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Couple aimant electro-aimant



  1. #1
    ggregory

    Couple aimant electro-aimant


    ------

    Bonjour,

    Je travaille sur le projet d'une machine spéciale permettant le déplacement très rapide de petites pièces de 50gr.
    Le principe est le suivant:
    - un aimant "attrape" la pièce,
    - une platine passe en dessous pour la recueillir,
    - ensuite un électro-aimant fixé face à l'aimant est alimenté afin de créer un champs magnétique qui annule le champs magnétique de l'aimant, pour lui faire "relâcher" la pièce.

    La partie mécanique est quasi terminée mais la partie électronique et magnétique me pose problème.

    Voici les données d'entrées:

    - l'aimant choisi est un aimant cylindrique de diamètre 20 épaisseur 5, Neodymium Iron Boron Magnet, grade N35M
    - l’électro-aimant est impérativement alimenté en 9V par pile

    Voici mes questions:

    - Est ce qu'il est possible d'annuler temporairement le champs magnétique d'un aimant à l'aide d'un électro-aimant ?
    - Quelles doivent être les caractéristiques de la bobine de cet électro-aimant (diamètre du fil, nombre de spires, matière du fil, avec ou sans noyau, etc..) dans mon cas présent?

    Votre aide me serait vraiment d'un grand secours.
    Autant la conception mécanique, la fabrication et la CAO sont mes domaines habituels, autant l’électronique, le magnétisme et l’électricité sont pour moi complétement opaques.

    Merci,
    Gregory

    -----

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  3. #2
    invite50625854

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Bonjour a toi,

    Je n'ai pas de réponse précise a te donner. Toutefois les aimants Neodymium Iron Boron Magnet, grade N35M sont assez puissant.
    Ce que tu décris correspond a ça a peu prés :
    http://www.supermagnete.fr/S-20-05-N

    Sincèrement pour soulever 50 g je pense que l'aimant est beaucoup, beaucoup trop puissant.
    Ce qui fait que ta bobine et/ou courant qui la traverse sera aussi assez conséquente.

    A mon sens il te faut déjà trouver l'aimant qui remplit correctement sa fonction (pas trop ni trop peu puissant)
    La force d’adhérence est donnée a 5 kg environ, il me semble que ça correspond a la force de 2 aimants identique accole. Quoiqu'il en soit ça me parait beaucoup trop puissant.

    Ensuite je pense qu'il est assez difficile d’évaluer la taille de la bobine.

    Si je suppose que le champs magnétique en sortie de l'aimant est de 1 T (a mon avis N35 c'est plutôt 0,7 T mais mieux vaut avoir de la marge).
    Tu as la formule du solénoïde B=mu0*n*I qui te donneras une idée pour le gabarit de la bobine et courant.

    Mais tu seras obliges (je pense) de passer a l’expérimentation pour exactement dimensionner ta bobine.
    Si tu alimente en 9V nécessairement, connaissant le diamètre du fils de cuivre tu peux connaitre la résistance linéique, donc la résistance et le courant. Il te faudra par tâtonnement faire suffisamment d'enroulement pour annuler (parfaitement) le champs magnétique...

    Oui c'est possible "d'annuler" le champs magnétique d'un aimant permanent. Comme ta pièce fait 50g (ce qui est léger) ça demande quand même de bien faire la bobine.

    Ça t'aide pas beaucoup, mais vraiment je changerais d'aimant a ta place.

    Voili
    Dernière modification par Youry ; 17/02/2012 à 01h33.

  4. #3
    f6bes

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Citation Envoyé par ggregory Voir le message

    Je travaille sur le projet d'une machine spéciale permettant le déplacement très rapide de petites pièces de 50gr.
    Le principe est le suivant:
    - un aimant "attrape" la pièce,
    - une platine passe en dessous pour la recueillir,
    - ensuite un électro-aimant fixé face à l'aimant est alimenté afin de créer un champs magnétique qui annule le champs magnétique de l'aimant, pour lui faire "relâcher" la pièce.
    Bj rà toi,
    Pourquoi avoir "choisi" ce concept ?
    Cela implique une certaine lenteur !
    Un électro aimant pour "attraper" et...relacher est plus que suffisant !

