TL;DR : Un solénoïde à verrouillage (bistable) maintient sa position grâce à un aimant permanent, de sorte que la puissance de la bobine est nulle pendant le maintien. Vous changez d’état au moyen d’une courte impulsion de courant et libérez l’armature via une impulsion d’inversion de polarité, généralement issue d’un pont en H. Concevez votre système autour de trois éléments : la largeur d’impulsion (juste assez pour effectuer la course complète), les plafonds de cycle de service indiqués sur la fiche technique (le SH-K0730 autorise 50 s d’activation à 50 % de cycle de service, 25 s à 25 %, 8 s à 10 %), et le comportement en cas de coupure d’alimentation (l’actionneur conserve son dernier état, les applications de sécurité ont donc besoin d’une réserve d’énergie de libération stockée ou d’une alternative à rappel par ressort). La série K de Shih Shin comprend sept modèles à verrouillage, du SH-K0420 de 7,5 × 11 × 20 mm et 1 W jusqu’au SH-K1253, le SH-K0730 proposant des options de bobines de 3 W à 30 W.
Un solénoïde à verrouillage maintient son armature au moyen d’un aimant permanent plutôt que par un courant continu dans la bobine. Une fois l’armature en place, vous coupez la commande et la pièce reste verrouillée à puissance zéro. Cette unique propriété redéfinit l’électronique de commande, le budget thermique et l’analyse de défaillance du mécanisme environnant.
De nombreux articles ont été écrits sur les raisons pour lesquelles les solénoïdes à verrouillage économisent de l’énergie. Ce guide se concentre sur l’aspect mise en œuvre : mise en forme de l’impulsion de commande, libération fiable, lecture des limites de cycle de service et décision quant au comportement de votre mécanisme en cas de chute de tension. Les chiffres de référence proviennent de la série K de Shih Shin, sept modèles à verrouillage allant du SH-K0420 au SH-K1253 ; la gamme complète est répertoriée dans notre industrial solenoid product range.
Maintien sans consommation : séparez le travail entre l’aimant et la bobine
Dans un solénoïde à verrouillage bistable, un aimant permanent est placé à l’intérieur du circuit magnétique. Lorsque l’armature est appuyée contre la face polaire, la réluctance du circuit est faible et le flux de l’aimant produit à lui seul la force de maintien. La bobine existe pour changer d’état, non pour le maintenir.
Pour verrouiller, l’impulsion de commande pousse le flux de la bobine dans le même sens que celui de l’aimant. Le champ combiné attire l’armature tout au long de sa course ; une fois en place, l’aimant prend le relais et vous coupez le courant.
Pour déverrouiller, vous inversez la polarité. Le flux de la bobine s’oppose alors au flux de l’aimant dans le chemin de l’armature, la force nette tombe en dessous de celle du ressort de rappel ou de la charge, et l’armature se détache. La fenêtre de libération a deux limites : une commande inverse trop faible et l’attraction résiduelle maintient l’armature en place ; une commande trop forte, maintenue trop longtemps, et certaines structures réattirent l’armature. Vérifiez la fenêtre sur banc d’essai sur toute la plage de tolérance de votre alimentation et de température de fonctionnement avant de figer les constantes du firmware.
Conception du circuit de commande par impulsion
Les modèles bistables à bobine unique nécessitent une inversion de polarité, ce qui implique en production un pont en H ; un relais DPDT convient pour les prototypes. Les versions à double bobine remplacent le pont par un second enroulement et deux commutateurs côté bas (low-side). Quoi qu’il en soit, trois paramètres définissent la commande : l’amplitude, la largeur d’impulsion et le temps de repos.
L’amplitude découle des données de la bobine. L’enroulement 6 V du SH-K0730 mesure 12 Ω, il consomme donc 0,5 A et dissipe 3 W pendant l’impulsion (calculé à partir des valeurs de bobine indiquées). Dimensionnez les commutateurs et le rail d’alimentation pour cette pointe ; il n’y a pas de valeur nominale continue à supporter.
Réglez la largeur d’impulsion sur la valeur la plus courte permettant d’effectuer la course complète sous la charge la plus défavorable à la tension d’alimentation minimale. Observez le courant de la bobine sur un oscilloscope lors de la mise au point : le placage de l’armature se traduit par un point d’inflexion sur la courbe du courant. Ajoutez une marge au-delà de ce point, puis arrêtez. Une largeur supplémentaire génère de la chaleur, pas de la force.
Considérez les valeurs de cycle de service de la fiche technique comme des plafonds thermiques et non comme des objectifs d’exploitation. Le SH-K0730 indique un temps d’activation maximal de 50 s à 50 % de cycle de service, 25 s à 25 % et 8 s à 10 %. La défaillance classique sur le terrain est un bug de firmware qui bloque le pont à l’état ON ; protégez-vous contre cela avec un temporisateur matériel d’impulsion ou une commande à décharge capacitative qui limite d’elle-même l’énergie de l’impulsion. Écrêtez le choc inductif à la coupure à l’aide d’un réseau TVS ou de diodes dimensionné pour le schéma d’inversion choisi.
Référence de la fiche technique : trois tailles de châssis de la série K
Le tableau ci-dessous montre l’éventail allant d’un châssis miniature à une unité industrielle configurable. Pour une option intermédiaire, le SH-K0625 mesure 13 × 15 × 25 mm à 2,5 W.
| Modèle | Dimensions / poids | Puissance de la bobine | Duty / temps ON max |
|---|---|---|---|
| SH-K0420 | 7.5 × 11 × 20 mm | 1 W | 100% duty (valeur nominale continue) |
| SH-K0520 | 13 × 16 × 20 mm | 1.5 W | Se reporter à la datasheet |
| SH-K0730 | 35 g (poids) ; dimensions selon datasheet | Options de bobines 3 W / 6 W / 12 W / 30 W | 50% duty: 50 s; 25% duty: 25 s; 10% duty: 8 s |
Source: datasheets SH-K0420 / SH-K0520 / SH-K0730, Shih Shin Technology. Les valeurs sont données à titre indicatif et sous réserve de révisions de conception.
