Guide complet des options de verrouillage et de type « pousser-tirer »

Comment choisir entre un solénoïde à verrouillage et un solénoïde à poussoir-tirer ? En tant que fabricants professionnels de solénoïdes, nous vous proposons un guide complet expliquant clairement les principes de fonctionnement, la fonction et l’application de ces deux types de solénoïdes, et analysant leurs caractéristiques comme suit :

Première partie : solénoïde de verrouillage ou solénoïde à poussée-traction Classification :

1.1. Le solénoïde de verrouillage est divisé en solénoïde de verrouillage simple et solénoïde de verrouillage bistable.

1.2. Un solénoïde push-pull se divise en solénoïde de poussée et solénoïde de traction.

1.3 solénoïde de verrouillage bistable.

Description du fonctionnement d'un solénoïde bistable à verrouillage (voir structure ci-dessus) : Lorsque le solénoïde est alimenté en sens direct, sa bobine génère une force magnétique qui magnétise le noyau de fer fixe. Ce dernier attire le mécanisme et le déplace vers la gauche. La force d'attraction étant supérieure à celle d'un aimant permanent, il est nécessaire d'actionner le mécanisme situé à droite. Lorsque la bobine est alimentée en sens inverse, elle génère une force magnétique qui magnétise le noyau de fer fixe et le déplace vers la droite. La force d'attraction magnétique étant supérieure à la force de maintien de l'aimant permanent, la force de traction appliquée est supérieure au déplacement du mécanisme par le poids du noyau de fer.

Une fois l'alimentation coupée, le noyau de fer est immobilisé par l'aimant permanent, dont la force de maintien est constante. Si la force de traction appliquée de part et d'autre est supérieure à la force de maintien de l'aimant permanent, le noyau de fer peut être déplacé.

1.4 Solénoïde de verrouillage simple

L'aimant permanent est installé à une extrémité, près de l'objet. Sous tension, la bobine du solénoïde génère une force d'attraction supérieure à la force de maintien de l'aimant permanent et à la force de traction du mécanisme. À la coupure de courant, le noyau de fer reste immobile et le mécanisme est maintenu en position par traction continue. La bobine, alimentée en inverse, conduit le magnétisme sur l'aimant permanent, libérant le pôle magnétique correspondant à la surface de contact de l'aimant. Ceci affaiblit la force de maintien de l'aimant et permet l'éjection du noyau de fer grâce au ressort, actionnant ainsi le mécanisme. À la coupure de courant, l'aimant permanent reprend son attraction normale, maintenant le noyau de fer hors du mécanisme, et attend la rétraction du noyau lors du rétablissement du courant.

1.5 Solénoïde push-pull

Il s'agit du modèle le plus courant parmi les électroaimants. Le noyau de fer alimenté se rétracte, et le noyau de fer déchargé est éjecté par un ressort ou un mécanisme, et l'élément réalimenté effectue un mouvement de va-et-vient.

Deuxième partie : solénoïde de verrouillage VS solénoïde à pousser-tirer

2.1 Pièces : Le solénoïde de verrouillage possède un ensemble d'aimants permanents de plus que le solénoïde push-pull.

2.2 Source d'alimentation CC : La mise sous tension des aimants permanents est divisée en mise sous tension directe et mise sous tension inverse, tandis que la séquence de mise sous tension des électroaimants push-pull n'est pas divisée.

2.3 Course de fonctionnement : La course du solénoïde de verrouillage est plus courte que celle du solénoïde push-pull, car le solénoïde de verrouillage doit surmonter la force de maintien de l'aimant permanent lorsqu'il est mis sous tension.

2.4 Force : Lorsqu'il est alimenté, le solénoïde de verrouillage génère une force d'attraction (par exemple, la force de maintien de l'aimant permanent est de 2 kg). Le mécanisme nécessite une force d'attraction supérieure à 50 g pour s'actionner. La force d'attraction actuelle de l'aimant permanent n'est alors que de 50 g. Après la mise hors tension, une force de maintien de 2 kg peut être appliquée pour maintenir le noyau de fer. Si l'électroaimant de type push-pull doit maintenir le noyau de fer sous tension pendant une durée plus ou moins longue, il est nécessaire de régler la durée de mise sous tension en conséquence.

