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Auteur(s)
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Mouloud FELIACHI : Professeur des universités, université de Nantes, - Institut universitaire de technologie de Saint-Nazaire
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Lire l’articleINTRODUCTION
Lorsqu'une pièce ferromagnétique est soumise à un champ magnétique, elle tend à se déplacer de manière à réduire la longueur du circuit magnétique. La réluctance du circuit se trouve ainsi diminuée. C'est ce principe qui est à la base du fonctionnement des convertisseurs électromécaniques et les électroaimants n'échappent pas à cette règle. L'électroaimant est schématiquement constitué de deux pièces en matériau ferromagnétique, l'une fixe et l'autre mobile (l'armature), et d'une bobine créant le champ magnétique (figure 1).
La partie fixe comporte un bobinage parcouru par un courant continu, alternatif ou transitoire. Ce courant produit un champ magnétique dans le noyau, l’armature et l’entrefer. L’interaction du champ avec la matière ferromagnétique constituant l’armature conduit à l’apparition d’une force magnétique qui tend à déplacer cette armature.
L'électroaimant est l’élément de base des systèmes électromécaniques. Son utilisation est largement répandue : électroaimant porteur, électroaimant de commande, etc. Les principaux avantages des électroaimants par rapport aux technologies concurrentes (hydraulique, pneumatique) sont liés à un coût de réalisation peu élevé, un temps de réponse faible et l'absence de pollution de l'environnement lors de leur fonctionnement. Des considérations d'économie d'énergie doivent également être signalées. L'électroaimant, dont le circuit magnétique est fermé (armature au collage), consomme, dans certaines configurations, une puissance extrêmement faible tout en produisant un effort important. Cette sobriété est particulièrement recherchée dans la sécurité incendie, par exemple.
Le choix de l'électroaimant adapté à la fonction voulue, décrite par le cahier des charges, passe par l’utilisation de modèles fiables de conception et de simulation du fonctionnement de l’électroaimant.
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2. Caractéristiques et fonctionnement
2.1 Structure des électroaimants
Il existe une grande variété d’électroaimants :
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électroaimants de commande ;
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relais et contacteurs ;
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embrayages et freins ;
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électroaimant porteurs ;
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électrovannes et servo-valves ;
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actionneurs électromagnétiques.
Suivant les applications, les électroaimants peuvent prendre différentes formes (figure 6). Principalement, on peut subdiviser les électroaimants en quatre catégories.
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Électroaimants en U : dans ces électroaimants, le noyau est en forme de U. L’armature mobile complète le circuit magnétique. Dans cette catégorie, les électroaimants se distinguent par la forme de l’armature qui peut être plate (figure 6 a ), à clapet (figure 6 b ), plongeante (figure 6 c ) ou tournante (figure 6 d ). Pour minimiser les pertes par courant de Foucault, les pièces ferromagnétiques peuvent être constituées de matériau feuilleté.
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Électroaimants en E : dans ces électroaimants, le noyau est en forme de E. L’armature mobile peut être plate (figure 6 e ) ou plongeante.
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Électroaimants à noyau plongeur (figure 6 f ).
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Électroaimants cylindriques : ces électroaimants sont de forme cylindrique et ont une armature plate ou un noyau plongeur. Dans cette catégorie d’électroaimants, le bobinage est complètement logé dans le circuit magnétique, ce qui donne lieu à une structure robuste. Cette forme ne se prête pas au feuilletage du circuit magnétique qui est réalisé le plus souvent en ferrite.
2.2 Électroaimants de commande
Les électroaimants de commande sont définis par des séquences de fermeture et d’ouverture du circuit d’alimentation. Le mouvement qui en résulte...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MOHELLEBI (H.), LATRECHE (M.E.), FELIACHI (M.) - Coupled axisymmetric analytical and finite element analysis for induction devices having moving parts - . IEEE Trans. on Magnetics, 34, n 5, 3308-3310 (sept. 1998).
-
(2) - BENDJIMA (B.), SRAIRI (K.), FELIACHI (M.) - A coupled model for analyzing dynamical behaviours of an electromagnetic forming system - . IEEE Trans. on Magnetics, 33, n 2, 1638-1641 (mars 1997).
-
(3) - SRAIRI (K.), FELIACHI (M.) - Numerical coupling models for analyzing dynamic behaviours of electromagnetic actuators - . IEEE Trans. on Magnetics, 34, n 5, 3608-3611 (sept. 1998).
-
(4) - JUFFER (M.) - Électromécaniques. Traité d’Électricité, d’Électronique et d’Électrotechnique - . École polytechnique fédérale de Lausanne, Dunod, Éditions Georgi (1979).
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(5) - FOURNET (G.) - Électromagnétisme - . D 1 020, traité Génie électrique (1993).
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