Matériaux magnétiques

1.5.4.1 Circuit magnétique doux

Le circuit magnétique de la machine stator et rotor doit être constitué de tôles FeSi de nuance M 270 – 35 – A (cf. Figure 19). C’est une tôle courante qui est adoptée pour le dimensionnement par l’entreprise Valeo

Figure 19. Induction magnétique B en fonction du champ d’excitation magnétique

Le process de fabrication du circuit

par la suite sur l’utilisation de ces données et le choix du process de réalisation.

Nous ne retenons pas les matériaux magnétiques doux répandus pour la réalisation de MFA comme le Soft Magnetic Composite (SMC) ou encore le FeCo. Les deux paragraphes suivants justifient ce choix :

• Le SMC compte parmi les matériaux magnétiques les plus récents. Il est réalisé à partir de poudre de fer enveloppée dans un isolant électrique. Son avantage princi par rapport aux tôles est de permettre une mise en forme de géométries complexes relativement aisée avec des propriétés spatiales isotropes. Cet aspect est mis à profit pour la construction de circuits magnétiques de machines à flux axial. Le brevet (Lamperth, et al., 2014)

dents assemblés par rainures et languettes. Dans le même brevet, il est aussi proposé de réaliser une rainure sur la face arrière du stator pour ref

par passage de liquide dans le sillon (cf.

résistif électriquement que la tôle FeSi. Néanmoins, l

performances magnétiques moindres que la tôle FeSi, tant au niveau des pertes fer plus importante, de la perméabilité relative moins élevée. Un autre inconvénient réside dans le fait que la conductivité thermique du SMC est plus faible q

FeSi. Le SMC est donc écarté pour ces trois derniers arguments. . Induction magnétique B en fonction du champ d’excitation magnétique

35-A pour plusieurs fréquences.

Le process de fabrication du circuit magnétique feuilleté de la MFA est laissé libre. Nous reviendrons par la suite sur l’utilisation de ces données et le choix du process de réalisation.

Nous ne retenons pas les matériaux magnétiques doux répandus pour la réalisation de MFA comme le netic Composite (SMC) ou encore le FeCo. Les deux paragraphes suivants justifient ce

Le SMC compte parmi les matériaux magnétiques les plus récents. Il est réalisé à partir de poudre de fer enveloppée dans un isolant électrique. Son avantage princi par rapport aux tôles est de permettre une mise en forme de géométries complexes relativement aisée avec des propriétés spatiales isotropes. Cet aspect est mis à profit pour la construction de circuits magnétiques de machines à flux axial. Le brevet (Lamperth, et al., 2014) propose un stator composé de segments en SMC à pieds de dents assemblés par rainures et languettes. Dans le même brevet, il est aussi proposé de réaliser une rainure sur la face arrière du stator pour refroidir le SMC directement par passage de liquide dans le sillon (cf. Figure 20). En effet, le SMC est davantage résistif électriquement que la tôle FeSi. Néanmoins, le SMC présente des performances magnétiques moindres que la tôle FeSi, tant au niveau des pertes fer plus importante, de la perméabilité relative moins élevée. Un autre inconvénient réside dans le fait que la conductivité thermique du SMC est plus faible q

FeSi. Le SMC est donc écarté pour ces trois derniers arguments.

37 . Induction magnétique B en fonction du champ d’excitation magnétique H de la tôle

M270-magnétique feuilleté de la MFA est laissé libre. Nous reviendrons

Nous ne retenons pas les matériaux magnétiques doux répandus pour la réalisation de MFA comme le netic Composite (SMC) ou encore le FeCo. Les deux paragraphes suivants justifient ce

Le SMC compte parmi les matériaux magnétiques les plus récents. Il est réalisé à partir de poudre de fer enveloppée dans un isolant électrique. Son avantage principal par rapport aux tôles est de permettre une mise en forme de géométries complexes relativement aisée avec des propriétés spatiales isotropes. Cet aspect est mis à profit pour la construction de circuits magnétiques de machines à flux axial. Le brevet propose un stator composé de segments en SMC à pieds de dents assemblés par rainures et languettes. Dans le même brevet, il est aussi proposé roidir le SMC directement ). En effet, le SMC est davantage e SMC présente des performances magnétiques moindres que la tôle FeSi, tant au niveau des pertes fer plus importante, de la perméabilité relative moins élevée. Un autre inconvénient réside dans le fait que la conductivité thermique du SMC est plus faible que celle de la tôle

38 Figure 20. Assemblage de segments en SMC avec rainure et languette. (Lamperth, et al., 2014)

• Le FeCo est un matériau usinable sous la forme massive ou en tôle. Il présente une forte polarisation à saturation, pouvant atteindre 2,4 T. Pour autant, le FeCo reste d’un prix trop élevé pour notre application. C’est la raison pour laquelle nous ne le retenons pas.

1.5.4.2 Aimants permanents

Notre cahier des charges donne le choix entre deux nuances représentant les deux plus grandes familles d’aimants permanents à base de terres rares.

