ELETTROMAGNETI O SOLENOIDI LINEARI E ROTATIVI

Un elettromagnete è un dispositivo utilizzato per convertire l’energia elettrica in energia meccanica, attraverso un movimento in linea retta.

Quando il processo di attuazione per l’automazione di una macchina prevede un movimento lineare o rotativo, che sia un semplice funzionamento on-off o un sequenziamento più complesso, gli elettromagneti sono la migliore scelta in termini di dimensioni, costi, istallazione semplificata e facilità d’uso.

Esistono altri mezzi per convertire l’energia elettrica in movimento lineare, come ad esempio, un motore elettrico o un cilindro pneumatico. Questi dispositivi rispetto ai solenoidi sono poco competitivi economicamente e sono più adatti per corse lunghe o dove l’uso dell’ elettromagnete non è possibile.

Come funziona e costruzione di un elettromagnete

Quando una corrente elettrica attraversa una bobina, attorno all’avvolgimento si crea un campo magnetico. All’aumentare dei n° di avvolgimenti (spire) del filo di cui è composta la bobina il campo magnetico sarà più forte.

Aggiungendo una struttura contenitiva in ferro o acciaio attorno alla bobina il campo magnetico fluirà molto più facilmente e si concentrerà dove lo vogliamo. Se aggiungiamo inoltre un nucleo mobile di ferro detto “plunger” al centro della bobina, il magnetismo si concentrerà ancora di più. In questo modo abbiamo realizzato l’elettromagnete di base.

Un elettromagnete o solenoide è costituito essenzialmente da una bobina, un telaio e un nucleo mobile ed è progettato per funzionare in corrente continua o alternata.

Uno degli obiettivi principali nella progettazione di un solenoide è fornire la massima forza con il minimo input di energia.

La densità del flusso magnetico nell’area di lavoro può essere aumentata aumentando l’ingresso elettrico alla bobina. Tuttavia, all’aumentare dell’energia elettrica, la temperatura della bobina aumenta e la forza di lavoro viene ridotta. Il valore massimo con cui è possibile aumentare la corrente d’ingresso dipende dal duty cycle e dalla temperatura massima consentita della bobina.

La massima temperatura è definita dalla classe d’isolamento del materiale utilizzato nella costruzione.

DUTY CYCLE

Il Duty Cycle può essere definito come il tempo in cui l’elettromagnete può essere eccitato senza surriscaldamento. La formula per calcolare il duty cycle è:

Duty Cycle% = (TEMPO ON / (TEMPO ON + TEMPO OFF) x 100

Il servizio a ciclo continuo  non deve essere confuso con il funzionamento continuo.

Il servizio a ciclo continuo (valore nominale del 100%) significa che il solenoide può essere lasciato eccitato per un periodo di tempo indefinito alla sua tensione nominale senza surriscaldarsi.

Nel funzionamento continuo invece si possono alternare stati di attuazione (ON) a disattivazione (OFF), purché non si superi la % relativa del ciclo di lavoro consentita. Alcuni duty cycle sono stati sviluppati per consentire agli elettromagneti di produrre forze maggiori laddove non siano continuamente sotto tensione.

Elettromagnete lineare o rotativo?

Sebbene i solenoidi funzionino sostanzialmente allo stesso modo, la direzione del movimento risultante può essere diversa. È determinato dal tipo di assieme meccanico in cui è alloggiato il circuito elettromagnetico.

I solenoidi lineari forniscono una forza o un movimento meccanico di trazione o spinta, che può essere unidirezionale o bidirezionale. Essendo il funzionamento più semplice di quello rotativo solitamente sono più economici.

Il movimento viene classificato come trazione, quando il percorso elettromagnetico tira il plunger nel corpo del solenoide. Oppure del tipo a spinta quando lo stesso esce dalla base del solenoide per fornire un’azione di spinta.

Di questi modelli sono disponibili molte varietà e configurazioni tra cui: Solenoidi tubolari, solenoidi aperti, solenoidi a basso profilo e solenoidi bistabili.

Esempi di applicazioni lineari includono serrature di porte, valvole di controllo, valvole a manicotto, interblocchi, stampanti e deviatori.

La nostra gamma di solenoidi rotativi  impiega 3 sfere inclinate per convertire il movimento lineare in rotativo e  offrono un funzionamento ad alta velocità e corse fino a 95 gradi di rotazione. Il loro design compatto produce un elevato rapporto coppia / dimensioni con la possibilità di azionarsi in senso orario o antiorario a seconda delle esigenze dell’applicazione

Esempi di applicazioni dei solenoidi rotativi includono laser, tapparelle, macchinari di lavorazione, apparecchiature mediche, macchine da cucire industriali e deviatori.

I nostri elettromagneti sono prodotti dalla società NSF Controls, parte del Gruppo Comestero Sistemi dal 1997.

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Scelta dell’elettromagnete

Per ottenere un funzionamento ottimale e una lunga durata da un elettromagnete, è necessario prestare attenzione alla scelta e utilizzo. L’elettromagnete migliore per una particolare applicazione è generalmente il più piccolo che fornirà una trazione sufficiente e non si brucerà.

Di seguito sono riportate i vari punti che dovranno essere presi in considerazione per la scelta:

• Forza dell’elettromagnete
• Tensione di utilizzo
• Temperatura di esercizio e ambiente
• Specifiche di montaggio
• Corsa
• Direzione di trazione
• Connessione all’applicazione
• Tempo di operatività
• Ciclo di lavoro

Nel caso fosse necessario sostituire il prodotto di un concorrente , sebbene sia utile disporre di un campione in uso, è molto meglio avere i dati sopra richiesti. L’elettromagnete individuato sarà, con ogni probabilità, lo standard più vicino al concorrente.

Solenoidi VDC e VAC

Gli elettromagneti in VDC  hanno generalmente una struttura in ferro per il telaio e il nucleo mobile che lavora in un tubo di ottone o di plastica, mentre gli elettromagneti in VAC sono di costruzione laminata. La costruzione laminata è essenziale per prevenire perdite eccessive dovute a correnti parassite.

Le caratteristiche di forza di un elettromagnete in VDC possono essere variate notevolmente modificando la forma del nucleo mobile (vedi figura a lato). In questo modo, la caratteristica forza / corsa può essere variata per soddisfare i requisiti dell’applicazione.

L’ elettromagnete in VAC è caratterizzato dall’alta tensione in ingresso che rende difficoltoso il posizionamento del nucleo mobile. Con un elettromagnete in VAC l’induttanza diminuisce man mano che il nucleo mobile fuoriesce dall’ elettromagnete, aumenta la corrente e la tensione lungo la corsa. Questa condizione è la causa principale della maggior parte dei problemi nell’applicazione di un elettromagnete in VAC il cui risultato è un rapido surriscaldamento.

Per prevenire il burn-out delle bobine, è possibile aggiungere un protettore termico a intervento automatico sull’avvolgimento. Questo dispositivo aprirà il circuito della bobina prima che vengano raggiunte temperature pericolose.

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