Comment lire une courbe de démagnétisation B-H pour les aimants permanents

La boucle d'hystérésis retrace l'état magnétique d'un matériau à mesure que le champ magnétique externe augmente, diminue et s'inverse :

Premier quadrant (magnétisation initiale) : B augmente rapidement à partir de zéro à mesure que le champ magnétisant (H) augmente. A saturation, B atteint Br (la rémanence).

Deuxième quadrant (courbe de démagnétisation) : H est réduit à zéro (B tombe à Br), puis inversé (H négatif). Le chemin dans ce quadrant est la courbe de démagnétisation-c'est là que l'aimant fonctionne lorsqu'il est placé dans un circuit.

Troisième quadrant : H continue négatif jusqu'à ce que B atteigne zéro (Hcb, la coercivité), puis continue jusqu'à saturation négative.

Quatrième quadrant : H revient au positif, complétant ainsi la boucle.

Pour la conception d’aimants permanents, nous nous concentrons exclusivement sur le deuxième quadrant (la courbe de démagnétisation). La courbe montre B vs. -H (champ démagnétisant).

Il y a deux courbes sur le graphique de démagnétisation :

Courbe normale (B-courbe H): B (densité de flux totale) par rapport à H. Il s'agit de la courbe que vous utilisez pour calculer le flux d'entrefer et la densité de flux dans le circuit magnétique. Cela inclut la contribution du champ propre de l’aimant. La courbe normale est utilisée pour trouver le point de fonctionnement (Bop et Hop) avec la ligne de charge.

Courbe intrinsèque (courbe J-H ou M-H) : J (magnétisation, ou B - μ0H) par rapport à H. Cette courbe représente le moment magnétique réel du matériau, à l'exclusion du champ démagnétisant. La courbe intrinsèque détermine la résistance à la démagnétisation : le point de coude se trouve sur la courbe intrinsèque.

Pourquoi les deux sont importants : un aimant qui a un Br élevé et une courbe normale élevée peut toujours être sujet à la démagnétisation si la courbe intrinsèque présente un genou précoce. Pour les aimants moteurs (qui subissent des champs inverses), la courbe intrinsèque est plus importante que la courbe normale.

Le point de genou est l'endroit où la courbe de démagnétisation commence à « chuter » brusquement. Sous le genou, le flux de l'aimant chute rapidement avec une légère augmentation du champ démagnétisant, et la démagnétisation est irréversible-même si le champ inverse est supprimé, l'aimant ne récupère pas complètement.

Sur la courbe intrinsèque, le genou est l'endroit où la courbe commence à descendre fortement. La valeur H au genou est souvent appelée « coercivité intrinsèque » (Hcj) en termes pratiques (bien que Hcj soit le champ auquel J=0, pas le genou lui-même). Pour un aimant de haute-qualité, le genou est proche de Hcj. Pour les aimants de qualité inférieure-, le genou se produit bien avant Hcj.

Pour un fonctionnement sûr, le point de fonctionnement de l'aimant doit toujours rester au-dessus du genou de la courbe intrinsèque. Si le champ démagnétisant pousse l'aimant sous le genou, des pertes irréversibles de 10 à 50 % peuvent se produire.

Valeurs typiques du genou :

N35 : genou à H ≈ 10 kOe (courbe intrinsèque) ; la courbe normale reste linéaire.

N52 : genou à H ≈ 6-7 kOe (courbe intrinsèque) - risque de démagnétisation plus élevé.

SmCo 2:17 : la courbe intrinsèque n'a pas de coude jusqu'à H=0 - complètement linéaire, sûre dans tout champ inverse.

Le coefficient de perméance (également appelé pente de la ligne de charge) décrit la façon dont le circuit magnétique d'un aimant (y compris les entrefers, le fer arrière et les matériaux environnants) affecte le point de fonctionnement. Il est défini comme :

Coefficient de perméance, Pc=B / H (dans le deuxième quadrant, avec des unités de densité de flux divisées par l'intensité du champ).

