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RÉSUMÉ
Les accouplements magnétiques sont généralement utilisés pour transmettre un mouvement de rotation entre deux arbres à travers une paroi étanche afin d’éviter tout contact avec le produit à traiter pour des raisons de sécurité ou d’hygiène. La transmission de couple s’effectue sans contact par l’interaction de champs magnétiques dans une zone de la paroi étanche, qui joue le rôle d’entrefer. Cet article présente les technologies d’accouplement magnétique les plus classiques, de type synchrone et asynchrone, ainsi que leurs principes de fonctionnement. Il traite de la modélisation électromagnétique de ces dispositifs afin de prévoir leurs performances en régime permanent.
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Thierry LUBIN : Agrégé de physique appliquée, Docteur en génie électrique de l’Université Nancy I - Maître de conférences à l’Université de Lorraine, Faculté des sciences et technologies de Nancy - Chercheur au GREEN (Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy)
INTRODUCTION
L a Transmission de couple sans contact fait l’objet de deux articles :
Bien que les sujets traités soient très proches, les deux articles peuvent se lire de manière indépendante. Le lecteur pourra se reporter utilement aux articles du traité de Mécanique relatifs aux accouplements d’arbre [B 5 800], aux accouplements élastiques [B 5 805], ainsi qu’aux réducteurs de vitesse à engrenage [B 5 640].
Les deux articles relatifs à la transmission de couple sans contact se limitent à la transmission de mouvement de rotation sans contact entre deux arbres alignés, avec ou sans réduction de vitesse. Il existe d’autres modes de transmission de mouvement sans contact, en particulier le mouvement linéaire, mais qui ne seront pas abordés dans le cadre de cet article.
Cet article traite des accouplements magnétiques. Un accouplement magnétique permet de transmettre un mouvement de rotation entre un système d’entraînement et une charge mécanique sans contact entre les deux arbres. Le couple est transmis par l’intermédiaire du champ magnétique dans l’entrefer, le plus souvent à l’aide d’aimants permanents. La transmission de mouvement peut être réalisée à travers une paroi étanche pour assurer une isolation hermétique entre deux milieux, par exemple un produit à traiter et le système d’entraînement. Comparée aux accouplements mécaniques, cette solution permet de réduire la maintenance car le système est sans contact et ne présente donc pas d’usure. Elle est tolérante aux désalignements d’axes et permet de limiter la transmission des vibrations.
Cet article aborde deux technologies d’accouplements magnétiques parmi les plus utilisées aux niveaux industriels et disponibles chez les fabricants. Ces deux technologies reposent sur des principes de fonctionnement différents : interaction entre aimants permanents pour les accouplements de type synchrone, interaction entre aimants et courants induits dans un matériau conducteur pour les accouplements de type asynchrone.
Une large part de cet article est consacrée à la modélisation électro-magnétique de ces dispositifs à l’aide d’outils analytiques. L’objectif est de pouvoir prédéterminer leurs performances en termes de couple maximal transmissible et de rendement pour effectuer un premier dimensionnement à partir de formules simples directement utilisables par l’ingénieur.
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MOTS-CLÉS
Aimants permanents accouplement magnétique modélisation électromagnétique performances en régime permanent
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3. Conclusion
L’utilisation d’un accouplement magnétique représente une solution élégante pour transmettre un mouvement de rotation à travers une paroi étanche dans le but d’assurer une isolation hermétique entre le produit à traiter et le système d’entraînement. Comparée aux accouplements mécaniques, cette solution permet de réduire la maintenance car la transmission du couple s’effectue sans contact. D’une manière générale, les accouplements magnétiques présentent de meilleures tolérances face aux désalignements d’axes et permettent de réduire la transmission des vibrations. L’inconvénient principal est certainement un coût plus important comparé aux accouplements mécaniques de mêmes gammes car ces dispositifs nécessitent l’emploi d’aimants permanents à base de terres rares pour être performants.
Grâce à l’emploi de formules simples, cet article donne les outils nécessaires à l’ingénieur pour effectuer le prédimensionnement rapide d’un accouplement magnétique de type synchrone ou asynchrone pour un cahier des charges donné. L’ingénieur doit cependant garder en mémoire que les formules proposées ici reposent sur un certain nombre d’hypothèses et qu’un ajustement des paramètres géométriques par un modèle numérique en 3D peut être nécessaire pour valider le dimensionnement.
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COMSOL Multiphysics : COMSOL France SAS 10, avenue Doyen Louis Weil F-38000 Grenoble
MATLAB, MathWorks https://fr.mathworks.com
HAUT DE PAGE2 Fabricants – Distributeurs (Sites internet)
Dexter Magnetic Technologies https://www.dextermag.com/products/magnetic-assemblies/couplings/
DST Magnetic Couplings https://www.dst-magnetic-couplings.com/en/
Magnetic Technologies LTD https://www.magnetictech.com/
KTR Systems GmbH https://www.ktr.com/
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