Les mécanismes de verrouillage magnétiques peuvent être classés en trois catégories. Ceux-ci se distinguent par leur mode de fonctionnement, la quantité d’énergie nécessaire à leur actionnement et la force de déverrouillage pouvant être générée par le mécanisme à ressort. Au cours des prochaines semaines, nous aborderons ces trois catégories. Cette semaine, nous nous intéressons à la première catégorie:
Actionneur linéaire à aimant permanent/électromagnétique
L’actionneur linéaire à aimant permanent ou électromagnétique est également connu sous le nom de solénoïde à verrouillage magnétique ou MLS (magnetic latching solenoid). La conception d’un MLS est telle que la bobine du solénoïde n’a besoin que d’une brève impulsion de courant pour vaincre la force du système de rappel (dans la figure 1, il s’agit d’un ressort). Cette impulsion d’énergie déplace le boîtier du solénoïde de la position désactivée à la position activée
Une fois arrivé en position activée, l’aimant permanent dans le MLS maintiendra le luminaire en place, l’empêchant ainsi de revenir en position désactivée.
Si nécessaire ou souhaité, le luminaire peut être déverrouillé en position « éteinte » en envoyant également une petite impulsion d’énergie électrique à travers la bobine du solénoïde avec une polarité opposée à celle de l’aimant permanent. L’impulsion de cette énergie magnétique inversée est suffisante pour annuler en grande partie la force d’attraction de l’aimant permanent sur l’armature, de sorte que le mécanisme de retour (le ressort) peut facilement ramener l’armature dans sa position d’origine.
Les dimensions physiques (dimensions de la bobine, de l’aimant permanent et du boîtier du solénoïde) d’un MLS dépendent entièrement de la force de déverrouillage souhaitée. Plus cette force est importante, plus tous les autres composants doivent être grands pour la produire. Cela vaut également pour la quantité d’énergie électrique qui doit être fournie à la bobine pour l’activer et la désactiver.
Applications MLS typiques
- armoires médicales, verrouillage des armoires
- disjoncteurs électriques
- mécanismes de verrouillage pour centrales solaires
- verrouillage des chargeurs pour véhicules électriques
- serrures de porte
Avantages de la technologie MLS
L’un des principaux avantages de la technologie MLS est l’économie d’énergie. En effet, un MLS peut rester en permanence en position « désactivée » ou « activée » sans consommer d’énergie. L’énergie n’est nécessaire que pour la commutation proprement dite. Ce type d’économie d’énergie est particulièrement intéressant dans les applications fonctionnant sur batterie ou dans d’autres situations où une consommation d’énergie minimale est importante.
Les mécanismes de verrouillage magnétiques peuvent être classés en trois catégories. Ceux-ci se distinguent par leur mode de fonctionnement, la quantité d’énergie nécessaire à leur actionnement et la force de déverrouillage pouvant être générée par le mécanisme à ressort. Au cours des prochaines semaines, nous aborderons ces trois catégories. Cette semaine, deuxième partie:
Mécanisme de verrouillage magnétique
Un mécanisme de verrouillage magnétique ou MLM (Magnetic Latching Mechanism) peut exercer des forces de contre-réaction extrêmement élevées dans un boîtier beaucoup plus petit que ce qui est possible avec un MLS.
Les mécanismes de verrouillage magnétiques utilisent l’énergie stockée par le ressort de rappel pour obtenir un mouvement linéaire à fort impact. Cela est possible grâce à une très faible impulsion d’énergie électrique qui déclenche le fonctionnement du ressort de rappel.
Contrairement à un MLS, qui peut mettre le boîtier en position de manière totalement autonome, la force d’impact élevée combinée aux dimensions compactes du MLM exige que le boîtier soit mis manuellement dans l’état dit « tendu ». Dans cet état, le ressort de rappel sera complètement comprimé, le aimant permanent maintenant le boîtier dans cette position ; l’énergie contenue dans le ressort tendu est ainsi conservée jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire.
Bien que la bobine MLM soit beaucoup trop petite pour mettre le boîtier en position tendue de manière autonome, seule une petite quantité d’énergie est nécessaire pour le détendre à nouveau. En effet, la petite impulsion électrique génère un champ magnétique dans la bobine relativement petite du MLM qui est suffisamment important pour annuler la force de retenue de l’aimant permanent. Lorsque cela se produit, l’élément à ressort est activé.
