Aimants d'arc en néodyme
Le samarium-cobalt et le néodyme-fer-bore sont tous deux des matériaux métalliques. En raison de la bonne conductivité des matériaux métalliques, la résistivité est très faible. Ce n'est pas une bonne chose pour les machines tournantes telles que les moteurs, car cela entraîne des courants de Foucault dans les machines tournantes. Ces pertes provoquent l'échauffement des machines tournantes, y compris des aimants en arc au néodyme. C'est pourquoi les concepteurs d'aimants et de moteurs doivent tenir compte des pertes dues aux courants de Foucault qui se produisent dans les machines tournantes. Aujourd'hui, Understanding Magnet Emperor vous expliquera ce qu'est la perte par courants de Foucault des aimants et comment éviter les pertes par courants de Foucault dans la production de matériaux magnétiques.
Pour comprendre et réduire les pertes par courants de Foucault, il faut d'abord savoir comment les pertes par courants de Foucault sont générées. Pour cela, nous devons introduire un concept : l'effet de peau (effet de peau).
Lorsqu'un courant alternatif traverse un fil, la densité du courant est répartie de manière inégale sur la section transversale du fil. Lorsque la fréquence des variations de courant augmente, le courant se concentre de plus en plus sur la surface conductrice, et le courant à l'intérieur du fil devient de plus en plus faible. Ce phénomène est appelé effet de peau.
Les courants de Foucault sont à l'origine de l'effet de peau. La loi de l'induction électromagnétique indique qu'un champ magnétique alternatif est généré autour d'un champ électrique alternatif. Lorsqu'un courant alternatif traverse un conducteur, des aimants en arc au néodyme, un champ magnétique alternatif est généré à l'intérieur et autour du conducteur, provoquant un courant induit en forme de vortex à l'intérieur du conducteur. Le courant de Foucault est appelé courant de Foucault .
Plus il est proche du centre du conducteur, plus la force électromotrice induite générée par le champ magnétique alternatif dans le conducteur est élevée. Plus le courant de Foucault des aimants en arc au néodyme est fort, plus l'obstruction au courant d'origine est forte, ce qui se traduit par une faible densité de courant s'approchant du centre du conducteur et une faible densité de courant s'approchant de la surface. La densité de courant est plus importante.
Comme la force électromotrice induite augmente avec la fréquence, l'effet de peau devient également plus important avec la fréquence. Lorsqu'un courant de très haute fréquence traverse un fil, on peut considérer que le courant ne circule que dans une très fine couche à la surface du fil, ce qui équivaut à une réduction de la section du fil et réduit fortement l'utilisation effective du matériau conducteur.
Perte par courants de Foucault
La résistance des aimants permanents en samarium-cobalt et en néodyme-fer-bore étant relativement faible, les courants de Foucault dans le champ électrique alternatif sont généralement relativement importants. En raison de l'effet thermique du courant, les courants de Foucault chauffent l'aimant et une démagnétisation thermique se produit lorsque la température est trop élevée.
L'importance des pertes dues aux courants de Foucault est liée à des facteurs tels que la façon dont le champ magnétique change, le mouvement de l'aimant, la forme de l'aimant, la perméabilité magnétique et la résistivité.
Plus la vitesse de rotation (équivalente à la fréquence) et la perméabilité magnétique de la machine tournante sont élevées, et plus la résistivité est faible, plus la profondeur de peau est faible et plus la perte causée est importante. Dans des domaines tels que les véhicules électriques et les ascenseurs, les moteurs permanents à aimants en arc au néodyme sont généralement commandés par des sources d'énergie à onduleur pour le contrôle de la vitesse. En raison de la présence d'harmoniques plus élevées de la fréquence porteuse, les pertes par courants de Foucault dans les aimants augmentent et provoquent une démagnétisation thermique.
Réduire la perte par courants de Foucault du NdFeB fritté en augmentant la résistivité
Du point de vue de la conception des moteurs, plusieurs méthodes techniques ont été proposées pour réduire la perte par courants de Foucault des aimants permanents dans les machines tournantes, telles que les colonnes de blindage entourant les aimants, les méthodes de division des aimants et l'isolation latérale des aimants à arc en néodyme, etc.
