Explication des types de microrupteurs et de leurs principales applications

Un interrupteur à action brusque, communément appelé micro-interrupteur, est un composant électronique très important dans les systèmes électromécaniques modernes et diverses applications intelligentes. Bien que petits, ils offrent des fonctionnalités très importantes, car ils agissent comme des détecteurs de bourrage, comblant le fossé entre le mouvement mécanique et le contrôle électronique. Les microrupteurs sont binaires et peuvent commuter des charges électriques importantes tout en nécessitant une force de manœuvre très faible.

Ces dispositifs garantissent l'intégrité opérationnelle et se retrouvent dans les dispositifs de verrouillage de sécurité des équipements industriels lourds, les interrupteurs de commande des machines et les capteurs de détection de position des équipements d'automatisation. Parce qu'ils sont fiables et polyvalents, ils font désormais partie intégrante de notre vie quotidienne et sont présents dans tous les domaines, des appareils ménagers aux machines lourdes.

Qu'est-ce qu'un micro-interrupteur et comment fonctionne-t-il ?

Un microrupteur a une conception unique et un principe de fonctionnement distinct. Un microrupteur a une transition rapide des contacts grâce à son mécanisme interne d'encliquetage, qui utilise souvent un ressort à lames. Le mouvement rapide bloque les contacts du microrupteur dans des positions distinctes, ce qui permet à l'électricité de circuler d'un seul côté. Moins de mouvement signifie moins d'étincelles et permet d'économiser de l'électricité et de la puissance pour un signal distinct. Cette efficacité est la raison pour laquelle ils sont un composant essentiel pour garantir une longue durée de vie dans les applications électroniques. L'assemblage compact et robuste intégré et le maintien d'une distance et d'un équilibre suffisants entre le mouvement et le contact électrique en font un commutateur idéal pour une fatigue mécanique et une puissance électrique élevées. Pour une analyse technique plus approfondie de ces mécanismes, veuillez consulter notre guide complet : Qu'est-ce qu'un micro-interrupteur ?

• Les Actionneur: Il s'agit de l'interface mécanique de la force externe. Elle transfère l'impact au mécanisme interne du microrupteur, qu'il soit opérationnel ou qu'il provienne d'une pièce d'une machine. C'est la partie qui a été conçue pour recevoir la force externe et dicter la force nécessaire et la distance de mouvement.
• Le mécanisme d'action rapide : Cette pièce est généralement constituée d'un ressort en cuivre au béryllium. Ce modèle stocke une grande quantité d'énergie potentielle jusqu'à ce qu'il atteigne l'action d'encliquetage. Il stocke le potentiel pour enclencher les contacts et les positionner sur les contacts électriques jusqu'à ce que suffisamment d'énergie potentielle soit libérée. Cette action de mouvement est exactement ce qui empêche le soudage des contacts et les brûlures des composants, en maintenant le mécanisme fermé extérieurement et électriquement.
• Les contacts : Ce sont les sections conductrices qui ouvrent ou ferment le circuit électrique. La charge dicte le choix du matériau. L'alliage d'argent est utilisé dans les charges de forte puissance (CA) pour les arcs électriques, bien qu'il faille être prudent dans les environnements contenant des gaz inflammables. La logique à basse tension (DC) nécessite un placage en or pour éviter l'oxydation et maintenir la continuité électrique.
• Les terminaux : Il s'agit des points extérieurs où l'on peut connecter les fils, qui jouent le rôle d'une entrée ou d'une sortie. Les exemples typiques sont la borne commune (COM), la borne normalement ouverte (NO) et la borne normalement fermée (NC), qui permettent à ce type d'interrupteur de fonctionner dans différents états logiques.

Pour comprendre les différents types de microrupteurs, la première chose à faire est de diviser les solutions de commutation en fonction de leurs caractéristiques physiques et électriques, ce que représente l'image suivante :

Classification par types d'actionneurs

L'actionneur est la variable la plus affectée par les contraintes physiques de l'application. Il convertit l'énergie cinétique du système en énergie mécanique nécessaire pour actionner le ressort interne. Cela permet d'identifier les types de microrupteurs adaptés à des besoins spécifiques.