Une fois que le MLM a été tendu manuellement, il peut rester indéfiniment dans cette position jusqu’à ce qu’une situation nécessitant l’activation du mécanisme de déverrouillage se présente.
La source de la petite impulsion électrique nécessaire pour interrompre la force de retenue de l’aimant permanent peut être une batterie ou même un circuit de décharge capacitif.
Applications MLM typiques
- Actionneurs pour systèmes de protection incendie
- Mécanismes de verrouillage en cas de coupure de courant
Principaux avantages du MLM
- Contre-forces extrêmement élevées, capables de générer des forces d’impact élevées
- Dimensions compactes (par rapport à un MLS)
- Exigences extrêmement faibles en matière de courant de fonctionnement
Les mécanismes de verrouillage magnétiques peuvent être classés en trois catégories. Ceux-ci se distinguent par leur mode de fonctionnement, la quantité d’énergie nécessaire à leur actionnement et la force de déverrouillage pouvant être générée par le mécanisme à ressort. Au cours des prochaines semaines, nous aborderons ces trois catégories. Cette semaine, nous nous intéresserons à la troisième catégorie :
Aimants permanents / électroaimants
A. Électroaimants conventionnels (EM)
Fonctionnement théorique
Les électroaimants conventionnels (EM) sont des instruments simples composés d’une bobine enroulée (représentée dans la figure 1 par la bobine et le fil magnétique), d’une structure magnétique (représentée dans la figure 1 par le corps en acier) et d’une armature.
Lorsqu’un courant traverse la bobine, un champ magnétique est généré qui attire l’armature vers le corps, ce qui explique le terme « électroaimant ». Dans de nombreuses applications, l’armature est remplacée par un système mécanique dans lequel l’électroaimant est monté.
La force magnétique générée par la bobine EM dépend de plusieurs facteurs:
- La taille et les propriétés magnétiques du corps.
- La taille et la conception de l’enroulement de la bobine.
- La quantité et la durée de l’énergie électrique qui circule dans la bobine.
- Les propriétés mécaniques et magnétiques de l’armature et/ou la structure du mécanisme attiré par l’EM.
- La distance entre le corps attiré et la surface de l’EM et
- La planéité et l’état de surface tant de la face avant du corps EM que de l’objet attiré.
Les électroaimants sont particulièrement efficaces lorsqu’ils sont utilisés pour maintenir un objet près de la surface du corps magnétique.
Comme la puissance d’un champ magnétique diminue proportionnellement au carré de la distance, un électroaimant est très peu efficace lorsqu’il s’agit d’attirer un objet situé à une certaine distance (même minime) du corps EM.
B. Aimants permanents / électroaimants (PM/EM)
Fonctionnement théorique
Un aimant permanent/électroaimant (PM/EM) a la même structure qu’un électroaimant conventionnel (EM), mais s’en distingue par le fait qu’une partie du corps en acier est remplacée par un noyau en acier muni à son extrémité d’un aimant permanent (voir figure 2).
En ajoutant un aimant permanent supplémentaire, ce composant est capable de maintenir l’objet attiré même lorsqu’aucun courant ne circule dans la bobine.
Comme pour tous les composants à aimant permanent/électromagnétique, l’objet attiré peut être relâché en faisant passer une petite quantité d’énergie électrique à travers la bobine PM/EM. La polarité de celle-ci doit être inversée par rapport à la polarité de l’aimant permanent. Cette impulsion d’énergie affaiblit la force de retenue magnétique de l’aimant permanent, ce qui lui permet de relâcher l’objet attiré du corps du PM/EM.
Les composants PM/EM sont utilisés dans des applications qui nécessitent une force de maintien continue sans alimentation électrique continue. De ce point de vue, un PM/EM permet non seulement d’économiser de l’énergie, mais peut également être utilisé comme composant « à sécurité intégrée ».
Exemple : lorsqu’un PM/EM est utilisé dans un système d’imagerie médicale, il peut y remplir les tâches suivantes:
a. verrouiller ce qui doit être visualisé (par exemple, le patient dans son lit) pendant la procédure
b. verrouiller l’appareil d’imagerie (par exemple, la tête d’un appareil à rayons X) pendant la procédure.
Dans les deux cas, le PM/EM maintient le sujet concerné (patient alité / tête de l’appareil de radiographie) en position sécurisée. En cas de coupure de courant, le patient et l’opérateur de l’appareil sont protégés contre tout mouvement inattendu.
