options suivantes:
  • Utiliser des rampes à billes crantées sur un solénoïde rotatif
  • Utiliser des pièces polaires planes
  • Utiliser des solénoïdes à maintien
• Pour déterminer la température à laquelle une bobine est stabilisée, procéder comme suit:
  • Mesurer la résistance de la bobine à température ambiante
  • Mesurer le courant à la température stabilisée et déterminer la résistance de bobine à partir de la loi d'Ohm
  • Diviser cette résistance par la résistance à température ambiante pour obtenir le facteur de résistance
  • A l'aide de l'abaque de facteur de résistance, trouver la température de stabilisation de la bobine du solénoïde.
    
    
• Pour compenser l'augmentation de température:
  • Fixer le solénoïde sur une surface matallique (dissipateur de chaleur)
  • Utiliser un ventilateur de refroidissement
  • Utiliser un solénoïde plus grand
  • Utiliser un rapport cyclique < 100%
  • Envisager une classe d'isolement supérieure
  • Utiliser un solénoïde à bobinages multiples
  • Utiliser un circuit d'engagement et maintien, par exemple à modulation de largeur d'impulsion (PWM)