Micro-interrupteurs à poussoir

Les poussoirs à broche constituent la conception la plus élémentaire de la fonctionnalité des microrupteurs. Ils ont un actionneur court qui a la forme d'un bouton, et la force d'actionnement doit donc être appliquée dans une direction droite le long de l'axe y du microrupteur. Il n'y a pas de bornes de levier pour créer un avantage mécanique à l'interrupteur, ce qui nécessite une force d'actionnement élevée, bien qu'il y ait très peu de distance de pré-course.

Pour les conceptions très précises, cette configuration est la meilleure option disponible. Ils sont également plus efficaces lorsque le mouvement de l'objet cible est très limité et qu'il s'effectue en ligne droite, orthogonalement au bouton que contient l'interrupteur. Dans les machines à commande numérique, par exemple, ils servent de butées cohérentes ou d'interrupteurs de fin de course pour les limites d'axe. Un autre exemple est le verrouillage de sécurité dans un four à micro-ondes ou la vérification de la fermeture des portes dans une enceinte industrielle.

Interrupteurs à levier de charnière et à levier de battant

Si le cas d'utilisation de l'interrupteur nécessite une force d'actionnement plus faible, ou si la trajectoire de l'objet cible n'est pas parfaitement perpendiculaire à celle de l'interrupteur, un système de levier est alors utilisé. Un levier métallique rigide ou un levier à lame est articulé à l'une des extrémités du couvercle de l'interrupteur à montage sur panneau, ce qui crée un avantage mécanique (appelé effet de levier), réduisant ainsi considérablement la force nécessaire pour actionner les poussoirs internes.

Ces types de microrupteurs sont utiles dans les environnements où le couple est minimal. C'est le cas, par exemple, des appareils médicaux ou des distributeurs automatiques, qui peuvent également comprendre des appareils intelligents utilisant de tels capteurs. Dans les distributeurs automatiques, il faut un capteur qui ne puisse pas bloquer le chemin du produit, mais qui soit capable de déclencher le capteur lorsqu'un produit léger passe à travers. Un autre exemple concerne les mécanismes qui permettent aux imprimantes d'alimenter le papier. Un interrupteur à levier articulé capable de détecter la présence de papier sans provoquer de bourrage est activé par la résistance d'une seule feuille de papier.

Micro-interrupteurs à levier à galet

Un microrupteur à levier à galet est conçu avec un galet à l'extrémité du levier qui est fabriqué soit en acier inoxydable, soit en un type de plastique résistant, ce qui permet d'obtenir une plus grande course. Cette conception convertit le frottement de glissement en frottement de roulement et est purement fonctionnelle.

Ce type de microrupteur est la norme pour les applications industrielles dynamiques où l'objet cible se déplace latéralement à travers l'interrupteur, comme les entraînements de cylindres ou les éléments d'un convoyeur à bande. L'utilisation d'un poussoir standard dans ces applications serait problématique car les forces de cisaillement latérales pourraient entraîner une destruction rapide du mécanisme. Les interrupteurs à levier à galet sont courants dans les équipements d'automatisation, en particulier dans le domaine de l'emballage, où ils agissent comme différents composants pour détecter la position des articles transportés.

Classification selon la configuration du circuit

La configuration du circuit détermine la manière dont l'interrupteur contrôle le flux d'électricité. Cette configuration est essentielle pour les circuits de commande de divers appareils.

SPDT (Single Pole Double Throw)

La configuration unipolaire bidirectionnelle (SPDT) est de loin la spécification la plus souple et la plus fréquente. Elle comporte trois bornes, à savoir Common ou COM, Normalement ouvert ou NO, et Normalement fermé ou NC. Au repos, il y a continuité de la connexion entre COM et NC. Lorsque le circuit est actionné, il y a une action brusque qui déconnecte le NC et établit une connexion avec COM et NO.

Avec cette configuration, un composant électronique a la capacité d'exécuter deux fonctions à la fois, c'est-à-dire de couper un circuit et d'en créer un autre. Dans l'exemple d'un système de commande de moteur, lorsque l'interrupteur est actionné, il peut couper l'alimentation d'un moteur d'entraînement (NC) tout en activant un indicateur lumineux de couleur verte qui signifie que le frein est engagé (NO).

