Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Paramétrisation des performances
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2. Circuits magnétiques
L'étude des circuits magnétiques passe par la modélisation du dit circuit et par son calcul. Deux types de modélisations sont envisageables mais de complexité différente.
La première méthode utilise le modèle de Maxwell vu au paragraphe 1.1, caractérisé par des équations locales de type différentiel avec une hypothèse forte qui est la continuité des milieux par morceaux. Cette méthode permet de déterminer la répartition des lignes de champ, de l'induction magnétique du dit système.
La seconde utilise le modèle du réseau de réluctances ou, de manière plus générale, le modèle de Kirchhoff qui assimile des portions du circuit magnétique à des éléments équivalents (composants) soumis à des grandeurs magnétiques (potentiel magnétique, flux) ou électriques (tension, courant). Cette méthode qui est une méthode analogue à l'étude des circuits électriques se base sur la formulation intégrale des équations de Maxwell vu au paragraphe 1.2.
L'utilisation du second modèle et de ses équations associés permet de simplifier l'étude et le calcul du circuit. De plus, ce modèle a l'avantage d'apporter une meilleure compréhension du circuit magnétique mais aussi des différents phénomènes.
Le réseau de réluctances est la méthode classique dans l'électrotechnique pour le calcul et la caractérisation des circuits magnétiques car c'est une méthode permettant de traiter les problèmes des circuits magnétiques de manière rapide. Cette méthode va...
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Circuits magnétiques
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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