Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Un circuit magnétique est un assemblage de matériaux magnétiques, la plupart du temps un couple aimants permanents et matériaux magnétiques doux, dans le but de créer à distance des forces d’interaction. De nos jours, les aimants permanents sont très présents dans de nombreux appareils électroménagers, ordinateurs, ventilateurs…L’élaboration d’un circuit magnétique à aimants permanents demande une étude minutieuse afin d'optimiser les performances du système dans lequel il est intégré. Le choix d’un aimant se fait sur la base de ses caractéristiques : cycle d’hystérésis, droite de charge, point de fonctionnement et pour terminer le coût avec son dimensionnement.
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A magnetic circuit consists of a combination of materials, in the greater part achieved by coupling permanent magnets and soft magnetic materials, in order to create interaction forces from a distance. Permanent magnets are currently and widely used in a large number of household appliances, computers, fans, etc. The creation of a magnetic circuit with permanent magnets requires a careful study in order to optimize the performances of the system in which it is integrated. The choice of a magnet is based upon its characteristics i.e. hysteresis cycle, load line, operating point and finally the cost and dimensioning.
Auteur(s)
-
Pierre DUMAS : Ingénieur en génie électrique et systèmes de commande de l'Université de technologie de Belfort Montbéliard (UTBM) - Ingénieur R – LOHR Industrie
-
Abdellatif MIRAOUI : Président de l'Université Cadi Ayyad – Marrakech
INTRODUCTION
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.
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Dimensionnement d'un circuit à aimant permanent3. Paramétrisation des performances
Les performances d'un aimant permanent sont définies par plusieurs paramètres. Ceux-ci permettent de juger de la qualité de l'aimant mais aussi de sa « réaction » dans un environnement connu.
3.1 Produit énergétique maximal
Le produit énergétique d'un aimant est le produit entre l'induction rémanente BR et le champ coercitif Hc. Cette grandeur permet au concepteur de choisir l'aimant le mieux adapté à son système car celle-ci définit le point de travail optimal de l'aimant.
Dans le cas d'un dimensionnement de système à aimants permanents, il est intéressant de travailler au point maximum d'énergie afin de tirer le meilleur parti de l'aimant et par conséquent, d'éviter une sous-utilisation du ou des aimants.
Le point où le produit énergétique de l'aimant est maximal peut être trouvé en effectuant le produit de l'induction par le champ puis en imposant la dérivée du produit à zéro, ce qui revient à :
( 42 )
La recherche du produit énergétique maximal (BH)MAX peut aussi être effectuée de manière graphique (figure 13).
Dans le cas des aimants possédant une caractéristique linéaire de démagnétisation (aimant rigide), cette énergie maximale vaut au mieux :
( 43 )
Les aimants possédant le produit énergétique maximal sont les aimants rigides et notamment, les aimants de type NdFeB qui sont à ce jour les aimants les plus puissants.
On retrouve sur la figure 14 une comparaison entre un aimant semi-rémanent type AlNiCo 5 et un aimant rigide type NdFeB VACODYM 677 AP.
3.2 Variation des paramètres...
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Paramétrisation des performances
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JUFFER (M.) - * - Traité d'électricité, Électromécanique, vol. 9, Presse polytechniques romandes (1995).
-
(2) - LACROUX (G.) - Les aimants permanents. - Techniques et Documentation, Lavoisier (1989).
-
(3) - LOVATT (H.C.), WATTERSON (P.A.) - Energy stored in permanent magnets. - IEEE Transactions on Magnetics (1999).
-
(4) - LEBOURGEOIS (R.), NGUYEN VAN DAU (F.) - Matériaux magnétiques pour l'électronique. - L'actualité chimique, mars 2002.
-
(5) - DU PELOUX DE SAINT ROMAIN (B.) - Modélisation des actionneurs électromagnétiques par réseaux de réluctances. - Création d'un outil métier dédié au prédimensionnement par optimisation (2006).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
ARNOLD MAGNETICS (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.arnoldmagnetics.com
BINDER MAGNET (aimants rigides) http://www.binder-magnetics.fr
CALAMIT (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.calamit.com
EURO MAGNET (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.euro-magnets.com
IMA FRANCE (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.ima-france.fr
PERMANENT MAGNET (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.permanentmagnet.com
MAGNET SCHRAMBERG (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.magnete.de
VACUUM SCHMELZE (aimants semi-rémanents et rigides) http://www.vacuumschmelze.de
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