    Tu n'élimines pas...
    tu compenses et un peu plus la force de ton aimant.
    Il est plus facile de relacher via un élécrtro aimant que te vouloir "contrer" ton aimant ! (nécessite moins d'énegie)
    Fonctionner avec une....pile, ça va pas durer bien...longtemps. Ta pile faiblit et don la force de l'électro ..aussi et ne décolle plus
    la piéce en question.

    Concept à revoir !
    Bonne journée
    Ben ça marche!

  5. #4
    invite50625854

    Re : Couple aimant electro-aimant

    f6bes a bien raison, c'est encore plus simple comme il le dit,
    Si la bobine est capable de contrer l'aimant, c'est que tu es capable d'attirer l'objet avec cette meme bobine.

    Et l'avantage c'est que la conception est beaucoup plus simple...

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    ggregory

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Merci pour les références de l'aimant que vous estimez suffisant.
    Ce qui avait guidé mon choix au départ c'était surtout son encombrement.

    Cependant, des contraintes de place m'obligent à utiliser une bobine plate pour l'electro aimant et il me semble que les formules sont differentes que celles utilisées pour un solénoïde.

    Sinon, vos conclusions sur le nombre de spires que l'on peut déduire experimentalement me paraissent cohérentes et realisables, même si je pensais que l'on pouvait le calculer assez simplement.
    Encore un détail: l'electro aimant: avec ou sans noyau?
    A+
    Gregory

  8. #6
    LPFR

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Bonjour.
    Même si vous utilisez un aimant plus petit, comme recommande Youri, votre pile de 9V risque d'être bien trop jeune pour faire la manip plus d'une ou deux fois (en étant optimiste). La création de ce champ magnétique demande de l'énergie (en plus des pertes dans le cuivre et dans le "fer"). Et il faut que le champ dure suffisamment pour que la pièce tombe et s'éloigne suffisamment de l'aimant.
    Quelle est l'application ?
    Au revoir.

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  10. #7
    invite50625854

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Je dirais sans noyau,
    Personnellement j'enroulerais ma bobine autour de mon aimant.

    Mais vraiment : Utiliser un aimant qui souleve 5 kg pour soulever 50 g c'est exagérer.
    Et il est plus simple d'utiliser une simple bobine comme vous le conseil f6bes ( avec noyau cette fois ci).

    Pourquoi faire simple quand n peut faire complique... A vous de voir maintenant.
    Dernière modification par Youry ; 17/02/2012 à 08h27.

  11. #8
    ggregory

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Le mécanisme pour lequel j'ai sollicité votre concours n'est qu'une petite partie du projet.
    Le cahier des charges de la totalité de cette machine n'est malheureusement plus à débattre, vu l'état d'avancement des travaux.
    Les contraintes imposées (une pile de 9V, l'utilisation d'un aimant de diamètre 20 épaisseur 5, l'utilisation d'une bobine plate) sont le cadre immuable de cette étude.
    Le déplacement de la pièce est assuré par sa géométrie et le positionnement du mécanisme. Ce point est définitivement résolu.

    La durée de vie de la pile est un problème. Je ne pensais pas qu'une impulsion permettant de générer un champs magnétique durant le temps nécessaire à l'annulation du champs magnétique de l'aimant consommerait autant d’énergie.

    Pour simplifier: j'ai seulement besoin de dimensionner un électro-aimant capable de générer un champs magnétique qui va annuler momentanément le pouvoir d'un aimant permanent placé en face de lui.
    L'aimant est connu, l'alimentation est connue, mais je n'ai pas les connaissances nécessaires pour faire ce dimensionnement.

    Sinon, merci pour vos réponses et pour vos suggestions. J'aurais du faire appel à vous plus tôt: ce projet ne serait pas une usine à gaz!!

  12. #9
    f6bes

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Citation Envoyé par ggregory Voir le message
    Le cahier des charges de la totalité de cette machine n'est malheureusement plus à débattre, vu l'état d'avancement des travaux.
    :
    Bjr à toi,
    Hum c'est pas le cahier des charges qui est à débattre, mais les SOLUTIONS trouvées pour cela!
    Je ne change pas le cahier des charges, ..mais ..propose une solution différente.
    C'est les SOLUTIONS qui sont....à débattre !!
    Faut savoir "revoir" les SOLUTIONS...sinon dans la vrais vie ..profesionnelle ...c'est en génaral...va voir ailleurs !... à l' ANPE !
    A+
    Ben ça marche!

