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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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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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3. Paramètres
3.1 Alimentation
Outre l’espace réservé à son emplacement, le bobinage d’alimentation est essentiellement caractérisé par le coefficient de remplissage, le nombre de spires et le courant qui y circule.
Le coefficient de remplissage K r est le rapport entre le volume du cuivre V Cu qui constitue le bobinage et le volume occupé par le bobinage V bo :
Ce coefficient dépend du diamètre du fil. Le choix du diamètre du conducteur doit être compatible avec le courant d’alimentation et répondre aux exigences de dissipation d’énergie.
Le calcul de la résistance R du fil de cuivre se fait à partir de la formule :
dans laquelle s est la section du fil et
sa longueur.
Dans ce calcul, l’évolution de la résistivité
en fonction de la température doit être prise en compte. Cette loi est considérée comme linéaire dans la gamme 20 C à 180 C.
Le nombre d’ampèretours n I ne dépend ni de la longueur de la bobine, ni du coefficient de remplissage. Si l’on améliore le coefficient de remplissage, on pourra augmenter le nombre de spires et on pourra diminuer le courant dans la même proportion.
HAUT DE PAGE3.2 Effort et temps de réponse
L’expression de l’énergie...
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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).
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(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).
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(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).
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(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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