SPST-NO et SPST-NC (Single Pole Single Throw)

Les interrupteurs unipolaires (SPST) sont moins complexes et présentent des terminaisons électriques différentes de celles des interrupteurs unipolaires (SPDT).

• SPST-NO (normalement ouvert) : Le circuit est ouvert et éteint jusqu'à ce que l'actionneur soit pressé. Il s'agit de la configuration standard pour les boutons de démarrage ou pour signaler un déclencheur.
• SPST-NC (normalement fermé) : Le circuit reste complet (activé) jusqu'à ce que l'on appuie sur l'actionneur. Cette configuration joue un rôle essentiel dans les dispositifs de sécurité. Dans le cas des boutons d'arrêt d'urgence ou des interrupteurs de fin de course, le circuit doit être fermé pour que l'opération soit fonctionnelle. Si le fil est coupé ou si l'interrupteur s'ouvre en raison d'une défaillance, le circuit s'ouvre et la machine s'arrête. Il s'agit là d'une exigence minimale de l'industrie en matière de sécurité dans le domaine de l'automatisation.

Classification par niveau de protection (indice IP)

Dans le monde industriel, la défaillance des composants est rarement due à la seule fatigue électrique, mais plutôt à des environnements difficiles. Le système d'évaluation de la protection contre les infiltrations (IP) permet de mesurer cette résistance.

Interrupteurs standard / anti-poussière (IP40)

Les microrupteurs standard, assez courants, avec un indice de protection d'environ IP40, sont conçus pour des environnements “propres”. Ils sont capables de protéger contre la pénétration d'objets solides de plus de 1 mm (comme des fils ou des doigts) et n'offrent aucune protection contre les liquides ou les poussières fines dans un environnement étanche. Le microrupteur est doté d'une broche commune conçue pour simplifier son fonctionnement.

Ces interrupteurs sont plus qu'économiquement efficaces pour les appareils électroniques grand public fermés, les périphériques de bureau ou les appareils ménagers, lorsque l'interrupteur est placé dans un boîtier doté d'un écran de protection. Cependant, l'utilisation d'un interrupteur IP40 dans un environnement industriel conduit à une défaillance rapide, car de la poussière conductrice peut pénétrer dans le mécanisme et provoquer des courts-circuits, ou de la poussière isolante peut recouvrir les contacts et empêcher la conduction.

Interrupteurs scellés / étanches (IP67)

Pour l'automatisation industrielle, les interrupteurs IP67 sont la norme requise. Ces composants font l'objet d'un enrobage époxy autour des bornes, de joints en caoutchouc reliant le boîtier et de membranes internes protégeant le plongeur.

L'indice IP67 signifie que l'interrupteur est étanche à la poussière et peut supporter une immersion temporaire dans l'eau. Cette caractéristique est essentielle pour diverses applications telles que les centres d'usinage CNC, où l'interrupteur est soumis à des pulvérisations de liquide de refroidissement, les usines agroalimentaires qui subissent des lavages à haute pression et les équipements extérieurs tels que les stations de recharge pour véhicules électriques et les systèmes de signalisation ferroviaire. Ces interrupteurs sont fabriqués par des entreprises comme OMCH et présentent une résistance d'isolation élevée (≥100MΩ), même dans des conditions humides.

Comment choisir : Qualité industrielle ou qualité électroménager

La distinction entre un interrupteur “de qualité électroménager” et un interrupteur “de qualité industrielle” est importante, car elle implique des différences de matériaux, de tolérances et d'endurance certifiée. Une mauvaise utilisation d'un interrupteur pour appareil électroménager dans un environnement industriel entraîne des défaillances prématurées et des temps d'arrêt coûteux.

