question sur fabrication électroaimant

[Forthman]

Bonjour tout le monde,

Je suis totalement novice dans l'électromagnétisme, et je dois réaliser un système à électroaimants pour transférer
des tubes acier de 50x10x1000 (épaisseur 1mm) sur quelques mètres.
J'ai deux problèmes :
- ces tubes sont recouverts d'un textile de 1.4mm d'épaisseur
- la hauteur tube (1.4+10+1.4mm) + électroaimant ne doit pas dépasser 40mm

En largeur j'ai un peu plus de liberté, mais l'ensemble ne doit pas dépasser 100mm avec le châssis supportant les électroaimants

Sur l'image ci-dessous j'ai représenté le tube acier avec sa "chaussette" ainsi que 4 cylindres représentants les électroaimants


J'avais deux électroaimants à disposition : une ventouse de porte, et un actionneur(bobine avec noyau mobile 24Vcc 2A)
après essais :
- la ventouse de porte ne provoque même pas d'attraction à cause de l'épaisseur du textile
- l'actionneur est un peu mieux mais impossible de soulever ce tube, même si j'en avais 10 en parallèle

J'ai acheté une bobine de 120m de fil de cuivre en 0.4mm² , histoire d'avoir une intensité supportable par mon alimentation 12Vcc (alim PC)
Par chance la bobine donne accès aux deux extrémités du fil, j'ai pu donc tester sans refaire un bobinage, en logent un rond d'acier au centre.
Résultat parfait, ça colle vraiment fort malgré le textile, avec cette seule bobine je pourrais soulever au moins 5 fois le poids de mon tube
Mais voilà, ma bobine fait 60mm de haut et 50mm de diamètre

Alors je fais appel à vous, si certains sont calés dans le domaine, pour me dire ce que je peux faire.
Vaut-il mieux avoir une bobine plus plate et plus grande en diamètre ? (pour la même longueur de fil ça me fait une bibine de 80mm de diamètre)
Ou plusieurs bobines avec un diamètre extérieur plus petit ?
Ou autre chose ?

merci de votre écoute
-----

[f6bes]

Bjr à toi,
"...Sur l'image ci-dessous.." trop bien cachée ton image !
Faudrait commencer par connaitre le poids à.......soulever !!
Ensuite si tu tiens à éviter les accidents , vaut mieux ACHETER le matériel qui va bien,
plus tot que de vouloir..innover !
Bon WE

[Antoane]

Bonjour,

En première approximation, le nombre de spire n'a pas d'importance, seule la masse de cuivre utilisée importe : avec peu de spire, il faudra beaucoup de courant, et donc un fil de gros diamètre alors qu'avec beaucoup de spires il faudra peu de courant, mais beaucoup de tours. Le nombre de tours va finalement fixer la résistance de la bobine et donc la tension de fonctionnement de l'électro-aimant (nota : pour les même raisons, la puissance perdue dans l'électroaimant par effet Joule est relativement indépendante du nombre de spires).
Pour les mêmes raisons, la forme de la bobine importe relativement peu.

La gestion thermique contraint le dispositif. Il sera possible de faire fonctionner le composant à plus forte puissance si l’électroaimant ne doit pas fonctionner en continu.

Pour maximiser la force, il faut minimiser l'entrefer, en utilisant si possible un noyau ferromagnétique ayant un profile adapté à la forme de la pièce à soulever. Est-ce possible ?

Combien d'EA est-il possible d'utiliser pour chaque tube ?

Edit :
- l'ensemble de mon message suppose que tu utilises un noyau magnétique - qui apparait assez indispensable.
- je n'aborde pas les questions de sécurité

[Forthman]

@ F6bes
Quand j'ai écrit mon message lors de la prévisualisation la pièce jointe était marquée "en attente validation" ou quelque chose comme ça.. j'ai manqué un truc ?

Le tube fait 50x10x1000 en épaisseur 1mm soit un peu moins de 1kg

Si je tente un truc, c'est bien parce que je n'ai rien trouvé dans les dimensions (maxi 25mm d'épaisseur) et qui arrive à coller à travers l'isolant textile.