2.5 Fréquence marche/arrêt : La plupart du temps, le solénoïde de verrouillage fonctionne par un cycle marche/arrêt instantané. (Hors tension) L’aimant permanent attire et maintient le noyau de fer pour assurer un fonctionnement continu. L’électroaimant à commande push-pull ajuste le temps de marche/arrêt en fonction des besoins en courant de l’équipement, garantissant ainsi une alimentation continue.

2.6 Consommation d'énergie : Le solénoïde de verrouillage s'active instantanément et son fonctionnement est maintenu par l'aimant permanent après une coupure de courant. L'électroaimant à bascule ne bénéficie d'aucune garantie de maintien de l'alimentation après une coupure de courant et peut se déplacer par inertie ou sous l'effet de la gravité, attirant ainsi le noyau de fer. De ce fait, le mécanisme est limité et, bien qu'il se mette en marche et fonctionne normalement à chaque activation, il consomme davantage d'énergie.

2.7 Prix : Le solénoïde à verrouillage comporte des blocs d’aimants permanents et un grand nombre de bobines. Son coût total est 1 à 2 fois supérieur à celui du solénoïde à impulsion.

2.8 Durée de vie : La durée de vie du solénoïde dépend du matériau et de sa fabrication. Pour les modèles classiques, le solénoïde à verrouillage a une durée de vie plus courte, et l’aimant permanent voit son magnétisme s’affaiblir progressivement.

2.9 Fonctionnement : Les fonctions normalement assurées par un solénoïde de verrouillage peuvent être remplies par un solénoïde à impulsion. Le choix d’un solénoïde de maintien se caractérise par la nécessité d’une force importante pour assurer son fonctionnement après une coupure de courant. L’électroaimant à impulsion à longue course fonctionne en continu et à haute puissance pour fournir la force de maintien requise ; un aimant permanent est donc utilisé pour garantir un fonctionnement continu.

Troisième partie : Le principe, la fonction et l'application du solénoïde de verrouillage et du solénoïde push-pull sont comparés comme suit :

3.1 Principe de fonctionnement des deux

solénoïde de verrouillage : Des aimants permanents sont utilisés à l'intérieur. Lorsque la bobine est alimentée, le curseur se déplace vers le noyau de fer et s'arrête finalement en position finale. Après la coupure de l'alimentation, le curseur reste dans sa position initiale grâce au champ magnétique généré par l'aimant permanent. Pour revenir en position initiale, une tension ou un courant inverse doit être appliqué. Il existe deux types de dispositifs : à maintien unidirectionnel et à maintien bidirectionnel. Le dispositif à maintien unidirectionnel maintient le noyau de fer dans une seule position en fin de course. L'électroaimant à maintien bidirectionnel, doté d'une structure à double bobine, peut maintenir le noyau de fer dans deux positions différentes, au début et à la fin de la course, les deux positions présentant le même couple de sortie.

solénoïde à poussoir-tirer Un enroulement conducteur, adapté à sa puissance, est enroulé autour du noyau de fer. À la mise sous tension, selon le théorème d'Ampère, un champ magnétique se crée autour du noyau de fer, magnétisant ce dernier mobile et générant un mouvement d'avant en arrière, poussant ou tirant la charge. Après une coupure de courant, le noyau mobile est ramené en position initiale par un ressort.

3.2 Comparaison fonctionnelle

solénoïde de verrouillage

Fonction d'autoblocage : Doté d'un système d'autoblocage performant, il maintient la position du curseur après une coupure de courant. Ce système ne consomme pas d'électricité en continu pour maintenir son état, ce qui permet de réaliser des économies d'énergie et d'éviter les dérèglements dus aux coupures de courant accidentelles.