Le tableau suivant résume les principaux critères de sélection :

1. Durée de vie et durabilité

La considération économique la plus importante est le ”coût par cycle”. Par exemple, les interrupteurs de fin de course industriels de la série TZ-8168 sont conçus pour une durée de vie mécanique de plus de 10 000 000 d'opérations. Dans les automatismes à haute fréquence, comme dans une machine d'emballage qui effectue 30 cycles par minute, un interrupteur standard conçu pour 50 000 cycles “brûle” en moins de 30 heures de fonctionnement. Les interrupteurs de qualité industrielle sont conçus et fabriqués selon les nouvelles normes de l'industrie, en utilisant un alliage supérieur pour les composants du ressort et un boîtier plus durable pour supporter les cycles élevés et éliminer la fatigue.

2. Protection de l'environnement (étanchéité)

L'utilisation en extérieur, le brouillard d'huile et la poussière (fine poussière de bois et de textile) nécessitent un interrupteur étanche. Les interrupteurs industriels utilisent diverses technologies de sélection des joints pour éviter l'effet de “respiration”, où le cycle de température d'un interrupteur lui fait inhaler de l'air humide. De telles défaillances peuvent entraîner une défaillance de l'isolation ou la corrosion des composants internes.

3. Contact Manutention de matériaux et de charges

La métallurgie des contacts est déterminée par la charge électrique. Pour les circuits de puissance (par exemple, les commandes directes de moteurs jusqu'à 5A), les contacts en alliage d'argent sont nécessaires pour résister à la chaleur d'un arc électrique. En revanche, pour les circuits de niveau logique (PLC -> 24VDC/5mA), ces contacts ne sont pas recommandés car la décharge de l'arc forme des oxydes. Dans ces cas de basse tension, la norme industrielle est d'utiliser des contacts plaqués or ou des contacts à barres transversales bifurquées qui répondent aux spécifications d'intégrité du signal.

4. Précision et répétabilité

Dans le domaine de l'automatisation, le commutateur est l'élément sensible. La répétabilité est l'une des mesures - quelle est la constance du point de commutation dans le temps. Lorsqu'il s'agit d'un commutateur industriel, ce différentiel de temps sur le mouvement est appelé tolérance de mouvement différentiel, et il doit être plus serré. Si un interrupteur est censé signaler à un bras robotisé de s'arrêter, un écart de 0,5 mm (ou plus) dans le point de commutation entraînerait une collision mécanique imprévue. Les commutateurs industriels sont conçus avec l'assurance que, pendant la durée de vie du composant, la force d'actionnement (OF) et la force de déclenchement (RF) resteront dans la même plage.

Conclusion

La sélection des microrupteurs revient toujours à mettre en balance les coûts du composant électronique et le risque potentiel de défaillance du produit final sur le terrain. Bien que les systèmes à action rapide soient devenus la norme, les particularités du type d'actionneur, du circuit, de la logique et des joints d'étanchéité du boîtier donnent lieu à une matrice de sélection complexe. À des fins commerciales, il n'est bientôt plus possible d'ignorer les spécifications qui régissent les influences mécaniques et environnementales, en particulier celles qui mettent en évidence les spécifications de surcourse les plus importantes des interrupteurs. La sélection de composants de qualité industrielle avec la durée de vie élevée des interrupteurs est un moyen fondamental de réduire le risque de défaillance complète du système.

Depuis 1986, OMCH s'est transformée en une principal fournisseur de composants électroniques Nous offrons une gamme complète de solutions dans le secteur de l'automatisation industrielle, en privilégiant la stabilité et la certification plutôt que la simple production de produits de base. Nous proposons une gamme complète de produits allant des poussoirs à goupilles aux leviers à rouleaux articulés, ce qui nous permet de répondre à divers besoins d'ingénierie en une seule fois. Conçus pour les environnements difficiles, nos interrupteurs offrent une longévité électrique constante avec des indices de protection IP65/IP67 robustes. Chaque unité possède les certifications CE, CCC et RoHS et est entièrement conforme aux normes IEC, ce qui garantit une fiabilité sans compromis pour les applications mondiales.

Si vous avez besoin de fiches techniques détaillées, de paramètres de charge spécifiques ou de conseils sur l'intégration de différents types de microrupteurs dans votre équipement d'automatisation, nous vous invitons à consulter la rubrique Catalogue de l'OMCH ou contactez notre équipe d'assistance technique pour une consultation précise.