Aimants permanents / électro-aimants
A. Électro-aimants (EA) conventionnels
Fonctionnement théorique
Des électro-aimants (EA) classiques sont des instruments simples, constitués d’une self bobinée (représentée sur la figure 3 par la self (bobine) et le fil magnétique), d’une armature magnétique (représentée sur la figure 3 sous la forme d’un corps en acier), et d’un induit (ancre).
Le circuit d’un courant à travers la bobine, génère un champ magnétique qui attire l’induit en direction du corps d’où le terme d’électro-aimant. Dans de nombreuses applications, l’induit est remplacé par un système mécanique dans lequel est monté l’électro-aimant.
Figure 3 : Électro-aimant (EA) conventionnel avec induit (ancre)
L’intensité de la force magnétique générée par la bobine de l’EA dépend de plusieurs facteurs :
- La taille et les propriétés magnétiques du corps.
- La taille et le concept de bobinage de la self (bobine).
- La quantité d’énergie électrique qui circule dans la bobine et sa durée.
- Les caractéristiques mécaniques et les propriétés magnétiques de l’induit et / ou de la structure du mécanisme qu’attire l’EA.
- La distance entre le corps attiré et la surface de l’EA et
- La planéité et l’état de surface tant de l’avant du corps de l’EA que de l’objet attiré.
Les électro-aimants sont au maximum de leur efficacité lorsqu’ils sont utilisés pour garder un objet tout près de la surface du corps d’aimant.
Étant donné que la force d’un champ magnétique diminue de façon quadratique en fonction de la distance, un électro-aimant devient très inefficace lorsque l’on tente d’attirer un objet qui se trouve à une certaine distance (même faible) du corps de l’EA.
B. Aimant permanent / électro-aimant (AP / EA)
Fonctionnement théorique
Un aimant permanent / électro-aimant (AP / EA) présente la même structure que l’électro-aimant (EA) conventionnel, à la différence près qu’une partie du corps en acier a été remplacée par ce que l’on appelle un noyau acier dont l’extrémité est dotée d’un aimant permanent (voir figure 4).
Figure 4 : Aimant permanent / électro-aimant (AP / EA) avec induit
Par l’ajout d’un aimant permanent supplémentaire, ce composant est capable de maintenir l’objet à attirer même sans flux d’énergie à travers la bobine.
Comme avec tous les aimants permanents / composants électromagnétiques l’objet attiré peut être à nouveau relâché en faisant circuler dans la bobine de AP / EA une faible quantité d’énergie électrique. Il faut que la polarité de cette dernière soit inversée par rapport à la polarité de l’aimant permanent. Cette impulsion d’énergie affaiblit la force de maintien magnétique de l’aimant permanent de sorte que ce dernier relâchera du corps de l’AP / EA l’objet attiré.
On utilise les composants AP / EA dans des applications qui requièrent une combinaison d’une puissance de maintien ininterrompue sans pour autant nécessiter une application d’énergie électrique permanente. Dans cette perspective, un AP / EA permet non seulement des économies d’énergie, mais peut également être utilisé comme un composant « sécurité-défaut » (failsafe).
Exemple : lorsqu’un AP / EA est utilisé dans un système d’imagerie médicale il peut y remplir les tâches suivantes :
a. le verrouillage de ce qui doit être imagé (le patient dans le lit, par exemple) pour la durée de la procédure
b. le verrouillage du système d’imagerie (la tête d’un appareil à rayons X, par exemple) pour la durée de la procédure.
Dans les deux cas, l’AP / EA maintient le sujet / objet pertinent (le patient dans le lit / la tête de l’appareil à rayons X) en position parfaitement sécurisée. En cas de panne de courant, tant le patient que l’opérateur de l’équipement sont protégés contre tout mouvement impromptu.