  13. #10
    invite50625854

    Re : Couple aimant electro-aimant

    En tout cas, même si vous ne voulez pas revenir en arrière (ce qui, il est vrai, n'est pas malin).

    Utilisez au moins un aimant beaucoup beaucoup beaucoup moins performant. Seules les dimensions sont importantes apparemment, alors pas de folie avec un aimant a terre rare, svp... Sinon ca marchera jamais, ou alors 1 fois comme le dit LPFR.

    Et puis je connais les plans, mais vous pouver remplacer l'aimant par un moyeux de fer doux de même dimension, et bobiner autour... A priori ca change rien a votre etat d'avancement, et vous aurez des chances que ca marche.
    Dernière modification par Youry ; 17/02/2012 à 11h32.

  14. #11
    ggregory

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Merci pour vos remarques pertinentes et judicieuses mais cela ne répond pas du tout au sujet de la discussion.

    Les choix technologiques que j'ai fait sont comme dans toutes les conceptions sujettes à discussions et il aurait sans doute mieux à faire mais je n'ai ni le temps ni les moyens de revenir en arrière.

    Donc, en résumant:
    Je retiens l'idée de prendre un aimant permanent bien moins puissant (tant que les dimensions sont le mêmes, peu m'importe), et de m'arranger pour en annuler le champs magnétique pendant un instant à l'aide d'une pile de 9V et d'un circuit électronique.

    Malheureusement mes questions sont toujours les mêmes: comment dimensionner cet électro-aimant?!?!

  15. #12
    invite50625854

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Bon ça parait trivial, mais déjà ça dépend de l'aimant...

    Combien de tesla vous avez besoin ? (0,05 T me parait suffisant)
    Trouvez cet aimant.

    Achetez qq bobine de fils de cuivre (0,05 : 0,1 : 0,25, de diamètre, a vu de nez)
    Et ensuite faite des tests... je suis suffisamment expérimentateur pour vous dire que la théorie c'est bien pour commencer, ensuite viennent les ennuies...

    Bon courage

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  17. #13
    LPFR

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Re.
    Comme le diamètre est 20 et l'épaisseur 5n vous pouvez faire un calcul approché du champ comme celui au centre d'une seule spire (avec Biot et Savart). Ça vous donnera le courant à mettre pour une seule spire. Si vous en mettez 500, le courant sera 500 fois moins grand.
    A+

  18. #14
    ggregory

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Bonsoir et encore merci pour m'avoir aiguillé.

    Je me suis donc plongé dans des calculs que je ne maitrise pas vraiment d’après des formules de Biot et savart, de résistivité et de U=RI.

    Et après un savant tableau Excel voici mes conclusions:
    Données d'entrées:
    - aimant permanent diametre 15mm
    - aimant de 0.04 tesla
    - fil diametre 0,25mm
    - 500 spires

    Constantes:
    - m: perméabilité de l'air= 4pi^10-7
    - r: résistivité cuivre= 1,7^10-8Ohm.mètre

    1/Déterminer I en utilisant la formule de Biot et Savart qui sert à obtenir la valeur du champs magnétique dans une spire circulaire:

    B=(mI)/(2R)
    avec B en Tesla
    m: constante
    I en Ampere
    R rayon en métre

    Donc I=(2RxB)/m

    I=(2x0,0075x0,05)/4pi^10-7
    I= 477.46A

    2/Déterminer l'intensité passant dans chaque spire:
    I=477,46/500
    I=0,95A

    3/Détermination de la résistance:
    Résistance=résistivité x (longueur fil/section fil)
    avec:
    résistance en ohm
    résistivité=constante
    longueur fil en mètre = pi x rayon x nombre spire = pi x 0,0075 x 500 = 11,78 mètres
    section fil en mètre carré = pi x (0,00025/2)² = 4.90874^10-8m²

    donc:
    résistance= 1,7^10-8 x (11,78/4.90874^10-8) = 4,08 ohms


    4/Déterminer la valeur de U:
    U=RI
    U en volt
    R en Ohm
    I en Ampère

    U=4,08 x 0,95
    U=3,9V

    Conclusions:
    Si j'utilise cette solution, ma pile de 9V peut alimenter mon électro-aimant pour annuler le champs magnétique de mon aimant permanent.

