Électro-aimants vs aimants permanents

2 mars

Lorsqu'il s'agit de concevoir des appareils et des systèmes, les ingénieurs sont confrontés à de nombreux défis. L'un des choix les plus complexes et les plus vitaux consiste à décider quel type d'aimant ils doivent incorporer dans leur application : aimants permanents ou électroaimants ?

Dans cet article, nous examinerons de plus près les aimants permanents et les électroaimants, et fournirons des détails pour vous aider à déterminer celui qui convient le mieux à votre conception.

Que sont les aimants permanents ?

Un aimant permanent est défini comme tout matériau qui conserve ses propriétés magnétiques en l'absence d'un induire champ ou courant. Ils sont dits « permanents » car les propriétés magnétiques sont générées par la structure du matériau.

Cette propriété inhérente permet une utilisation diversifiée dans divers secteurs et produits, tels que :

Capteurs et encodeurs
Générateurs
Brushless Motors
Valves
Loquets
Transducteurs
Lignes de lumière
Confinement du plasma
Accouplements et Embrayages
Imagerie par résonance magnétique

Matériaux d'aimant permanent

Une grande variété de matériaux magnétiques sont disponibles. Choisir le bon pour soutenir votre application est essentiel. Une mauvaise sélection entraînerait une mauvaise performance du produit.

Ces matériaux peuvent inclure :

Considérations et avantages des aimants permanents

Lors du choix du bon aimant pour un produit ou un système à base d'aimants, les fabricants doivent tenir compte des critères suivants :

Exigences de conception simplifiées
Le système nécessite un champ magnétique continu mais a un accès limité à une source d'alimentation continue car il n'est pas pratique d'en avoir une
Besoins d'espace limités ou contraints
Prix abaissé
Accès restreint ou limité
Champs errants
Champ présent en permanence par rapport à la génération de champ à la demande

Que sont les électroaimants ?

Les électroaimants sont généralement constitués de fil enroulé dans une bobine. Un courant à travers le fil crée un champ magnétique qui est concentré dans le trou au centre de la bobine.

Certains exemples sont:

Relais
Sonneries et buzzers électriques
Transformateurs et inducteurs
Moteurs à induction
Générateurs
Têtes d'enregistrement dans les équipements audio, vidéo et de stockage de données
Focalisation et déviation du faisceau
Confinement du plasma

L'électroaimant commun est en fait composé de deux composants :

une bobine de cuivre ti
matériaux magnétiques doux.

Les matériaux magnétiques doux sont ces matériaux qui sont facilement magnétisés et démagnétisés et sont principalement utilisés pour améliorer et/ou canaliser le flux produit par un courant électrique. La bobine est étroitement enroulée autour du matériau magnétique doux, communément appelé le noyau.

Configurations d'électroaimant

Les types d'applications pour les matériaux magnétiques doux se répartissent en deux grandes catégories : DC (courant continu) et AC (courant alternatif).

Dans les applications à courant continu, le matériau est magnétisé afin d'effectuer une opération, puis démagnétisé à la fin de l'opération, par exemple, un électroaimant sur une grue dans un parc à ferraille sera allumé pour attirer la ferraille, puis éteint pour laisser tomber l'acier . Pendant les applications AC, le matériau sera continuellement cyclé d'être magnétisé dans une direction à l'autre, tout au long de la période de fonctionnement, par exemple un transformateur d'alimentation. Une perméabilité élevée sera souhaitable pour chaque type d'application, mais l'importance des autres propriétés varie.

Pour les applications DC, la principale considération pour la sélection des matériaux est très probablement la perméabilité. Par exemple, ce serait le cas dans les applications de blindage où le flux doit être canalisé à travers le matériau. Lorsque le matériau est utilisé pour générer un champ magnétique ou pour créer une force, l'aimantation à saturation peut également être importante.

Pour les applications AC, la considération importante est la quantité d'énergie perdue dans le système lorsque le matériau est cyclé autour de sa boucle d'hystérésis. La perte d'énergie peut provenir de trois sources différentes :

Perte d'hystérésis, qui est liée à la zone contenue dans la boucle d'hystérésis
Perte par courants de Foucault, qui est liée à la génération de courants électriques dans le matériau magnétique et aux pertes résistives associées
Perte anormale, qui est liée au mouvement des parois du domaine dans le matériau

Les pertes d'hystérésis peuvent être diminuées par la réduction de la coercivité intrinsèque, avec une réduction conséquente de la zone contenue dans la boucle d'hystérésis. Les pertes par courants de Foucault peuvent être réduites en diminuant la conductivité électrique du matériau et en laminant le matériau, ce qui a une influence sur la conductivité globale et est important en raison des effets de peau à plus haute fréquence. Enfin, les pertes anormales peuvent être réduites en ayant un matériau parfaitement homogène, au sein duquel il n'y aura pas de gêne au mouvement des parois du domaine.

Considérations et avantages de l'électroaimant

Les électro-aimants peuvent jouer un rôle essentiel dans un système ou un produit magnétique, donc le choix de celui qui convient peut directement être lié à des performances améliorées et même à la durée de vie du produit.

Certaines considérations lors du choix d'un électroaimant peuvent inclure :

Le type de matériau de base
Intensité du courant traversant le noyau
Taille et forme du noyau
Le nombre de tours du fil sur le noyau a

Par rapport aux aimants permanents, les électroaimants peuvent présenter de nombreux avantages pour les fabricants de systèmes et de produits magnétiques :

Intensité de champ contrôlable dynamiquement

Peut être désactivé (sécurité, réduction de la consommation d'énergie)

Peut facilement atteindre des résistances plus élevées

L'assemblage de l'appareil est plus sûr

Les électro-aimants ne risquent pas la démagnétisation comme le font les aimants permanents

Matériaux d'électroaimant

Les matériaux magnétiques doux comprennent :

Alliages fer-silicium
Alliages amorphes et nanocristallins
Alliages Nickel-Fer
Ferrites douces

Contrairement aux aimants permanents, les électroaimants ne nécessitent pas de matériaux de terres rares, mais dans des cas particuliers, le matériau de noyau unique peut être ajouté à l'électroaimant si une sortie de champ plus élevée est requise.

Électro-aimants ou aimants permanents : lequel avez-vous besoin ?

Bien que les deux fournissent des champs magnétiques qui peuvent être exploités de nombreuses manières similaires, il est juste de dire que les différences entre les aimants permanents et les électroaimants peuvent conduire à des applications très différentes.

Les différences les plus importantes entre les deux résident peut-être dans leurs champs magnétiques permanents par rapport à la demande, l'accès à une source d'alimentation et leur durée de vie. Si un aimant permanent est démagnétisé (ce qui peut se produire en raison de températures élevées), il est essentiellement rendu inutile et devra être remplacé. Les électro-aimants, en revanche, ne présentent pas un tel risque et peuvent être activés et désactivés afin d'améliorer la sécurité du produit et la consommation d'énergie.

Lorsque vous choisissez entre les deux, il est essentiel de discuter de vos besoins avec le bon fournisseur d'aimants qui peut vous guider à travers les avantages de chacun et vous aider à prendre la bonne décision. En fonction des exigences de votre application et des attentes du projet, un expert en aimants peut aider votre entreprise à faire le choix le plus efficace.

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