Positionnement précis : L’électroaimant de maintien bidirectionnel, en particulier, peut maintenir avec précision le noyau de fer dans deux positions différentes, avec une grande précision de positionnement, et peut être utilisé dans des situations nécessitant un contrôle précis de la position.

solénoïde à poussoir-tirer

Action rapide : Il peut réaliser rapidement l'action de pousser ou de tirer, avec une vitesse de réponse rapide, peut compléter le cycle d'action en peu de temps et a une fréquence de fonctionnement élevée7.

Capacité de charge dynamique élevée : capable de générer une force de poussée ou de traction importante à la mise en marche, elle permet de pousser ou de tirer efficacement la charge. Elle convient aux charges nécessitant des opérations de poussée et de traction fréquentes.

3.3 Application

solénoïde de verrouillage

Système d'alimentation : Il sert à la commande d'ouverture et de fermeture des interrupteurs haute tension. Il permet de maintenir l'interrupteur en position ouverte ou fermée en cas de coupure de courant afin de garantir le fonctionnement stable du réseau électrique.

Aérospatiale : Par exemple, le verrouillage de la position des volets et du train d’atterrissage de l’aéronef permet de garantir que ces composants restent dans la bonne position même en cas de panne électrique en vol.

Serrure intelligente : Ce système peut être utilisé dans certaines serrures intelligentes haut de gamme. Lorsque la porte est fermée, l’électroaimant reste verrouillé et ne se déverrouille qu’à la réception du signal de déverrouillage approprié.

solénoïde à poussoir-tirer

Ligne de production automatisée : Elle est souvent utilisée pour le déplacement et le tri de matériaux, par exemple pour pousser des produits d’un poste à un autre, ou pour les acheminer vers différents canaux du système de tri.

Domaine automobile : Dans les serrures de portières, les réglages de sièges, les essuie-glaces et autres pièces automobiles, des actions de poussée-traction rapides peuvent être réalisées pour répondre aux diverses exigences fonctionnelles de la voiture.

Équipements médicaux : Dans certains équipements médicaux, tels que la commande à tige de poussée de la seringue, le réglage en hauteur du lit médical, sa fonction de poussée-traction rapide et stable est utilisée pour réaliser l’opération correspondante.

3.4 Caractéristiques :

Exigences d'action : Si vous devez effectuer des mouvements de poussée et de traction rapides et fréquents, comme le tri de matériaux sur une ligne de production automatisée, les électrovannes de poussée-traction sont plus adaptées grâce à leur temps de réponse rapide et leur fréquence de fonctionnement élevée. En revanche, si les mouvements fréquents ne sont pas nécessaires, mais qu'une position doit être maintenue longtemps dans une position spécifique, comme pour le verrouillage de composants dans l'aérospatiale ou les serrures de portes intelligentes, l'électrovanne de verrouillage est un meilleur choix.

Précision de positionnement : Les électroaimants de maintien, notamment les modèles bidirectionnels, maintiennent avec précision le noyau de fer dans deux positions différentes. Ils sont particulièrement adaptés aux applications exigeant une grande précision de positionnement, comme certains instruments de précision ou le positionnement spécifique de stations dans les équipements de commande automatique. En revanche, pour les applications nécessitant uniquement des actions de poussée-traction simples et une précision de positionnement moindre, les électroaimants de type « push-pull » conviennent parfaitement.

3,5 Capacité de chargement

Charge statique : Les électroaimants de maintien fournissent une force de maintien stable et sont utilisés lorsque des charges statiques doivent être supportées pendant une longue période, comme le maintien à l’ouverture et à la fermeture des interrupteurs haute tension dans les réseaux électriques. Les électroaimants push-pull génèrent principalement une force de poussée ou de traction pour vaincre la charge lorsqu’ils sont alimentés et n’exercent généralement aucune force de maintien à l’arrêt.

Charge dynamique : Les électroaimants de type « push-pull » peuvent générer une forte poussée ou traction lorsqu’ils sont alimentés et permettent de déplacer efficacement des charges. Ils conviennent aux applications nécessitant des mouvements fréquents de va-et-vient pour compenser des charges dynamiques, comme le réglage des sièges de voiture ou le fonctionnement des essuie-glaces. Bien que les électroaimants de maintien puissent également supporter une certaine charge dynamique, leur principal avantage réside généralement dans leur fonction de maintien.