La première nuance étudiée est une nuance de NdFeB appelée NdFeB 3,5 % Dy. Les courbes induction magnétique en fonction du champ magnétique B(H) et polarisation magnétique en fonction du champ magnétique J(H) de cette nuance sont données sur la Figure 21.

Figure 21. Courbes J(H) et B(H) de l'aimant NdFeB 3

La deuxième, est une nuance d’aimants permanents SmCo RECOMA 28 du fabricant ARNOLD MAGNETICS. Les courbes B(H) et J(H) de cette nuance sont données sur la

Figure 22. Courbes J(H) et B(H) de l’aimant SmCo RECOMA 28

Le Tableau 5 est un récapitulatif et comparatif des caractéristiques de ces deux nuances d’aimant permanent. L’induction rémanente de la nuance NdFeB est 13% plus importante que celle du SmCo à basse température. Ce rapport a tendance à s’équilibrer à 100°C où l’induction résiduelle du NdFeB n’est plus supérieure que de 3%. Il y a enfin inversion des deux valeurs à 180 °C où l’induction rémanente Br du SmCo est supérieure de 9,5 %.

Ceci est dû à la meilleure tenue en température, tant au niveau de l’induction rémanente qu’au niveau de la coercivité du SmCo par rapport au NdFeB. En effet, on remarque que la coercivité H

du SmCo est presque 4 fois plus important que celui du NdFeB.

. Courbes J(H) et B(H) de l'aimant NdFeB 3,5 % Dy

La deuxième, est une nuance d’aimants permanents SmCo RECOMA 28 du fabricant ARNOLD MAGNETICS. Les courbes B(H) et J(H) de cette nuance sont données sur la Figure

Courbes J(H) et B(H) de l’aimant SmCo RECOMA 28

est un récapitulatif et comparatif des caractéristiques de ces deux nuances d’aimant permanent. L’induction rémanente de la nuance NdFeB est 13% plus importante que celle du SmCo à érature. Ce rapport a tendance à s’équilibrer à 100°C où l’induction résiduelle du NdFeB n’est plus supérieure que de 3%. Il y a enfin inversion des deux valeurs à 180 °C où l’induction rémanente Br du SmCo est supérieure de 9,5 %.

re tenue en température, tant au niveau de l’induction rémanente qu’au niveau de la coercivité du SmCo par rapport au NdFeB. En effet, on remarque que la coercivité H

du SmCo est presque 4 fois plus important que celui du NdFeB.

39 5 % Dy

La deuxième, est une nuance d’aimants permanents SmCo RECOMA 28 du fabricant ARNOLD Figure 22.

Courbes J(H) et B(H) de l’aimant SmCo RECOMA 28

est un récapitulatif et comparatif des caractéristiques de ces deux nuances d’aimant permanent. L’induction rémanente de la nuance NdFeB est 13% plus importante que celle du SmCo à érature. Ce rapport a tendance à s’équilibrer à 100°C où l’induction résiduelle du NdFeB n’est plus supérieure que de 3%. Il y a enfin inversion des deux valeurs à 180 °C où l’induction

re tenue en température, tant au niveau de l’induction rémanente qu’au niveau de la coercivité du SmCo par rapport au NdFeB. En effet, on remarque que la coercivité Hcj à 180 °C

40 Tableau 5. Caractéristiques de l’aimant NdFeB 3,5 % Dy⁷

NdFeB 3,5 %Dy SmCo RECOMA 28

Induction rémanente - Br 1,246 T (24,12 °C) 1,1 T (20 °C) Induction rémanente - Br (100 °C) 1,1 T 1,07 T Induction rémanente - Br (180 °C) 0,95 T 1,04 T Coefficient de température de l’induction

rémanente - )*+

- 0,15 %/°C -0,035 %/°C

Coercivité à basse température - ,-. - 1608 kA.m-1 (24.12 °C) -2000 kA.m-1 (20 °C) Coercivité - ,-. 180 °C - 330 kA.m-1 -1232 kA.m-1

Coefficient de température de la coercivité - )/01

- 0,51 %/°C -0,24 %/°C Densité d’énergie volumique - (BH)max 294,4 kJ.m-3 (24.12 °C) 225 kJ.m-3 (20°C) Perméabilité relative magnétique - 2₃ 1,05 1,09

Densité 7,5 g.cm-3 8,3 g.cm-3

Autant pour l’aimant permanent NdFeB que l’aimant SmCo, la quantité d’aimant est contrainte pour des raisons de coût. Habituellement, le coût est contraint par la masse permise pour le dimensionnement. Cependant, nous raisonnons à volume maximal des aimants dans toute la machine contraint à Vmax,aim pour chaque nuance. En effet, ceci nous permet de faire une étude comparative de dimensionnement équitable entre les deux nuances. La seule prise en compte de la masse ne permettrait pas cette analyse comparée du fait de la densité différente des deux nuances. La masse permise pour le NdFeB est mmaxNdFeB=1 p.u. quand celle permise pour le SmCo est m4567489= 1,1 ∙ m_456<&=>?= 1,1 p. u..