[A voir en vidéo sur Futura]

[baiegeai]

une solution simple serait d'utiliser un aimant permanent péchu et à l'arrivée actionner un systeme pour retenir la barre et tirer sur l'aimant pour qu'il se decolle

[Forthman]

Merci Antoane,

Le facteur de marche sera d'environ 10% (même moins) avec des phases actives de 5 secondes maxi

j'imaginais placer au moins 2 électroaimants mais je pourrais en mettre plus (mais plus ça sera lourd, et plus il me sera difficile d'avoir une structure rigide)


Pour li'mage j'avais bien raté un truc, j'ai voulu l'intégrer comme pièce jointe et pas directement une image

[XK150]

Bonjour ,

Et pourquoi pas ce genre , rectangulaire ? Un seul , bien moins puissant suffirait ?
https://www.amazon.fr/LIBO-magn%C3%A...2&sr=8-1-fkmr0

[Forthman]

J'ai un modèle 600lbs mais à cause de l'épaisseur du textile ça ne colle pas du tout, en fait on ne sent même pas la moindre attraction.

[f6bes]

@ F6bes
Quand j'ai écrit mon message lors de la prévisualisation la pièce jointe était marquée "en attente validation" ou quelque chose comme ça.. j'ai manqué un truc ?

Le tube fait 50x10x1000 en épaisseur 1mm soit un peu moins de 1kg

Remoi,
Normalement les piéces jointes sont gérer par " gérer les piecees jointes".
A ce stade tu joins ta piéce jointe à ton message et tu envoies le tout.
e
Bien sur il y aune attente " validation" avant que le serveur accepte ta piéce.
Cette attente peut durer une minute assez facilement.

Un fois valider il est INDIQUE dans ton message que la piéce est jointe (un coche).
Sin tu est allé plus vite SANS vérifier que c'était vraiment joint...b en ta piéce est passé à la trappe.
bonne journée

[BLI06]

Bonjour Forthman
Si votre essai est concluant, mesurer l'intensité absorbée par la bobine I et le nombre de spires n
C'est le produit Ixn en ampères-tours qui est determinant
Par ex 2A et 100 sp, soit 200At...vous aurez le même résultat avec 200sp et 1A
Donc voyez l'intensité possible à fournir par la source et le nombre de spires correspondant, avec la possibilité dé faire une
bobine longue si peuu de place
Bon courage

[Antoane]

Bonjour,

Ce genre de système se simule relativement aisément avec des logiciels de FEA, par exemple (en intuitif, gratuit, et aisément interfaçable avec Matlab/Octave) : FEMM.

[Forthman]

@ BLI06, j'imaginais que si la spire était près du noyau (ø16mm) elle consommerait plus que celle à l'extérieur (ø60mm) , du coup je me basais sur la longueur du fil (ici ma bobine fait 120m en 0.4mm²)
Mais comme je l'ai écrit , je n'y connais rien en magnétisme

@Antoane, merci pour le lien, je viens de télécharger FEMM 4.2 et miracle, il tourne sous Wine
Par contre le coté intuitif ne s'applique pas à moi, je suis tout juste en mesure de ne pas foutre le feu en faisant un bobinage

[Antoane]

Effectivement.... Intuitif n'est pas le bon terme.
Simple lorsque interfacé avec Matlab ou assimilable serait plus raisonnable

[Forthman]

Bonjour,
J'avance sur mon projet, et j'ai de nouvelles questions.

j'ai donc pu réaliser un électro-aimant qui fonctionne plutôt bien puisqu'il arrive à maintenir la pièce à lui seul.

J'ai fait mon bobinage de manière empirique, car je suis bien trop largué avec le logiciel FEMM

J'ai réalisé mon bobinage autour d'une pièce en PEHD diamètre intérieur du bobinage 18mm diamètre extérieur 60mm épaisseur 14mm
J'ai une longueur d'un peu moins de 50m de fil de cuivre de section 0.4mm²
Il consomme 4.5A sous 12Vcc et passe de 20° (température de mon atelier) à 60° en 3 minutes.
Le temps d'utilisation ne devrait pas dépasser les 20 secondes en continu, mais au cas où, je vais utiliser un thermostat pour couper à 80°,
ainsi qu'un autre calibré à 60° pour prévenir l'automate de la surchauffe.
Je remplacerai également le PEHD par du PTFE pour être pénard niveau températures.

ma première question porte sur le boîtier.
J'aimerais réaliser un boîtier en aluminium (usiné dans la masse) qui me permettrai d'avoir une sortie câble propre, ainsi qu'une fixation sûre.

