Brevet FR2463494A1 — publié le 19810220

La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'aimants permanents anisotropiquesdont l'orientation contrôlée est dans une partie ou dans la totalité du corps de l'aimant, convergente. Des aimants permanents anisotropiques sont utilisés dans un ensemble d'aDpplications dans les- quelles la tâche rrincirale de l'aimant est de créer une induction magnétique aussi brutale que possible dans un entrefer ou dans toutes autres parties du circuit 10.agrtiiu-. Les t-pes utilisés Jusqu'ici de tels ai- mants anisotropiiues sont caractérisés par le fait que les directions d'aimantation préférentielle de cons- tituants d'aimant élémentaires tels que, par exemple, des particules de poudre dans le cas de matériaux pulvé- risés, ou des cristaux dans le cas de matériaux moulés, sont orientés dans la même direction que celle selon laquelle l'aimant permanent est magnétisé. De cette façon, on obtient des valeurs de rémanence etde produit (BH)max considérablement plus élevées qu'en comparaison des aimants non orientés isotropiques. Dans de nombreux cas, il est préférable d'uti- liser des aimants dans la totalité ou dans une partie du volume desquels est provoquée une orientation des axes d'aimantation préférentielle, orientation qui, au moins dans la région d'une surface polaire, est con- vergente. Des aimants de ce type rendent possible d'élever sensiblement la valeur d'induction magnéti- mue dans la région polaire, en comparaison avec les ai- mants à orientation homogène existants. L'accroissement de l'induction magnétique créée dans l'espace ambiant est obtenu dans une section transversale plus faible nue celle de l'aimant, et est provoqué par le fait que l'orientation convergente concentre le flux magnétique, élève sa densité et réduit la perte de flux magnétique. Pour obtenir une structure anisotropique homo- gène avec des aimants existants, on utilise différents procédés, selon le type de matériau, telle qu'une orientation de particules de poudre par champ magnétique, cristallisation en appliquant un gradient de tempé- rature dirigé, extrusion, laminage et autres procédés analogues. Le niveau technologique actuel permet une fabrication en série d'aimants dont l'orientation homogène est presque idéale. La réalisation d'une structure orientée con- vergente qui élèverait l'induction magnétique dans une région souhaitée est, en règle générale, plus dif- ficile que la production d'une orientation homogène classique, puisque des procédés particuliers de fa- brication d'aimants permanents à structure convergente contrôlée n'ont pas encore été mis au point. Une telle situation rend une utilisation répandue de tels types d'aimant impossible, en dépit du fait que dans de nombreuses applications, ils amélioreraient sensible- ment les paramètres du circuit magnétique. Afin d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur précités, la présente invention propose un procédé perfectionné de fabrication d'aimants perma- nents anisotropiques avec une orientation magnétique convergente dans une partie ou dans la totalité du corps de l'aimant pour élever l'induction magnétique en concentrant le flux magnétique dans une section transversale réduite, le procédé comportant la fabri- cation d'un aimant définitif en combinant entre elles des parties anisotropiques réalisées en matériau d'ai- mant permanent et en complétant lesdites parties, se- lon leurs formes et dimensions, de façon à donner l'ai- mant définitif de forme et de dimensions désirées. L'orientation magnétique qui comporte deux ou plusieurs configurations convergentes différentes, étant réalisées de telle manière qu'au moins avec deux parties adja- centes, les orientations magnétiques convergent entre elles et leurs polarités d'aimantation soient orientées vers un seul et même pôle. Pour la fabrication de parties orientées de façon homogène classinue de l'aimant définitif, il est possible d'utiliser des procédés de fabrication d'aimants anisotropiques existants. Par exemple, on neut citer des procédés de fabrication d'aimants anisotroniques à base de poudre comprimée en combinaison avec un liant, ou d'aimants frittés, ou d'aimants ani- sotropiques moulés. Les formes désirées des partiespeu- vent être obtenues soit par un procédé direct en utili- sant des matrices de presse, appropriées, des moules d'empreinte