Du point de vue des aimants, l'un des moyens les plus efficaces de réduire les pertes par courants de Foucault dans les moteurs consiste à utiliser des aimants collés. En raison de la présence du liant et de sa fraction volumique suffisamment élevée, la résistivité des points magnétiques collés est 102 fois supérieure à celle des aimants frittés. ~La puissance et la température maximale de fonctionnement du moteur étant fortement limitées, la méthode la plus directe consiste à augmenter la résistivité de l'aimant fritté lui-même.
Il existe de nombreuses façons d'améliorer la résistivité des aimants frittés, comme l'ajout de poudre à haute résistivité (Al2O3, etc.), l'application d'une couche de SiO2, etc. Toutefois, ces méthodes affectent dans une certaine mesure les propriétés magnétiques des aimants frittés. C'est pourquoi, dans la recherche et le développement des aimants, un équilibre doit être trouvé entre la résistivité et les propriétés magnétiques au cours du processus.
Les aimants en arc au néodyme sont un type spécifique d'aimant au néodyme qui a la forme d'un segment d'anneau ou d'arc. Ces aimants sont couramment utilisés dans diverses applications nécessitant une forme incurvée ou cylindrique, comme dans les moteurs, les générateurs, les haut-parleurs, les accouplements magnétiques, les séparateurs magnétiques et de nombreux autres produits industriels et de consommation.
Les aimants à arc en néodyme sont le type d'aimant permanent en néodyme le plus puissant disponible dans le commerce, connu pour ses excellentes propriétés magnétiques. Ils sont composés principalement de néodyme, de fer et de bore, qui forment ensemble l'alliage NdFeB. Cet alliage permet aux aimants au néodyme d'avoir une force magnétique incroyablement élevée par rapport à leur taille.
Les aimants en arc sont particulièrement utiles dans les applications où un champ magnétique circulaire ou incurvé est nécessaire, comme dans les moteurs électriques ou les générateurs où ils peuvent être utilisés pour produire un couple. Ils existent en différentes tailles et configurations pour répondre à différents besoins et peuvent être fabriqués sur mesure pour s'adapter à des applications spécifiques.
Des pertes par courants de Foucault peuvent se produire dans les aimants permanents en arc au néodyme de terres rares, y compris les aimants au néodyme (NdFeB), en raison de leur conductivité électrique élevée. Les courants de Foucault sont des courants induits qui circulent dans le matériau lorsqu'il est exposé à des champs magnétiques changeants, tels que ceux présents dans les applications de courant alternatif (CA) ou lorsque l'aimant se déplace par rapport à une surface conductrice.
Ces courants de Foucault génèrent de la chaleur dans le matériau de l'aimant, ce qui entraîne des pertes d'énergie. Dans les applications à haute fréquence ou dans les situations où les aimants subissent des changements rapides de champs magnétiques, comme dans les moteurs ou les générateurs, les pertes dues aux courants de Foucault peuvent devenir importantes.
Pour atténuer les pertes dues aux courants de Foucault dans les aimants permanents en arc au néodyme des terres rares, diverses techniques peuvent être employées, notamment :
- Laminage : L'aimant peut être segmenté en fines couches séparées par un matériau isolant. Cela permet de réduire la taille des courants de Foucault et donc de diminuer les pertes globales.
- Optimisation de la forme de l'aimant : La conception de la forme de l'aimant pour minimiser la formation de grandes boucles pour les courants de Foucault peut contribuer à réduire les pertes.
- Revêtement de l'aimant : Le revêtement de l'aimant par une couche isolante peut contribuer à réduire les pertes par courants de Foucault en empêchant le contact direct avec les surfaces conductrices.
- Disposition des aimants : Dans certaines applications, la disposition des aimants dans une configuration spécifique peut minimiser les pertes par courants de Foucault.