3.6 Consommation d'énergie

Fonctionnement prolongé : les électroaimants de maintien ne consomment pas d’électricité en continu lorsqu’ils sont en position de maintien ; ils ne sont alimentés que lors des changements d’état. Cela permet de réaliser des économies d’énergie et convient aux applications nécessitant le maintien d’un état précis pendant une longue période et présentant des contraintes énergétiques importantes⁶. En revanche, un électroaimant push-pull doit être alimenté en continu pour maintenir une position donnée. Cette alimentation prolongée peut entraîner un échauffement de la bobine, une augmentation de la consommation d’énergie et une réduction de la durée de vie.

Situation d'action à court terme : lorsque des actions fréquentes sont requises sur une courte période de temps, la consommation d'énergie de chaque action de l'électroaimant push-pull est relativement faible, tandis que l'électroaimant de maintien doit être alimenté à chaque changement d'état, et la consommation d'énergie peut être relativement élevée en cas d'utilisation fréquente.

3.7 Méthode de contrôle

Complexité de la commande : L’électroaimant de maintien nécessite un changement de direction du courant pour contrôler le maintien et la réinitialisation du noyau de fer, et le circuit de commande est relativement complexe⁶. La commande de l’électroaimant push-pull est relativement simple, et généralement seule la mise sous tension et hors tension suffit pour obtenir l’action de poussée et de traction.

Exigences de fiabilité : Lorsque la fiabilité de la commande est primordiale, l’utilisation d’un électroaimant de maintien impose de garantir la stabilité et la fiabilité du circuit de commande afin d’éviter tout dysfonctionnement du circuit de commande, empêchant ainsi le maintien ou la réinitialisation normale du noyau de fer. Dans certains cas exigeant une vitesse de réponse extrêmement rapide et une logique de commande simple, la méthode de commande par électroaimant push-pull s’avère plus avantageuse.

3.8 Environnement de travail

Température, humidité, etc. : Chaque électroaimant possède sa propre plage de température et d’humidité de fonctionnement, qu’il convient de sélectionner en fonction de l’environnement d’utilisation. En règle générale, l’électroaimant de maintien contient un aimant permanent susceptible de se démagnétiser à haute température, ce qui affecte ses performances ; son adaptabilité aux hautes températures est donc relativement faible.

Vibrations et chocs : Dans un environnement soumis à des vibrations et des chocs, l’aimant permanent et le noyau de fer de l’électroaimant de maintien peuvent se desserrer, se déplacer, etc., ce qui affecte son efficacité. Si l’électroaimant push-pull est bien fixé, il s’adapte généralement aux environnements vibrants et aux chocs. Tant que les pièces de rappel, telles que les ressorts, ne sont pas endommagées, il fonctionne normalement.

3.9 Coût et durée de vie

Coût initial : Du fait de sa structure et de sa commande relativement complexes, le coût d’achat initial d’un électroaimant de maintien est généralement élevé. L’électroaimant push-pull, quant à lui, présente une structure simple et un coût relativement faible.

Durée de vie : La durée de vie de l’électroaimant de maintien est influencée par des facteurs tels que la dégradation des performances de l’aimant permanent et la défaillance du circuit de commande. Dans des conditions d’utilisation optimales et avec une commande adéquate, sa durée de vie est également longue, pouvant atteindre des dizaines de milliers, voire plus de 100 millions de cycles¹. La durée de vie de l’électroaimant push-pull est principalement affectée par des facteurs tels que l’échauffement de la bobine et la fatigue du ressort. En cas de mouvements fréquents, le ressort peut se rompre par fatigue, réduisant ainsi la durée de vie de l’électroaimant.