et des dispositifs analogues, ou en divisant en narties, ou en usinant des aimants orientés de façon homogène allant d'autres formes comme, par exemple, par usinage oar outil tranchant et meulage. Les parties peu- vent être fixées entre elles de façon à produire l'ai- mant définitif ayant une orientation convergente; ce- ci neut 9tre effectué en appliquant différents procédés de montage tels que par exemple insertion dans une en- velopne, vissage, encadrement, collage, soudage et de nombreux autres procédés. On réalisera que les parties peuvent être combinées entre elles au cours de différentes phases de la fabrication de l'aimant définitif. Les parties neuvent être constitutée soit par des aimants perma- nents prêts à l'utilisation, soit par des produits semi- finis. Ainsi, par exemple, lors de la fabrication d'ai- mants en poudre frittée, on peut combiner des parties réalisées en matériau fritté, ou des éléments en poudre comprimés qui ne sont pas encore frittés par fusion en un tout. Pour un autre exemple, on peut utiliser des aimants moulés dans lesquels les parties peuvent être combinées entre elles aussi bien avant qu'après un trai- tement thermique. En outre, les parties peuvent être combinées dans l'état magnétisé ou démagnétisé. Dans le premier cas, les forces de répulsion doivent être surmontées tandis que dans le second cas, il faut s'assurer que l'aimant définitif est magnétisé selon une orientation convergente. Conformément à l'invention, les aimants per- manents à orientation convergente peuvent être réali- sés, de préférence, à partir de tous les matériaux à forte aimantation jusqu'ici connus tels que, par exemple, des ferrites à forte aimantation, des maté- riaux à base de terres rares, AlNiCo,PtCo,MnAlMnBi,etc. Les aimants définitifs peuvent être réalisés en différentes formes tels que par exemple, prismes, pyramides, cônes, cylindres, tores, barreaux, formes en U, en C, en E, ou des formes compliquées ou irrégulières avec des ouvertures, encoches et saillies. Des structures orientées convergentes d'aimants fabriqués selon le procédé de l'invention peuvent avoir différentes configurations.,Des types de structure particulière sont conçus pour satisfaire différentes exigences concernant la répartition spa- tiale d'induction magnétique créée Dar l'aimant dans l'espace ambiant, et sont ajustés à des formes, dimen- sions et caractéristique magnétique de matériaux uti- lisés pour fabriquer des aimants permanents. Ainsi, par exemple, les structures orientées convergentes con- centrent le flux magnétique dans une région plus ou moins grande dans le centre de la zone d'un, de deux ou de plusieurs pôles. Les modifications de direction d'o- rientation dans la structure convergente dans le corps de l'aimant reuvent s'effectuer soit continuement, soit de façon discrète. La structure convergente anisotropi- que peut être Produite dans une ou, plusieurs parties ou dans la totalité du corps de l'aimant, reut être li- néaire, curviligne, continue, ou par paliers, ou peut 4tre réalisée en deux ou trois dimensions. Les formes et dimensions des différentes parties doivent être choisies de façon à donner, après la combinaison, un aimant avant une forme et une dimension désirées. Les parties reuvent avoir différentes formes tels que nrismes, ryramides, cônes, tores, ou autres solides. Pour obtenir une structure magnétique convergente qui comporte deux ou plusieurs configurations orientées con- vnrgentes, les parties doivent être orientées de sorte que les orientations des parties adjacentes soient inclinées l'une vers l'autre, et soient magnétisées de sorte que leurs polarités identiques puissent se diri- ger vers un seul et même pôle. Les angles d'inclinai- son et le nombre de parties avant des orientations convergentes doivent être choisies selon le degré de con- vergence recherché et selon le nombre de configurations d'orientation différente dans la structure convergente de l'aimant définitif. Le procédé de fabrication d'aimant selon l'in- vention est illustré par l'exemple suivant. Exemple Un aimant en ferrite fritté à structure con- vergente a été réalisé sous la forme d'un parallélé- pipède droit ayant des dimensions de 25 x 25 x 12 mm. La structure convergente élevait la valeur d'induction magnétique créée par la surface 25/25 mm du pôle S dans la région de l'axe passant par le centre