TL;DR : Les électroaimants à cadre ouvert doivent être sélectionnés à partir de la courbe force-course, et non d’une seule valeur de force du catalogue. La force atteint son maximum près de la position appuyée et chute rapidement avec l’entrefer : le SH-1250 fournit environ 3500 gf à 1 mm de course sur sa courbe de puissance maximale (10 % de facteur de marche) et diminue vers zéro sur toute sa course de 25 mm. Lisez la force au niveau de votre entrefer de travail le plus long, sur la courbe correspondant à votre classe de facteur de marche réelle. Le facteur de marche est une limite thermique avec des temps MAX ON stricts : ce même SH-1250 fonctionne à 7,5 W en continu à 100 % de facteur de marche, mais à 75 W pendant 9 secondes maximum par alimentation à 10 % de facteur de marche. Des cadres plus grands offrent plus de puissance continue et des temps ON plus longs ; le choix entre poussée et traction dépend du chemin de charge. Vérifiez chaque sélection par rapport à la courbe du datasheet du fabricant à la température de fonctionnement.
Les fiches produits des catalogues d’électroaimants à cadre ouvert mettent généralement en avant une seule valeur de force et une puissance en watts. Aucune des deux ne vous indique si le composant déplacera réellement votre charge. Un électroaimant à cadre ouvert fournit une force très différente selon les points de sa course, et ses valeurs de puissance comportent des limites strictes quant à la durée d’alimentation de la bobine. Ce guide vous explique comment lire les deux graphiques qui déterminent un choix, la courbe force-course et le tableau du facteur de marche, et comment équilibrer la taille du cadre et le fonctionnement en continu. Il s’adresse aux ingénieurs spécifiant un composant, et non comme une première introduction aux électroaimants.
Lisez la courbe force-course, pas la force d’affichage
Un électroaimant produit sa force maximale lorsque le plongeur est presque en butée et que l’entrefer de travail est le plus réduit. À mesure que l’entrefer augmente, la force chute brutalement. Le SH-1250, un modèle à cadre ouvert de 315 g avec une course de 25 mm, présente la forme typique : sa courbe s’étend d’environ 3500 gf à 1 mm de course sur sa courbe de puissance maximale (10 % de facteur de marche) jusqu’à presque rien en position maximale de 25 mm.
Le piège réside dans le fait que votre charge rencontre d’abord l’extrémité la plus faible de la courbe. Au moment de l’alimentation, le plongeur se trouve à l’entrefer le plus grand du cycle, là précisément où la force produite est la plus faible. Un ingénieur qui effectue son dimensionnement d’après la valeur maximale, ou d’après une moyenne estimée à l’œil, conçoit un mécanisme qui bourdonne, chauffe et ne termine jamais sa course.
Trois règles de lecture :
- Sélectionnez au niveau de l’entrefer de travail. Trouvez l’entrefer le plus long que présente votre mécanisme au début du mouvement, tracez une ligne verticale à cet endroit et lisez la force sur la courbe en ce point. C’est cette valeur, et non la force en position appuyée, qui doit dépasser votre charge augmentée du frottement et de toute précharge du ressort de rappel.
- Utilisez la bonne courbe de facteur de marche. Les datasheets tracent une courbe par classe de facteur de marche. Les classes de facteur de marche plus élevées alimentent la bobine à une puissance en watts supérieure, de sorte que la courbe à 10 % se situe au plus haut sur le graphique, comme c’est le cas pour le SH-1250. Lire la courbe à 10 % pour une application en continu surestime considérablement la force disponible.
- Tenez compte de la température. Les puissances publiées sont évaluées à 20°C. La résistance du cuivre augmente à mesure que la bobine chauffe, le courant diminue, et la force chute avec lui. Une courbe lue à température ambiante est un cas optimal, pas une condition de service.