Quatrième partie : Les caractéristiques et les inconvénients des électroaimants de maintien et des électroaimants push-pull sont les suivants :

4.1 : LCaractéristiques du solénoïde de fixation

Économies d'énergie importantes : il n'est pas nécessaire de maintenir l'alimentation en mode maintien, la consommation d'électricité n'intervient que lors des changements d'état, ce qui permet des économies d'énergie efficaces et convient aux applications nécessitant le maintien d'un état spécifique pendant une longue période¹²⁶. Force de maintien stable : grâce à un aimant permanent interne générant une force de maintien, le noyau reste stable dans la position définie après une coupure de courant, sans interférence externe, garantissant ainsi la stabilité de l'état de fonctionnement de l'équipement².

Haute précision de positionnement : En particulier, l’électroaimant de maintien bidirectionnel, qui peut maintenir avec précision le noyau dans deux positions différentes, peut répondre aux exigences d’application avec une haute précision de positionnement, telles que les instruments de précision, les équipements de contrôle automatique, etc.2.

Forte capacité anti-interférences : le champ magnétique de l’aimant permanent est relativement stable et ses performances de maintien ne sont pas facilement affectées par les interférences électromagnétiques externes ; il peut donc fonctionner de manière fiable même dans un environnement électromagnétique complexe.

4.2 Inconvénients

Circuit de commande complexe : Il est nécessaire de contrôler le maintien et la réinitialisation du noyau en inversant le sens du courant. La conception du circuit de commande est relativement complexe, ce qui augmente le coût et la difficulté de maintenance du système²⁶.

Coût initial élevé : En raison de la complexité de sa structure et de son contrôle, ainsi que de l’utilisation d’aimants permanents internes et d’autres composants, le coût de fabrication est élevé, ce qui entraîne un prix d’achat initial relativement élevé.

Exigences environnementales élevées : les aimants permanents peuvent se démagnétiser dans des environnements difficiles tels que des températures élevées et de fortes vibrations, ce qui affecte la force de maintien et les performances ; il existe donc certaines restrictions concernant la température, les vibrations et d’autres conditions de l’environnement de travail.

Il est difficile de déterminer l'état : lorsque l'alimentation est coupée ou que le circuit de commande tombe en panne, il est difficile de déterminer directement si le contact de l'électroaimant est à l'état ouvert ou fermé6.

4.3 Caractéristiques du solénoïde push-pull :

Action rapide : Une fois allumé, il peut générer rapidement une force de poussée ou de traction, entraîner la charge pour obtenir une action de poussée et de traction rapide, une vitesse de réponse rapide, une fréquence de fonctionnement élevée, adapté aux occasions nécessitant une action fréquente2.

Commande simple : En général, seule la commande marche/arrêt permet de réaliser une action de poussée/traction, la logique de commande est simple, la commande automatique est facile à réaliser, le circuit de commande est relativement simple et le coût est faible2.

Structure simple : généralement composée de bobines, de noyaux de fer et de structures mécaniques, la structure est relativement simple, facile à installer et à entretenir, et peut être conçue et personnalisée de manière flexible en fonction de différents scénarios d'application4.

Capacité de charge élevée : Une fois alimenté, il génère une force de poussée ou de traction importante, permettant de déplacer efficacement la charge. Différents électroaimants de poussée-traction, aux spécifications variées, peuvent être sélectionnés en fonction des besoins réels afin de répondre aux exigences de charge spécifiques⁴.

4.4 Inconvénients du solénoïde push-pull

Consommation énergétique élevée : le maintien d’une position donnée nécessite une alimentation électrique continue. Une alimentation prolongée entraîne un échauffement de la bobine, une augmentation de la consommation énergétique et peut également réduire sa durée de vie².

Précision de positionnement limitée : cet appareil est principalement utilisé pour effectuer des actions simples de poussée et de traction. Sa précision de positionnement est relativement faible et il n’est pas adapté aux situations exigeant une précision de positionnement extrêmement élevée.

Absence de fonction de maintien en position après coupure de courant : la position du noyau ne peut être maintenue après une coupure de courant. Il est nécessaire d’utiliser des dispositifs mécaniques externes ou des ressorts pour la réinitialisation ou le maintien en position. Cette fonction ne répond pas aux exigences de certaines applications nécessitant un maintien en position après coupure de courant².