de cette zone. La figure la représente cette structure aniso- tropique en coupe parallèle à l'axe d'aimant orienté vers le pôle tandis que la figure lb est une vue per- Dendiculaire à la zone polaire. L'aimant est réalisé en combinant trois parties orientées de façon homogène, frittées, représentées séparément sur la figure 2, l'orientation y étant indiquée. La figure 3 représente l'aimant définitif fabriqué en combinant ensemble les- dites parties. De cette façon, on obtient un accroissement sensible de l'induction dans la partie centrale de la zone polaire, en comparaison d'aimants permanents aniso- tropiques classiques. Par exemple, il est possible de se rapporter à la valeur de l'induction magnétique créée à proximité de la surface du pôle, l'induction ayant été mesurée par une sonde de Hall appliquée près du centre de la zone polaire. La comparaison est effectuée en mesurant des échantillons d'aimant de référence réalisés dans le même matériau et ayant les mêmes di- mensions, tandis qu'avec un aimant orienté de façon homo- gène classique dans la région de la zone centrale, une induction de 0,125 T a été constatée, l'aimant fabriqué à partir des parties représentées sur les fi- gures 2 et 3 présentait une valeur d'induction presque double de 0,249 T. Le procédé de fabrication d'aimants selon l'invention présente de nombreux avantages. En parti- culier, il est avantageux que le procédé rende possible de fabriquer des aimants ayant différentes configura- tions de structures orientées convergentes correspon- dant aux exigences imposées aux paramètres de l'aimant définitif. Parmi ces structures, on peut également en- glober certains cas extrêmes dont la fabrication selon d'autres manières serait très difficile, voire impossi- ble. On peut citer, par exemple, des orientations con- vergentes qui concentrent le flux magnétique autant que possible dans une région étroite, ou des aimants ayant des formes compliquées ou une pluralité de pôles. En tant que matériaux de départ, il est possible d'uti- liser des matériaux à forte aimantation, anisotropiques couramment disponibles, ou des aimants définitifs. Les moyens de fabrication nécessaire sont également rela- tivement simples et oeu coûteux. Pour ces raisons, le procàdé selon l'invention peut être même à la portée des utilisateurs d'aimants euxmêmes, qui ne sont pas éiuipés, en règle générale, de moyens de production en série de matériaux à forte aimantation. Des aimants fabriqués selon le procédé de l'invention peuvent être de préférence utilisés dans un ensemble d'applications pratiques. Un accroissement de l'induction magnétique créée dans l'entrefer ou d'autres parties du circuit magnétique, en comparaison des aimants classiques, améliore les paramètres de fonctionnement de moteurs, machines, appareils d'en- trainement et générateurs à aimants permanents, appareils d'hynerfréquences, appareils de mesures, transducteurs électroacoustiques, pick-ups magnétiques, relais, paliers, embrayages, séparateurs, éléments de blocage ou analogues; tels que par exemple, selon l'application, une consommation d'énergie moins élevée, ou un rendement, une sortie, un couple, des effets de forces d'attraction ou de répulsion, une sensibilité, une précision, etc, plus élevés. Un autre mérite impor- tant de la présente invention réside dans différentes possibilités de miniaturisation de circuit magnétique, réduction de colts en matériau, longévité accrue et structure simplifiée; REVENDICATION Procédé de fabrication d'aimants permanents anisotropiques avec une orientation magnétique con- vergente dans une partie oudansm totalité du corps de l'aimant pour élever l'induction magnétique en concen- trant le flux magnétique dans une section transversale réduite, caractérisé en ce qu'il comporte la fabrication d'un aimant définitif en combinant entre elles des par- ties anisotropiques réalisées en un matériau d'aimant permanent et en complétant lesdites parties, selon leurs formes et dimensions, de façon à donner à l'ai- mant définitif de forme et de dimensions désirées, l'orientation magnétique qui comporte deux ou plusieurs configurations convergentes différentes, réalisé de telle manière qu'au moins avec deux narties adjacentes, les orientations magnétiques convergent l'une vers l'autre, et leurs polarités de magnétisation soient di- rigées vers un seul et même pôle.