Le facteur de marche est un contrat thermique
Les valeurs de facteur de marche figurant sur la datasheet d’un électroaimant, généralement 100 %, 50 %, 25 % et 10 %, sont des classes thermiques. Elles décrivent l’intensité avec laquelle vous pouvez alimenter la bobine avant que le bobinage ne surchauffe. Sur le SH-1250, les quatre classes correspondent à 7,5 W, 15 W, 30 W et 75 W à 20°C. Le cadre est identique ; seul le niveau d’alimentation change. L’option de bobine 6 V mesure 4,8 Ω, et 6 V aux bornes de 4,8 Ω dissipe exactement la puissance nominale continue de 7,5 W. Les classes supérieures sont atteintes en suralimentant la même bobine pendant de courtes périodes.
Chaque classe intermittente comporte un temps MAX ON, et il s’agit d’une limite stricte par alimentation, et non d’une moyenne. Pour le SH-1250 : illimité à 100 % de facteur de marche, 140 secondes à 50 %, 50 secondes à 25 % et 9 secondes à 10 %. Deux conséquences en découlent :
- Les phases de maintien relèvent du service continu. Si le mécanisme doit rester alimenté pendant plusieurs minutes, seule la valeur nominale à 100 % s’applique à cette phase, quelle que soit la moyenne à long terme. C’est là que les circuits de commande à activation puis maintien, tension maximale pour l’attraction et tension réduite pour le maintien, révèlent tout leur intérêt.
- Le ratio seul ne garantit pas la conformité. Un cycle peut présenter une moyenne de 10 % de temps ON tout en violant la spécification si une seule période ON dépasse la valeur MAX ON. Les deux conditions doivent être remplies : le ratio de facteur de marche et le temps ON par activation.
La taille du cadre définit votre budget de force et de chaleur
La gamme d’électroaimants à cadre ouvert de Shih Shin comprend 20 modèles, du SH-0415, une unité de 8 x 10 x 15 mm spécifiée à 0,8 W à 100 % de facteur de marche. Trois points dans la gamme montrent comment le compromis évolue :
| Modèle | Poids | Puissance à 100 % de facteur de marche (20°C) | MAX ON à 50 % de facteur de marche |
|---|---|---|---|
| SH-0520 | 18 g | 1.6 W | 55 s |
| SH-1040 | 122 g | 4.2 W | 100 s |
| SH-1250 | 315 g | 7.5 W | 140 s |
Source : datasheets SH-0520 / SH-1040 / SH-1250, Shih Shin Technology. Les valeurs sont données à titre indicatif et sont sujettes à modification selon la conception.
Deux tendances sont importantes. Premièrement, la capacité de puissance continue varie avec la masse du cadre : plus de cuivre et plus de fer dissipent plus de chaleur. Deuxièmement, et de manière moins évidente, les temps MAX ON s’allongent à mesure que les cadres s’agrandissent. À 50 % de facteur de marche, le SH-0520 doit être désalimenté après 55 secondes, tandis que le SH-1250 peut maintenir sa position pendant 140 secondes ; à 10 % de facteur de marche, ces mêmes limites sont de 3 secondes et 9 secondes. Une bobine plus grande met simplement plus de temps à atteindre sa limite de température. Si votre budget temporel dépasse à peine la valeur MAX ON, passer à la taille de cadre supérieure offre de la marge thermique sans modifier le schéma de commande.
Comparez les encombrements mécaniques et les options de course au sein de la gamme sur la page gamme de produits d’électroaimants industriels avant de figer la taille du cadre dans la conception de votre boîtier.
Poussée ou traction : décidez selon le chemin de charge
La plupart des électroaimants à cadre ouvert sont conçus en version traction : alimentez la bobine et le plongeur se rétracte. Une version poussée ajoute une tige à travers la butée arrière afin que le mouvement du plongeur soit transmis à l’extrémité opposée. D’un point de vue électrique et thermique, les deux se comportent de la même manière ; les questions de sélection sont d’ordre mécanique :
- Où la force doit-elle être la plus élevée ? Un modèle à traction utilisé comme verrou fournit sa force maximale en fin de course (position appuyée), ce qui convient au maintien en position. Si la partie exigeante de votre cycle se situe à grand entrefer, aucune des deux configurations n’échappe à la courbe ; vous devez dimensionner pour l’entrefer dans les deux cas.