La comparaison de puissance par rapport à un solénoïde conventionnel est une question de structure, pas seulement de grandeur. Une pièce alimentée en continu dissipe sa puissance nominale de bobine pendant toute la durée du maintien : l’énergie est égale à la puissance multipliée par le temps de maintien, et elle augmente aussi longtemps que la charge est maintenue. Un type à verrouillage ne consomme de l’énergie que lors des changements d’état : puissance d’impulsion multipliée par la largeur d’impulsion, par actionnement, avec une consommation nulle entre-temps. Pour des temps de maintien longs, des alimentations par batterie et des boîtiers étanches sans flux d’air, cette différence détermine l’architecture. Le même watt (1 W) qui semble anodin sur un banc de laboratoire devient une charge thermique permanente à l’intérieur d’un boîtier étanche.
Fail-Safe ou Fail-Secure : décidez de l’état en cas de coupure de courant sur le papier
Un solénoïde à verrouillage conserve son dernier état en cas de coupure. Il n’est donc ni fail-safe ni fail-secure par nature ; il conserve son état, et le système qui l’entoure lui attribue sa fonction. Analysez la conséquence pour chacune des applications répertoriées de la série K :
- Libération de porte coupe-feu : un comportement fail-safe signifie que la porte doit se fermer en cas de coupure de courant. Un dispositif de maintien à verrouillage nécessite une réserve d’énergie surveillée, généralement un banc de condensateurs, qui envoie l’impulsion de libération lorsque l’alimentation chute. Sans cela, vous obtenez une consommation en veille nulle mais pas de libération définie.
- Verrouillage de lits d’IRM et de rayons X : la rétention d’état est la fonction recherchée. Le lit reste verrouillé lors d’une micro-coupure d’alimentation, et le mécanisme n’ajoute ni chaleur de bobine ni champ magnétique continu pendant le maintien.
- Machines de tri : les cadences d’actionnement élevées se heurtent aux plafonds de cycle de service mentionnés ci-dessus. Budgetisez le temps de repos entre les impulsions, pas seulement l’impulsion elle-même.
- Ensembles d’embrayage : l’embrayage conserve son état d’engagement lors d’une interruption d’alimentation, ce qui constitue soit une exigence, soit un risque. Votre DFMEA décidera ce qu’il en est.
La règle de décision : si le mécanisme doit adopter un état défini lorsque l’alimentation chute, vous avez trois options. Stocker l’énergie de libération localement et la déclencher lors de la perte d’alimentation, spécifier à la place un solénoïde conventionnel à rappel par ressort, ou ajouter une commande manuelle mécanique. Écrivez le comportement choisi dans les exigences avant la saisie du schéma, et non après le premier incident sur le terrain.
Avant d’envoyer votre RFQ
Les cycles de devis sont plus rapides lorsque le premier e-mail contient les chiffres dont l’ingénieur d’application a besoin :
- Tension d’alimentation et tolérance aux bornes du solénoïde
- Course et force de charge sur toute la course, pas seulement en position plaquée
- Largeur d’impulsion prévue et topologie de commande (pont en H, double bobine, décharge capacitative)
- Actionnements par minute et profil de salve dans le cas le plus défavorable
- Plage de température ambiante et flux d’air dans le boîtier
- État requis en cas de coupure de courant
- Encombrement de montage et spécification des fils ou connecteurs
Si vous remplacez une pièce existante, partez plutôt de sa référence : cherchez-la dans la solenoid cross-reference pour trouver un châssis correspondant dans la série K. Tous les chiffres cités dans ce guide proviennent des datasheets des fabricants selon notre editorial process.
Pour obtenir de l’aide sur le dimensionnement ou un jeu de datasheets couvrant toute la série K, écrivez à info@solenoids.com.tw en joignant la liste de contrôle ci-dessus. Un ingénieur d’application répond généralement sous 24 à 48 heures les jours ouvrés.
Foire aux questions
Quelle doit être la durée de l’impulsion de commande, et est-ce un problème si mon firmware laisse simplement la bobine sous tension ?
Utilisez l’impulsion la plus courte qui permet d’effectuer la course complète à la tension d’alimentation minimale sous la charge la plus défavorable, vérifiée à l’oscilloscope lors de la mise au point. Laisser la bobine sous tension est la défaillance la plus courante sur le terrain : les bobines à verrouillage sont thermiquement dimensionnées pour un fonctionnement par impulsions, et la datasheet du SH-K0730 limite le temps ON à 50 s à 50 % de cycle de service, 25 s à 25 % et 8 s à 10 %. Ajoutez un temporisateur matériel d’impulsion ou une commande à décharge capacitative afin qu’un bug logiciel ne puisse pas maintenir le pont à l’état ON.
En cas de coupure de courant, un solénoïde à verrouillage se déverrouille-t-il ou reste-t-il verrouillé ?
Il reste dans son dernier état verrouillé ; l’aimant permanent maintient l’armature sans aucune alimentation. Si votre application nécessite un état défini en cas de coupure de courant, par exemple une porte coupe-feu qui doit se déverrouiller, ajoutez une réserve d’énergie locale qui déclenche l’impulsion de déverrouillage lorsque l’alimentation chute, ou spécifiez à la place un solénoïde à rappel par ressort.