Si les aimants permanents en néodyme des terres rares sont connus pour leur force magnétique élevée et leur efficacité énergétique, les pertes par courants de Foucault sont à prendre en compte dans certaines applications, en particulier celles qui impliquent un fonctionnement à haute fréquence ou des changements rapides des champs magnétiques. Il est essentiel de trouver un équilibre entre la nécessité d'une performance magnétique élevée et la minimisation des pertes lors de la conception de dispositifs utilisant ces matériaux.
La résonance magnétique nucléaire (RMN) est un phénomène de physique nucléaire. Dès 1946, Block et Purcell ont signalé ce phénomène et l'ont appliqué à la spectroscopie des ondes. Lauterbur a publié la technologie d'imagerie RM en 1973, ce qui a permis à la résonance magnétique nucléaire d'être utilisée non seulement en physique et en chimie, mais aussi en médecine clinique. Elle est également utilisée en médecine clinique.
Ces dernières années, la technologie de l'imagerie par résonance magnétique s'est développée très rapidement et est devenue de plus en plus mature et parfaite. Le champ d'application de l'examen couvre fondamentalement tous les systèmes du corps, et il est promu et appliqué dans le monde entier. Afin de refléter avec précision sa base d'imagerie et d'éviter toute confusion avec l'imagerie nucléaire, elle est désormais appelée imagerie par résonance magnétique.
L'imagerie par résonance magnétique nécessite un champ magnétique puissant et uniforme, généré par un aimant. Les aimants sont la partie la plus importante et la plus coûteuse de l'équipement d'imagerie par résonance magnétique. Actuellement, deux types d'aimants sont couramment utilisés : les aimants permanents et les électro-aimants. Les électro-aimants sont divisés en deux catégories : les électro-aimants normalement conducteurs et les électro-aimants supraconducteurs.
Les électro-aimants normalement conducteurs utilisent un courant continu puissant qui traverse une bobine pour générer un champ magnétique. La consommation d'énergie pour maintenir le champ magnétique d'un aimant principal est d'environ 100 kW. En général, il faut plusieurs heures après la mise sous tension pour que le champ magnétique atteigne un état stable. Un courant important circulant dans la bobine génère une grande quantité de chaleur, qui doit être dissipée par de l'eau de refroidissement à travers un échangeur de chaleur.
Les aimants supraconducteurs sont actuellement utilisés plus fréquemment. Dans l'état supraconducteur, il n'y a pas de perte de résistance lorsque le courant circule dans le conducteur, ce qui n'entraîne pas d'échauffement de ce dernier. Un fil de même diamètre peut faire passer un courant plus important sans être endommagé dans l'état supraconducteur. Une bobine fabriquée en matériau supraconducteur peut générer un champ magnétique puissant en faisant passer un courant fort, et après la coupure du courant externe, le courant dans la bobine supraconductrice reste inchangé, de sorte que le champ magnétique supraconducteur est extrêmement stable.
Les matériaux à aimant permanent peuvent conserver leur magnétisme pendant une longue période après avoir été magnétisés, et l'intensité du champ magnétique est stable. Par conséquent, l'entretien de l'aimant est simple et le coût de l'entretien est minime.
Les aimants permanents utilisés dans les équipements de résonance magnétique comprennent l'alnico, la ferrite permanente et le néodyme fer-bore. Parmi eux, les aimants permanents en arc au néodyme fer bore ont le produit d'énergie magnétique le plus élevé et peuvent atteindre l'intensité de champ maximale (jusqu'à un champ de 0,2T) avec une plus petite quantité. Il faut 23 tonnes d'AlNiCo, mais seulement 4 tonnes si l'on utilise du NdFeB). L'inconvénient des aimants permanents en tant qu'aimants principaux est qu'il est difficile d'atteindre une intensité de champ de 1T.
Actuellement, l'intensité du champ est généralement inférieure à 0,5 T et ne peut être utilisée que dans les appareils de résonance magnétique à basse fréquence. Lorsqu'un aimant permanent est utilisé comme aimant principal, l'équipement de résonance magnétique peut être conçu sous la forme d'un anneau ou d'un joug, et l'instrument est semi-ouvert. Cette structure est très avantageuse pour les enfants ou les personnes claustrophobes.