- Charge latérale. Une tige de poussée tolère moins de charge latérale qu’un plongeur guidé à l’intérieur du cadre. Si l’élément entraîné peut imposer une force latérale, maintenez la tige dans l’axe avec une liaison, ou réorientez le mécanisme en traction.
- Méthode de rappel. Les unités à cadre ouvert reposent sur un rappel externe : ressort, gravité ou la charge elle-même. La force de rappel se soustrait de la force utile sur l’ensemble de la course ; ajoutez-la donc à la valeur de charge que vous reportez sur la courbe.
Une séquence de sélection viable en production
- Mesurez la charge réelle : la force nécessaire pour déplacer le mécanisme dans le pire des cas, plus le frottement, plus la précharge du ressort de rappel.
- Établissez la chronologie : durée d’une alimentation unique, période du cycle et température ambiante. Déduisez la classe de facteur de marche à partir du ratio, puis vérifiez la durée d’alimentation unique par rapport à la limite MAX ON de cette classe.
- Sélectionnez les cadres dont la courbe, sur la ligne de facteur de marche appropriée, dépasse votre charge au niveau de votre entrefer de travail le plus long, avec une marge justifiable à température de bobine élevée.
- Si vous remplacez un composant d’un autre fabricant, refaites les calculs plutôt que de vous fier à l’étiquette. L’outil d’équivalence solenoid cross-reference associe les références courantes à des cadres Shih Shin comparables comme point de départ ; la vérification de la courbe ci-dessus confirme l’adéquation.
- Validez avec un échantillon à vos conditions réelles de tension, de température et d’orientation de montage avant de réaliser l’outillage autour du composant.
Toutes les valeurs présentées dans cet article proviennent de mesures indiquées sur les datasheets des modèles cités ; notre méthode d’obtention et de vérification des données de spécification est décrite dans notre processus éditorial.
Obtenez une courbe adaptée à votre point de fonctionnement
Si vous pouvez préciser la force de charge, l’entrefer de travail, le temps ON d’une seule activation et la période du cycle, recommander un modèle est un exercice rapide. Envoyez ces quatre valeurs à info@solenoids.com.tw et notre équipe d’ingénierie vous répondra avec les cadres candidats et les courbes force-course correspondantes, généralement sous 24 à 48 heures ouvrées.
Foire aux questions
Puis-je maintenir un électroaimant alimenté plus longtemps à 10 % de facteur de marche si je lui accorde un temps de repos supplémentaire pour refroidir ensuite ?
Non. Le temps MAX ON est une limite stricte par alimentation, indépendante du ratio de facteur de marche. Le SH-1250, par exemple, autorise un maximum de 9 secondes ON à 10 % de facteur de marche (alimentation de 75 W), quelle que soit la durée du repos de la bobine par la suite. Si une seule période ON doit durer plus longtemps, passez à une classe de facteur de marche de puissance inférieure ou augmentez la taille du cadre, puis relisez la courbe force-course pour cette classe.
La force sur la datasheet semble amplement suffisante, mais mon prototype cale avant d’achever sa course. Qu’ai-je manqué ?
Vous lisez très probablement la force près de la position appuyée. La force chute fortement avec l’entrefer : le SH-1250 fournit environ 3500 gf à 1 mm de course sur sa courbe de puissance maximale (10 % de facteur de marche), mais diminue vers zéro sur toute sa course de 25 mm. Lisez la courbe au niveau de votre entrefer de travail le plus long, sur la ligne correspondant à votre classe de facteur de marche réelle, et rappelez-vous que les puissances publiées sont évaluées à 20 degrees C ; une bobine chaude fournit moins de force.