Un tel boîtier va-t-il créer de fortes interférences ?

ma deuxième question porte sur le noyau.
Actuellement j'utilise du fer doux (S235JR) usiné à diamètre 16mm.
Aurais-je un intérêt à utiliser un autre matériaux ou un diamètre différent ?

merci à vous

[Antoane]

Bonjour,

peux-tu donner une vue 3D de la pièce en acier (et éventuellement une mise en plan) ?

Connais-tu les caractéristiques magnétiques du S235JR ? Il me semble me souvenir de mes cours de prépas qu'il existe une autre dénomination pour ce métal... Sais-tu si ton matériau correspond à l'un de ceux-la :

[Forthman]

tu parles de du noyau acier ou de la pièce à soulever ?

voici la bobine en coupe (désolé, tout est hachuré de la même manière)


pour l'acier le 235JR (E24) correspond à du 1015US mais au pire j'ai de l'XC18 qui correspond à du 1020US

[Antoane]

Pour maximiser la force, il faudrait fermer le noyau magnétique pour lui donner une forme de pot plutôt que de bâtonnet :


Cela permettra par ailleurs de limiter le champs magnétique alentour.

J'aimerais réaliser un boîtier en aluminium (usiné dans la masse) qui me permettrai d'avoir une sortie câble propre, ainsi qu'une fixation sûre.

la perméabilité de l'aluminium est de 1, il est donc transparent pour le champ magnétique. Mettre un boitier en alliage ferreux permettrait d'améliorer les performances.

Je n'ai jamais utiliser FEMM pour faire des simulations de forces , et peine un peu - on verra si j'arrive à qqch.

[Antoane]

Bonjour,

La bobine du prototype doit faire environ 500 tours.

Avec les dimensions données ci-dessus (et une géométrie simplifiée), je simule une force d'attraction d'environ 16 N, tandis que la masse du tube devrait être < 1 kg.
Le champ dans le noyau est généralement inférieur à 0.7 T, ce qui montre que le matériau est loin de la saturation et que la section du noyau pourrait être réduite pour donner plus de place au cuivre (ou pour laisser de la place pour la fermeture du noyau).
fs_81.PNG

En fermant le noyau avec un capot de 2mm d'épaisseur, on trouve une force d'environ 52 N.
fs_80.PNG

J'ai utilisé du 1006US pour la simulation mais les résultats ne devraient pas trop varier avec un autre métal - du moins tant que l'épaisseur du tissu recouvrant la barre est supérieure à une centaine de µm.
On peut simuler l'impact de la distance entre le noyau et le tube sur la force (pour plusieurs métaux, et avec noyau fermé ou ouvert) :
fs82.png

En PJ les deux fichiers de simulation, à enregistrer au format .fem et à ouvrir avec le logiciel.

[Antoane]

Re.
Le code n'est pas propre, mais si tu veux faire les simus paramétriques directement depuis Matlab/Octave :

clear 
m = 1e-3 ; % milli (-meter)
openfemm
D_list = linspace(0.01, 10, 10)*m ;
F = 0*D_list ; % init force vector
for k=1:length(D_list)
    R0 = 23.6*m/2 ;
    R1 = 8*m ;
    R2 = 30*m ;
    
    e1 = 1*m ;
    e3 = 14*m ; 
    H1 = 4*m-e1;
    H2 = 23*m-H1 ;
    
    D = D_list(k);
    e10 = 1*m ;
    R10 = 2*R2 ;
    
    zero = 1%e-6 ; % close or open core - should not be zero. 
    R3 = R2+2*m ;
    R4 = R3 + zero*2*m ;
    e2 = 2*m*zero ;
    
    Lwire = 50 ; 
    Lavg = 2*pi*(R1+R2)/2 ; % average turn length 
    Ntrn = Lwire / Lavg ;
    Icoil = 4.5 ;
    
    % openfemm
    newdocument(0)
    
    coreMat = '1020 Steel' ;
    plateMat = coreMat
    coilMat = '20 AWG'
    mi_getmaterial(plateMat)
    mi_getmaterial(coreMat)
    mi_getmaterial('Air')
    mi_getmaterial(coilMat)
    
    mi_addcircprop('coil1', Icoil, 1)
    
    mi_drawrectangle3(0,0, R1, H1, coreMat)
    mi_drawrectangle3(0,0, R1, -H2, coreMat)
    mi_drawrectangle3(0,H1, R0, e1, coreMat)
    
