Actuateur Lineaire: force d'un electroaimant

[invite2e85e0ad]

Bonjour à tous,

Je suis en train de dimensionner un électroaimant avec un noyau plongeur, et j'essaie de déterminer l'optimum au niveau du rapport force / masse.

Le plongeur est composé de petits aimants en néodyme assemblés les uns aux autres, afin de pouvoir également faire varier la dimension du plongeur.


Je pars du principe que la force de poussée maximale de mon EA est directement proportionnelle aux champ magnétique généré par le solénoïde, à savoir B=µ0*n*I / L
où n est le nombre de spires, I le courant et L la longueur de la bobine.

En faisant mes mesures avec plusieurs bobines, j'obtiens des résultats qui ne correspondent pas avec mon hypothèse sur le rapport entre la force et le champ magnétique.

Par exemple, la bobine 1 a les caractéristiques suivantes:
4000 Ampères - tours
80mm de long

La bobine 2:
1600 Ampères-tours
50mm de long.

Le rapport B1 / B2 = 1.56

Je m'attends donc à avoir une force de poussée maximale avec la bobine 1 qui sera +- 50% plus grande que la bobine 2.
Or, d'après mes mesures, je n'obtiens que 30% de poussée supplémentaire.


Est-ce que mon hypothèse est bancale, ou bien mes mesures sont mauvaises?

D'après vous, quels paramètres dois-je prendre en compte pour créer un EA le plus puissant possible pour une masse donnée? Vaut il mieux utiliser du fil plus fin pour augmenter le nombre de spire, ou du fil plus gros pour augmenter le courant?

Dans l'idéal, j'aimerais avoir un EA capable de générer 15N de force statique, comment aborder le calcul?

Merci d'avance pour votre aide
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[invite01fb7c33]

Il y a des lacunes dans l'hypothèse. Les bobines n'ont pas la même longueur, et la position du noyau dans la bobine intervient dans le calcul de la force.

[invite2e85e0ad]

Justement, je prends en compte la longueur des bobines dans mon calcul du champ magnétique B. Je fais le rapport des deux champs magnétiques.
Pour le plongeur, je repère l'endroit où la force est maximale, en faisant varier la position, et je répète l'opération avec plusieurs longueurs de plongeur.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Ce que est faux dans l’hypothèse est de supposer que le champ reste le même avec le plongeur.
Votre formule n’est pas trop mauvaise sans noyau. Mais si vous mettiez un noyau dans toute la bobine, au lieu de µ_o il faut utiliser µ_rµ_o avec µ_r la perméabilité relative du fer.
Quand c’est un noyau partiel le calcul est plus difficile et les hypothèses plus risquées.

Et si, en plus, le noyau est un aimant, c’est encore plus incertain. Je ne sais pas comment se comportent les aimants dans un champ (comment varie µ_r).

Finalement, si une bobine attire un plongeur ou des aimants, ce n’est pas un phénomène similaire à celui d’un ressort ou un élastique. L’attirance vient du fait que l’énergie du système est plus faible quand le champ magnétique se trouve dans l’aimant que dans l’air.
On peut utiliser cette propriété pour faire un calcul approché de l force d’une bobine sur un plongeur en fer (avec des aimants j’ai beaucoup de doutes).
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2e85e0ad]

Merci pour vos réponses.

Pour ce qui est de la perméabilité relative, d'après Wikipedia le µr du néodyme est de 1.05, donc très proche de la constante du vide. Du coup, vu que je n'ai pas de plongeur ferromagnétique, j'ai simplement négligé ce paramètre.

C'est justement parce que le calcul était très incertain que je suis passé par des mesures expérimentales. Je pensais obtenir une certaine linéarité de l'évolution de la force avec la taille du plongeur en neodyme.

[invite6dffde4c]

Re.
Vous confondez le néodyme avec les aimants au néodyme faits avec un alliage Nd2Fe14B.
Ça m’étonnerait que la perméabilité relative des aimants soit proche de celle du vide.
A+

[invite2e85e0ad]

Je pense bien que ce sont les aimants au neodyme qui ont un faible µr (ça m'a étonné aussi) :

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Quelle est la source de ce tableau ?
Je voudrais bien lire ce que dit la référence 15. Merci.
Au revoir.

[invite2e85e0ad]

Bonjour,

Le tableau vient de la page wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Permea...romagnetism%29

Et la référence est:
Juha Pyrhönen, Tapani Jokinen, Valéria Hrabovcová (2009). Design of Rotating Electrical Machines. John Wiley and Sons. p. 232. ISBN 0-470-69516-1.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Dans ce cas cela veut dire que c’est la perméabilité relative pour des petites variations. C'est-à-dire la courbe de µ_r du graphique de droite :
https://en.wikipedia.org/wiki/File:P..._by_Zureks.svg
Et que c’est la valeur pour le champ de saturation.
Evidement, on ne peut pas utiliser cette valeur comme si elle était indépendante de B.
Si vous mettez votre aimant dans un champ de même orientation, le champ total ne changera pas, et vous ne gagnerez pas en énergie.
Je ne vois pas comment faire des calculs approchés. Je n’ai jamais réfléchi au problème de l’aimant plongeur
Au revoir.

[invite2e85e0ad]

Ok, je comprends mieux. Merci pour votre aide!

Au revoir.