Aimants permanents - Fonctionnement des circuits magnétiques

Les circuits magnétiques, assemblage de matériaux magnétiques sont au cœur de l'énergie électrique. Sans eux, il aurait été impossible d'envisager les progrès tels que nous les connaissons dans l'électricité. La maîtrise de ces circuits magnétiques a été rendue possible grâce à la maîtrise des lois de l'électromagnétisme ainsi qu'aux différentes recherches entreprises sur les matériaux magnétiques.

De nos jours, les matériaux mis en œuvre ne sont pas nombreux et sont répartis suivant deux familles : les matériaux doux et les matériaux durs. Les premiers servent à canaliser le flux créé par des sources électriques ou par des matériaux durs typiquement des aimants permanents.

Les aimants permanents sont aujourd'hui devenus courants, présents dans de nombreux appareils de la vie quotidienne (appareils électroménagers, ordinateurs, ventilateurs…) et « envahissent » des domaines d'applications où il était jusqu'aujourd'hui impossible de remplacer les systèmes traditionnels.

Les aimants permanents ne sont jamais utilisés seuls ; bien au contraire, ils sont utilisés de pair avec un circuit constitué de matériaux doux afin de créer des forces d'interactions à distance. Le couple aimants permanents et matériaux magnétiques doux est couramment appelé circuit magnétique.

La machine synchrone à aimant permanent est un actionneur d'électromécanique couramment rencontré utilisant des aimants permanents qui connaît à l'heure actuelle un essor très important. Cet actionneur n'est pas le seul à comporter un circuit magnétique à aimants permanents car, de nos jours, il y a une multitude d'applications.

Un circuit magnétique à aimants permanents demande une étude minutieuse afin d'exploiter correctement l'aimant permanent et par conséquent, obtenir les performances optimales pour le système dans lequel il est intégré. Dans ce dossier, nous abordons les principes de fonctionnement des aimants permanents afin que chaque lecteur soit à même d'analyser un circuit magnétique à aimants permanents.

Dans ce dossier, nous étudions successivement :

• les lois de l'électromagnétisme avec un rapide rappel des lois de Maxwell ;

• le fonctionnement des circuits magnétiques à aimants, notamment les principes de fonctionnement de l'aimant (cycle d'hystérésis, droite de charge…) ainsi que l'évolution de ses performances en fonction de l'environnement ;

• le principe de fonctionnement d'un aimant permanent ;

• le dimensionnement d'un circuit magnétique avec pour objectif principal la diminution du coût.