Pc élevé (ligne de charge raide, par exemple Pc > 10) : L'aimant fonctionne à une densité de flux élevée (près de Br) et un faible champ démagnétisant. Cela se produit dans des circuits fermés avec un bon fer arrière et de petits entrefers. Sûr, mais utilise tout le potentiel de l'aimant.

Faible Pc (ligne de charge plate, par exemple Pc < 1) : L'aimant fonctionne à une densité de flux plus faible et un champ de démagnétisation plus élevé. Cela se produit avec de grands entrefers ou sans fer arrière. Risque de démagnétisation.

Pour utiliser la ligne de charge :

Calculez le coefficient de perméance à partir de la géométrie de votre circuit magnétique (à l'aide de FEA ou de formules analytiques).

Tracez une ligne depuis l'origine sur le graphique B-H de pente Pc.

L'intersection de la ligne de charge avec la courbe de démagnétisation est le point de fonctionnement (Bop, Hop).

Vérifiez que ce point est au dessus du genou sur la courbe intrinsèque. Sinon, l'aimant se démagnétisera. Augmentez l'épaisseur de l'aimant, réduisez l'entrefer ou choisissez une qualité Hcj -plus élevée.

Exemple : Un aimant de moteur N42SH (Hcj=20 kOe) avec une ligne de charge Pc=2. Le point de fonctionnement est à H≈7 kOe, B≈14 kGs. Le genou est à H≈10 kOe. Le point de fonctionnement est au-dessus du genou-coffre-fort. Si Pc descend à 1 (grand entrefer), le point de fonctionnement passe à H≈12 kOe-sous le genou-dangereux. Utilisez plutôt N42UH (Hcj=25 kOe).

Pour les fabricants de moteurs et de capteurs, nous proposons une simulation FEA et une analyse de ligne de charge. Nous recommandons la qualité et la géométrie optimales pour garantir que le point de fonctionnement reste au-dessus du genou à toutes les températures de fonctionnement (y compris les champs inverses dans le pire des cas-).

Pour en savoir plus sur les courbes de démagnétisation et l’analyse des lignes de charge, veuillez visiter notre page d’accueil Analyse par éléments finis et TechBlog sur notre site Web.

Pour demander une analyse de démagnétisation pour la conception de votre aimant-y compris la sélection de la nuance et le calcul de la ligne de charge-envoyez-nous la géométrie de votre circuit magnétique et sa température de fonctionnement. Notre équipe d’ingénierie fournit un rapport complet sur les risques de démagnétisation.

Q : Quelle est la différence entre Hcb et Hcj ?
A : Hcb (coercivité) est le champ inverse nécessaire pour réduire B à zéro (sur la courbe normale). Hcj (coercivité intrinsèque) est le champ inverse nécessaire pour réduire J (magnétisation) à zéro (sur la courbe intrinsèque). Hcj est toujours supérieur à Hcb. Hcj est le meilleur indicateur de la résistance à la démagnétisation.

Q : Quel est le rapport entre la température et la courbe de démagnétisation ?
R : À mesure que la température augmente, Br et Hcj diminuent. Le genou descend plus bas sur l'axe H- et la courbe intrinsèque descend. Pour un fonctionnement à haute-température, sélectionnez une qualité avec suffisamment de Hcj à la température de fonctionnement. Nous fournissons des courbes de démagnétisation corrigées en température-pour chaque qualité.

Q : Puis-je démagnétiser un aimant en opérant sous le genou, juste une petite quantité ?
R : Oui. Même une brève excursion sous le genou provoque une perte irréversible. La perte est proportionnelle à la zone située sous le genou. Pour les applications critiques{{3}en matière de sécurité (aérospatiale, automobile), nous concevons avec une marge de 20 % au-dessus du genou dans les pires-températures et charges.