Dimensionnement fil bobine

[Antoane]

Bonjour,

C'est-à-dire? Donner les épaisseurs, du plastique autour?

Oui, avec éventuellement un schéma si la géométrie n'est pas triviale.

> Quel est le sens des résistances que je viens de calculer, du coup?

Pour un cylindre creux (ma bobine) : Rth=ln(Rext/Rint)/(conduction thermique équivalente*2*pi*Lbobine).

est la résistance que doit traverser la chaleur pour passer de la surface intérieure de la bobine (i.e. le cylindre de diamètre 6mm) pour arriver à la surface extérieure (cylindre de diamètre 7mm). Cette valeur serait pertinente si la bobine constituait un isolant entre un truc chauffant situé dans son trou et devant transmettre de la chaleur vers l'extérieur. Ca peut éventuellement être pris comme pire-cas pour modéliser ta bobine (sans ses interaction avec le reste de l'univers) mais a autrement, a priori, peut d'intérêt.
Par contre, une résistance thermique s'exprime en K/W.

La résistance thermique de convection va-t-elle vraiment être très grande et la radiation et la conduction seront négligées? En effet, ma bobine sera emprisonnée dans un sur-moulage de plastique. L'air ambiant ne sera pas en contact avec la bobine.

1. C'est un abus de langage, j'inclue la radiation dans le coefficient h équivalent, et ne parle donc plus que de convection. La puissance radiée n'est cependant pas négligeable, on considère généralement (règle d'ingénieur en électronique) qu'elle vaut de l'ordre de la moitié de la puissance totale transmise. Cette puissance est qu'elle se calcule aisément et précisément.
2. Faudra faire les calculs...
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[A1Lo]

Bonjour,

Oui, avec éventuellement un schéma si la géométrie n'est pas triviale

J'ai joins un schéma

Ca peut éventuellement être pris comme pire-cas pour modéliser ta bobine (sans ses interaction avec le reste de l'univers) mais a autrement, a priori, peut d'intérêt.

D'accord

[yvon l]

...
L'application visée est un moteur linéaire de faibles dimensions.

Bonjour.
Si, c’est l’étude d’un moteur, la partie thermique constituant les pertes n’est qu’un aspect (important) du problème. Reste la puissance mécanique à obtenir.
A cette puissance mécanique correspond une puissance électrique se manifestant par une force contre électromotrice. Si les bobines du moteur sont alimentées à une fréquence donnée (par exemple 35hz), cette fcem correspond à une inductance à prendre en compte dans tes calculs. Ceci est la manifestation de la conversion électrique vers mécanique de ton moteur. L’aspect thermique est l’un des facteurs qui limite la puissance mécanique que l’on pourra tirer du moteur.
Donc quand tu parles par exemple de 12 V-1A, ceci correspond à une puissance thermique à évacuer (12W) lorsque le moteur est calé. Et ceci est un cas bien particulier

[A1Lo]

Bonjour,

Oui, Yvon L, peux-tu m'en dire plus?

Je relance cette discussion car je n'ai toujours pas eu ce que je cherchais au début.

Merci

[Antoane]

Bonjour,

J'ai joins un schéma Pièce jointe 367069

Si le surmoulage est suffisament petit (~mm ou cm), tu pourras supposer que la bobine et le surmoulage sont à température constante et que c'est la résistance de convection qui domine. Celle-ci se calcule alors comme précédemment, avec un h~15 W/Km² mais sur toute la surface du surmoulage. La validité de l'hypothèse se vérifie par exemple en faisant de grosses approximation (conservatives) sur le chemin de la chaleur dans le sur-moulage - par exemple que la chaleur est purement axiale ou transversale.
Une autre possibilité est de faire une simulation thermique numérique, par exemple par éléments finis. FEMM est assez performant et simple d'usage. la difficulté dans ce cas reste la définition des conditions aux limites : quelle valeur de h donner ?

[yvon l]

Oui, Yvon L, peux-tu m'en dire plus?

Bonjour
Avant de répondre, pour moi, le moteur devrait avoir au moins 2 bobines ??

[yvon l]

Oui, Yvon L, peux-tu m'en dire plus?