    Il me semble qu'une pile de 9V délivre une intensité de 550 a 750 mAh, ce qui signifie qu'elle peut délivrer 550 à 750 mA pendant une heure avant d'être épuisée.
    Si je lui demande de fournir 950mA pendant quelques dixièmes de secondes pensez vous qu'elle puisse assurer une autonomie de 100 cycles?

    Si un truc vous choque dans mes calculs, n’hésitez pas à m'en faire part parce que l’électricité et ses formules, c'est vraiment pas mon dada...

    Bonne nuit.

  19. #15
    LPFR

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Bonjour.
    Vos calculs me semblent corrects.
    Mais c'est la puissance de l'aimant qui me semble faible.
    Avec 0,04 T et 15 mm de diamètre, je trouve que l'aimant peut soulever (à distance nulle) un poids de 0,11 N. Bien moins que les 0,5 N dont vous aviez parlé.

    Et je ne sais pas combien de fois une pile de 9 V peut fournir 1 A pendant quelques dixièmes de seconde. La capacité d'une pile s'écroule quand on lui fait débiter des courants élevés.
    Au revoir.

  20. #16
    invite50625854

    Re : Couple aimant electro-aimant

    De plus la pile fait 9 V et non 3,9 V comme votre calcul,
    Donc le courant sera plus eleve est votre bobine va faire bien mieux que d'annuler le champs, elle va l'inverser et le ferromagnétique va donc continuer a coller...

    Un étage de capacité faisant 9 V en serie, avec les 3,9 V aux bornes de certain, me parait une solution facile et efficace...

    De plus, la capacite pourras se décharger plus rapidement qu'une pile, et la pile sera surement beaucoup moins solliciter a fournir des gros courant, surtout si vous prenez des grosses capacités, je choisirais des capacités électrochimiques de bonne tension et avec la capa la plus grosses possible...

    Sinon 1 A dans le fils, je sais pas non plus si ca se passe, surement si appliquée un court instant...

  21. #17
    ggregory

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Bonjour,
    Quelques critiques concernant les résultats de mes calculs grâce à vos justes remarques:

    - Pour les 3,9V, je me suis dis que qui peut le plus (9V) peut le moins (3,9V) et que l'alimentation pourra être régulée à l'aide d'une résistance.

    - L'histoire de la capacité m’intéresse car cela me semble cohérent et efficace.

    - Le soucis de se limiter à 0,04T c'est effectivement de baisser le niveau de performance du système. C'était une suggestion de Youri et cela collait hyper bien avec les ordres de grandeurs de mes calculs, alors je me suis dis que c'était sans doute moi qui m'était trompé en mettant 0,5T.

    - Presque 1A dans un fil de 0,25mm de diamètre me parait effectivement excessif.

    - 500 spires avec un fil de 0,25 me paraissent encombrantes...

    Conclusion: Je vais essayer de redimensionner un peu tout ça maintenant que j'ai quelques outils en main. Il ne me reste plus qu'à augmenter les Tesla, sans doute augmenter l'alim et les diamètres des aimants.
    Je vous remercie tous beaucoup pour avoir partagé vos connaissance et m'avoir accordé du temps et de la réflexion.

    Encore un détail:
    Dis moi LOPFR, comment arrives tu à corréler les Tesla avec le poids que peu soulever un aimant? Même empiriquement, cela m’intéresse!

  22. #18
    LPFR

    Re : Couple aimant electro-aimant

    Re.
    Quand vous séparez un peu (d) une surface S d'un aimant de champ B, vous créez un volume d'air avec un champ B.
    L'énergie par unité de volume est ½B²/µ. Et cette énergie a été crée par une force F agissant sur une distance 'd':
    ½B²/µSd = F.d
    Les 'd' se simplifient.
    Mais ceci n'est valable de pour 'd' petit devant les dimensions de la surface de l'aimant. Pour vos 15 mm de diamètre, 'd' ne peut pas être plus grand que 5 mm pour que l'ordre de grandeur soit valide.
    A+

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