    % mi_drawrectangle3(x0,y0,dx,dy, blockname,automesh,meshsize,incirc,magdir,group,turns)
    mi_drawrectangle3(R1, 0, R2-R1, -e3, coilMat, 1, e3/20, 'coil1', '', 1, Ntrn)
    
    mi_drawrectangle3(0, -H2-D, R10, -e10, plateMat)
    
    mi_drawrectangle(0, -H2, R3, H1+e1)
    mi_drawrectangle(0, -H2, R4, H1+e1+e2)
    
    mi_addblocklabelSelIt(R1/10, H1+e1+e2/2, coreMat)
    
    mi_addblocklabelSelIt(R1/10, -H2-D/2, 'Air')
    mi_addblocklabelSelIt((R2+R3)/2, 0, 'Air')
    
    mi_probdef(0, 'meter', 'axy')%, precision, depth, minangle, acsolver)
    
    mi_makeABC
    mi_zoomnatural
    mi_saveas(['FEMM/FS_test_EA_', n2s(rand)])
    
    mi_analyse
    
    mi_loadsolution
    
    mo_clearblock
    mo_selectblock(R10/2, -H2-D-e10/2)
    F(k) = mo_blockintegral(19) ; % 
end




fgh(D_list/m, F, 'sq-')
jsb('Distance (mm)$ $', 'force (N)$ $', '')

%% Functions def.
function mi_drawrectangle3(x0,y0,dx,dy,varargin)
% mi_drawrectangle3(x0,y0,dx,dy, blockname,automesh,meshsize,incirc,magdir,group,turns)
% 
% based on hi_drawrectangle3
% 
% ypa, 31/01/2017

if nargin==0, help mi_drawrectangle3; return; end
x1=x0; 
x2=x0+dx;
y1=y0; 
y2=y0+dy;

mi_drawpolygon([x1,y1;x1,y2;x2,y2;x2,y1]);

mi_clearselected

if nargin>=3, mi_addblocklabelSelIt(x0+dx/2, y0+dy/2, varargin{1:end}) ;
else, mi_addblocklabel(x0+dx/2, y0+dy/2); 
end

function mi_addblocklabelSelIt(varargin)
% addblocklabel and select it + set block prop if argin are enough
%
% mi_addblocklabelSelIt(x, y, blockname,automesh,meshsize,incirc,magdir,group,turns)
% 
% magdir: could be 0.
% 
% ypa, 22/05/2017

if nargin==0, help mi_addblocklabelSelIt ; return; end
if nargin<2,                              p=1 ; doSet = 0 ;
elseif nargin==2 && ischar(varargin{2}),  p=1 ; doSet = 1 ;
elseif nargin==2 && ~ischar(varargin{2}), p=2 ; doSet = 0 ;
elseif nargin>=2 && ischar(varargin{2}),  p=1 ; doSet = 1 ;
elseif nargin>=2 && ~ischar(varargin{2}), p=2 ; doSet = 1 ;
else
    error('oups... Case not considered')
end


mi_clearselected ;
mi_addblocklabel(varargin{1:p}) ;
mi_selectlabel(varargin{1:p}) ;
if doSet
    mi_setblockprop(varargin{p+1:end}) ;
end

[Forthman]

Merci Antoane pour tout le mal que tu te donnes

Je vais usiner une cloche acier sur ma bobine alors .
Je reviens dès que j'ai avancé, mais je suis déjà en mesure de faire une enveloppe pour ce projet
le point noir était d'arriver à saisir ce tube dans sa chaussette, et je sais que j'y arrive
merci à vous

[Forthman]

Bonjour,

Pour tout dire j'étais un peu sceptique quand à l’efficacité apportée par la cloche acier.
Non pas que je doutais des calculs, mais ça fonctionnait déjà très bien sans alors pourquoi m'embêter.

Je l'ai faite malgré tout mais plutôt dans le but de limiter le champ magnétique, histoire d'être
sûr de ne pas perturber les appareils électroniques présents sur la chaîne.

DSCF0548.JPG
DSCF0547.JPG

Et j'ai fait un test...
Non seulement ça colle plus fort, mais en plus si l'aimant se trouve au dessus à moins d'un centimètre de la pièce, ça arrive à la chopper !
C'est comme dans la série Breaking Bad, quand ils effacent le disque dur du portable à coup d'électroaimant

Merci encore, c'est parfait !