FAQ Conception d'Aimants | Lignes de Charge, Pc et Pertes

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Si vous concevez des moteurs à aimants permanents complexes, des capteurs ou des assemblages magnétiques sophistiqués, cette FAQ avancée est faite pour vous. Nous abordons ici les moindres détails des points de fonctionnement, des coefficients de perméance, des pertes irréversibles à haute température et de la dynamique des systèmes. Résolvons ces questions d'ingénierie difficiles ! 🚀

🎯 Partie 1 : Points de fonctionnement et Lignes de charge

Q1 : Comment déterminer le point de fonctionnement et la ligne de charge dans un circuit ouvert ?

R : Point de fonctionnement, Ligne de charge ou Ligne de fonctionnement : lorsque l'aimant fonctionne en condition de circuit ouvert, en raison de l'effet du champ de désaimantation, l'intensité d'induction de l'aimant en condition de travail n'est pas le Br sous condition de circuit fermé. En réalité, c'est un point sur la courbe B-H qui est inférieur à Br. Ce point est défini comme le point de fonctionnement, D, comme indiqué dans l'image suivante.
La ligne droite tracée entre le point de fonctionnement et l'origine est appelée Ligne de charge, également connue sous le nom de ligne de fonctionnement. La pente de cette ligne est définie comme Pc.
Pc=Bd/Hd=*(1-1/N). N est appelé le facteur de désaimantation moyen.

Q2 : Qu'est-ce que le coefficient de perméance (Pc) et comment est-il calculé ?

R : Coefficient de perméance (Pc) : Pc=Bd/Hd ou la pente de la ligne de fonctionnement, le rapport entre l'induction magnétique, Bd, et un champ de désaimantation, Hd. 
Le Pc d'un certain aimant n'est lié qu'à la forme et aux dimensions de l'aimant. Un Pc plus élevé signifie que l'aimant a un point de fonctionnement plus élevé, ce qui signifie également qu'il est plus difficile de désaimanter l'aimant. Normalement, si l'aimant a une dimension relativement plus longue dans la direction d'aimantation, il a un Pc plus élevé.

Les valeurs de Pc ont différentes formules de calcul pour différentes formes, voici quelques exemples :

🔥 Partie 2 : Perméabilité avancée et comportement à haute température

Q3 : Que se passe-t-il lorsqu'un aimant dépasse le "Coude" de la courbe BH ? (Perte irréversible)

R : Le coude de la courbe BH est le point à partir duquel la courbe B-H cesse d'être linéaire. Tous les matériaux magnétiques, même si les courbes de leur deuxième quadrant sont une ligne droite à température ambiante, développent un coude à une certaine température. Si le point de fonctionnement d'un aimant tombe en dessous du coude, de petites variations de H produisent de grandes variations de B, et l'aimant ne pourra pas récupérer sa sortie de flux d'origine sans réaimantation.

Regardons un exemple concret utilisant le N35H : 
Si une ligne Pc=0,5 est tracée sur les courbes B-H typiques du NdFeB N35H, l'intersection avec les courbes B-H à 20 et 120 degrés représenterait les points de fonctionnement à 20 et 120 degrés respectivement. Dans l'application réelle, lorsque le Pc augmente au-dessus de 0,5, le point de fonctionnement pour 20 degrés va et vient sur la pente de la perméabilité de recul, approximativement le long de la courbe B-H de 20℃. Mais, à 120 degrés, le point de fonctionnement se déplace le long d'une ligne avec une pente de la perméabilité de recul qui se trouve substantiellement en dessous de la courbe B-H de 120℃. Il existe une perte irréversible due au "dépassement du coude" de la courbe B-H.

Q4 : Qu'est-ce que la perméabilité de recul (μrec) ?

R : Perméabilité de recul (μrec) : lorsqu'on exerce un champ magnétique cyclique à petite échelle avec une direction positive et inverse, ±ΔH, sur un matériau ferromagnétique sous l'influence d'un champ magnétique externe constant, cela entraînera une variation de la densité de flux magnétique. μrec est défini par △B et △H selon la formule suivante. Il reflète la stabilité de l'état d'aimantation à l'intérieur du matériau magnétique sous l'influence d'un champ magnétique externe.