Durée de vie limitée : En cas de sollicitations fréquentes, les composants de réinitialisation, tels que les ressorts, sont sujets à la fatigue et leur durée de vie est réduite. Un fonctionnement prolongé de la bobine peut également entraîner des problèmes comme le vieillissement de l’isolation, diminuant ainsi la fiabilité de l’électroaimant.

Résumé de la cinquième partie

5.1 : Introduction aux solénoïdes

Les solénoïdes sont des dispositifs électromécaniques qui convertissent l'énergie électrique en mouvement mécanique. Ils sont utilisés dans une vaste gamme d'applications, allant des machines industrielles à l'électronique grand public.

Ce guide se concentre sur deux types principaux : les solénoïdes à verrouillage et les solénoïdes à poussée-traction, qui présentent des caractéristiques et des applications distinctes.

5.2 : Solénoïdes de verrouillage

Principe de fonctionnement : Les solénoïdes à verrouillage utilisent un aimant permanent associé à un électroaimant. Une fois alimentés, ils maintiennent leur position (verrouillée ou déverrouillée) sans alimentation continue. Ils sont ainsi économes en énergie pour les applications nécessitant le maintien d’une position stable pendant une période prolongée.

Avantages : Ils consomment moins d’énergie sur la durée que les solénoïdes alimentés en continu, ce qui est avantageux pour les appareils fonctionnant sur batterie. Ils offrent également une force de maintien fiable en position verrouillée, réduisant ainsi le risque de déverrouillage accidentel.

Applications : Couramment utilisé dans des applications telles que les serrures de porte, où la serrure doit rester en position verrouillée ou déverrouillée sans consommation d'énergie constante, et dans certains types de systèmes de contrôle industriels où le maintien d'un état particulier est crucial.

5.3 : Électrovannes à poussée-traction

Principe de fonctionnement : Les solénoïdes push-pull génèrent une force linéaire lorsqu’un courant électrique traverse leur bobine. Ils peuvent pousser ou tirer un objet selon leur conception et le sens du courant. Lorsque l’alimentation est coupée, le solénoïde revient à sa position initiale, généralement grâce à un ressort.

Avantages : Ils assurent un mouvement linéaire rapide et précis, idéal pour les applications nécessitant une actionnement rapide. Leur conception relativement simple les rend économiques et faciles à intégrer dans divers systèmes.

Applications : On les retrouve dans des applications telles que la commande de vannes dans les systèmes fluidiques (où elles ouvrent ou ferment les vannes), dans les machines automatisées pour les tâches de mouvement linéaire et dans certains types d'équipements médicaux pour une actionnement précis.

5.4 : Guide de sélection

Exigences en matière de force : Ce guide souligne l’importance de déterminer la force requise pour l’application. Les solénoïdes ayant des capacités de force différentes, le choix du modèle approprié garantit un fonctionnement optimal.

Cycle de service : Il est essentiel de comprendre le cycle de service (la proportion de temps pendant laquelle l’électrovanne est alimentée). Les électrovannes à verrouillage peuvent avoir un cycle de service différent de celui des électrovannes à impulsion, ce qui influe sur leurs performances et leur durée de vie.

Contraintes d'encombrement : Les dimensions physiques du solénoïde sont importantes, notamment lorsque l'espace est limité. Ce guide peut expliquer comment choisir des solénoïdes adaptés à l'espace disponible.

Caractéristiques de tension et de courant : Il est essentiel, pour un fonctionnement correct, que les exigences de tension et de courant du solénoïde correspondent à celles de la source d’alimentation de l’application.

5.5 : Conclusion

Le guide conclut en soulignant que le choix entre les solénoïdes à verrouillage et à traction dépend des besoins spécifiques de l'application. En tenant compte de facteurs tels que la force, le rapport cyclique, la taille et les exigences électriques, les utilisateurs peuvent sélectionner le solénoïde le plus adapté à leur cas d'utilisation.

Ce résumé donne un aperçu des points clés abordés dans un guide sur les options de verrouillage et de solénoïde à pousser-tirer, mais le contenu réel peut varier en fonction des détails spécifiques du guide original.