Je viens de relire pour m’apercevoir que ton moteur se comporte comme la mécanique d’un haut-parleur. Tu alimentes la bobine en courant alternatif, et la partie mobile se déplace linéairement à la même fréquence.
L’énergie mécanique fournie par la vibration dépend de la force et du déplacement à fournir. La puissance correspondante dépend de la vitesse moyenne du module du déplacement et de la force moyenne à fournir.
En première approximation si tu alimentes le moteur avec une tension sinusoïdale, le courant sera sinusoïdal si la force résistante varie sinusoïdalement autour de son point central. Dans ce cas les déplacements sinusoïdaux des aimants vont induire dans le moteur une fem sinusoïdale (si la construction est correcte).
Le produit scalaire de la fem et de I (valeurs efficaces ) correspondra à l’énergie mécanique fournie par le moteur. Celle-ci s’ajoute à la puissance thermique RI² (I efficace) qui chauffe le bobinage. Dans ces conditions, le courant fourni par une source alternative de tension constante dépend de la puissance demandée par la charge que doit entraîner le moteur. Dans cette description j’ai négligé les pertes calorifiques supplémentaires dues aux hystérésis et aux courants de Foucault.
Maintenant si le courant et la fem ne sont pas sinusoïdaux (construction, charge) les pertes calorifiques sont plus grandes (harmoniques).

[A1Lo]

Bonjour,

Merci Antoane, je vais faire le calcul de convection en faisant l'hypothèse que la bobine et le surmoulage sont à température homogène, puis je ferai une simulation sur FEMM.

Merci Yvon l, Oui, le courant et la fem sont sinusoïdaux en effet.

[yvon l]

Voilà comment je procéderais pour connaître la section du fil à utiliser .
Supposons que les autres aspects dimensionnels du moteur sont fixés et que tu désires amener ton moteur à pouvoir fournir une puissance maximale pour une tension et une fréquence donnée. (attention la puissance du moteur s’adapte à la puissance demandée par la charge.
Le problème se présente alors comme suit:
Ce sont les pertes calorifiques (les pertes) qui limitent la puissance que pourra fournir le moteur. Ces pertes sont la somme des pertes fers (foucault et hystérésis) et des pertes cuivres. Ces dernières sont proportionnelles au carré du courant. Ce courant fournit la force nécessaire pour déplacer la charge.
Supposons que tu fabriques une bobine avec du fil de section s1 (quelconque qui remplit l’espace nécessaire prévu dans ton moteur .Soit N1 le nombre de tours.
Tu fais alors des essais pour déterminer la tension pour laquelle le moteur atteint la température maximale en régime établi que tu t’imposes . Bien sur à la fréquence de fonctionnement, car si tu diminues celle-ci, l’échauffement augmentera (le courant diminue à cause de la fcem induite par les déplacements des aimants).
Supposons que cette tension égale à U1.
Sous cette tension tu pourras voir si ton moteur répond déjà au reste du cahier des charges.
Supposons cela Ok, et pour faire simple que la tension obtenue par le test est U2 tel (pour simplifier les explications) que U2 soit le double du U1 (celle que t’on cahier des charges impose).
Dans ce cas tu peux dire que la section s1 de ton fil est 2 fois trop petite, et que tu dois passer à une section double s2=s1*2.
En effet, avec cette nouvelle section, tu ne pourras bobiner que N2=N1/2 tours. La section du fil ayant doublé et sa longueur diminuée par 2, sa résistance est diminuée par 4.
On pourra donc travailler avec un courant double (RI²)
Avec ce courant double, et un nombre de tours N2 moitiés on disposera toujours du même nombre d’ampères-tour. On dispose toujours de la même force

La fcem induite (celle qui est induite par la vibration du noyau) sera diminuée par 2 (N1/2). Donc ce moteur peut travailler avec une tension 2 fois plus petite (les vecteurs U, RI et E sont tout les trois diminués par un facteur 2).
Bref, après essai, par une simple règle de trois tu peux connaître la section du fil adaptée à la tension que tu utilises pour alimenter ton moteur. Tu vois également que, ici, la puissance mécanique disponible est indépendante de la section du fil (si on adapte la tension)