Q5 : Comment définissons-nous la perméabilité magnétique relative (μr) ?

R : La perméabilité magnétique relative (μr) est le rapport de la perméabilité du milieu sur la perméabilité du vide. μr = μ/μ0. Dans le système d'unités CGS, μo=1. La perméabilité magnétique relative de l'air est généralement utilisée comme 1 dans l'application pratique. De plus, les perméabilités magnétiques relatives pour Cu, Al et l'acier inoxydable se rapprochent de 1.

Q6 : Qu'est-ce que la perméance magnétique ?

R : La perméance magnétique est le rapport du flux Φ sur la force magnétomotrice F. Ce concept est similaire à la conductance électrique dans un circuit électrique. Il reflète la capacité de conductivité magnétique du matériau.

Q7 : Qu'est-ce qu'un moment magnétique (Moment dipolaire magnétique) ?

R : Moment magnétique (moment dipolaire magnétique) : (1) pour un dipôle magnétique, le moment dipolaire magnétique est le produit du courant électrique, de la surface de la boucle et du vecteur unitaire qui est normal au plan de la boucle ; (2) pour la substance dans une zone donnée, le moment magnétique est la somme vectorielle de tous les moments dipolaires magnétiques de base. Il n'existe qu'une différence de coefficient de bobine entre le flux magnétique et le moment magnétique. Le moment magnétique peut être mesuré via une bobine de Helmholtz.

🌡️ Partie 3 : Limites du système et pertes expliquées

Q8 : Quelles sont les limites de température absolues (Tc et Tw) pour un aimant ?

R :

Température de Curie (Tc) : C'est la température à laquelle les matériaux ferromagnétiques perdent leurs propriétés magnétiques.

Température de travail maximale Tw : La température maximale en dessous de laquelle l'aimant peut encore répondre aux exigences de travail. Le Tw réel d'un aimant est influencé par de nombreux facteurs, c'est donc une valeur indéterminée. En d'autres termes, un même aimant peut avoir différents Tw selon les applications.

Q9 : Comment fonctionnent les coefficients de température (αBr et βHcj) ?

R :

Coefficient de température Br (αBr) : C'est un facteur qui décrit le changement réversible de l'intensité du flux magnétique rémanent avec un changement de température.

Coefficient de température Hcj (βHcj) : C'est un facteur qui décrit le changement réversible de la force coercitive intrinsèque avec un changement de température.

Q10 : Qu'est-ce qu'une perte de flux ? (Réversible vs Irréversible)

R :

Perte réversible : Sous certaines conditions, l'aimant peut subir une certaine perte de flux causée par l'exposition à des facteurs externes. Mais lorsque les facteurs externes sont révoqués, le flux de l'aimant peut retrouver complètement son état d'origine. Ce type de perte est appelé perte réversible.

Perte irréversible : Se réfère à la désaimantation partielle ou à la perte de l'aimant, causée par l'exposition à des températures élevées, à des champs magnétiques externes ou à d'autres facteurs. Une fois que cela se produit, la seule façon de récupérer la perte de flux est de réaimanter l'aimant.

Q11 : Que sont les courants de Foucault et pourquoi sont-ils nuisibles ?

R : Les courants de Foucault sont des courants électriques circulants qui sont induits dans des éléments électriquement conducteurs lorsqu'ils sont exposés à des champs magnétiques variables, créant une force opposée au flux magnétique. Les courants de Foucault peuvent entraîner des conséquences indésirables pour la plupart des conceptions de circuits magnétiques, ils doivent donc être minimisés autant que possible.

Q12 : Que signifie la saturation magnétique ?

R : La saturation (magnétique) décrit l'état atteint lorsqu'une augmentation du champ magnétique externe appliqué H ne peut plus augmenter l'aimantation du matériau en raison de la limite de la structure physique du matériau.

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        Débutant : 
        FAQ magnétisme de base : Matériaux et circuits magnétiques
   

   

        Intermédiaire : 
        FAQ propriétés magnétiques : Les courbes H, B, M & B-H expliquées
   

   

        Avancé : 
        FAQ conception d'aimants avancée : Lignes de charge, Pc & perte de flux
   

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