Brevet FR2476377A1 — publié le 19810821

Ln nrésente invention concerne un procédé de fabrication -'aimants Permanents arisotrones, dent l'o- rientation comrmandée est convergente dans l +otalit^ du corps de 'aimant ou dans une -artie de celui-ci. Dans plusieurs domaines d'anrlication nrati- nues, l'ob,4et nrincipal d'aimants permanents est la création d'une induction magnétique élevée maximale, réalisée dans l'entrefer ou dans d'autres zones du cir- cuit magnétique. Les aimants anisotrones classiques se caractérisent par le fait eue les directions d'aimanta- tion facile des aimants lémentaires, c'est-à-dire par exemple de perticules de coudre dans le cas de matériaux pulvérulents ou de cristaux dans le cas de matériaux coulus, sont orientées ou alignées en coincidence dans une direction déterminée dans laquelle l'aimant perma- nent a été magnétisé. De cette façon, on reut obtenir des valeurs sensiblement accrues de rémanence et de produit (BH)max en comnparaison d'aimants isotrooes non orientés. Dans de nombreux cas, il est cependant plus avantageux d'utiliser des aimants dans la totalité ou une partie du volume desquels une orientation conver- gente d'axes de magnStisation facile est réalisée à proximité d'au moins une surface polaire. En comparai- son des aimants orientés homogènes existants, de tels aimants permettent d'accroître sensiblement la valeur de l'induction magntique dans la région oolaire. L'ac- croissement de l'induction magnétique orovoquée dans l'espace extérieur est obtenu dans une section plus petite que la section de l'aimant et est Drovocué par le fait oue l'orientation convergente concentre le flux magnétique, accroît sa densité et diminue le flux de dispersion sans action. L'induction magnétique accrue veut nar exe-rle -2- être délivrée à la zone de travail utile d'un entrefer, dans une pièce rolaire ou dans une autre partie du cir- cuit magnétique. Afin d'obtenir l'accroissement précité de la valeur de l'indiction magnétique sur la surface polaire réduite, la structure des aimants selon l'in- vention est rendue convergente à oroximitê du pôle, également oar ranport aux directions de normales à la surface du Dôle. C'est pourquoi n'appartiennent pas aux aimants selon l'invention à structure convergente, par exehple des segments et des toroides orientés radiale- "ent, dans lescuels l'orientation suit les directions de noreles à la surface polaire toute entière. Selon le type de matériau, on utilise dans le cas d'aimants classiques, en vue de l'obtention d'une structure anisotrope homogène, différents procédés comme Dar exemple une orientation de Articules de poudre par un champ mrgntique, une cristallisation sous l'action de gradients de température commandés, un traitement thermique dans le champ magnétique, une extrusion, un laminage et autres. Le niveau technologique actuel per- met la fabrication en série d'aimants, dont l'orientation homogène est Dresque complète. La réalisation d'une structure orientée con- vergente, augmentant efficacement l'induction magnétique dans une zone déterminée, est en règle 7énérale plus difficile cue la formation d'une orientation homogène classique. On connaît un procédé de fabrication de tels aimants anisotropes, dans lesquels la forme définitive du corps de l'aimant est réalisée par assemblage de rrticules anisotropes, réalisées en un matériau d'ai- ment permanent et dont les formes et les dimensions se complètent Dour donner la forme et la grandeur du corps d'aimant définitif, l'orientation m-gnétique anpropriée, comprenant deux ou plusieurs configurations convergentes -3- différentes, étant réalisée de telle manière que les orientations magnétiques d'au moins deux particules voisines soient inclinées l'une par rapport à l'autre et dirigent les polarités de leur magnétisation sur un seul et même pôle. Bien que ce procédé présente toute une série d'avantages, car il est possible de réaliser de cette manière des aimants d'allures les plus diverses de structures orientées convergentes et selon des formes de corps d'aimant quelconques, son inconvénient réside dans le fait qu'il est passablement compliqué en com- paraison du rrocédé de fabrication d'aimants orientés homogènes classiques. Cet état de choses rend impossible une utili- sation universelle de tels aimants, alors que leur utilisation pourrait accroître sensiblement les para- mètres du circuit magnétique dans toute une série d'ap- plications. La présente invention a pour objet, tout en évitant les inconvénients de l'état de la technique exposé ci-dessus, de proposer un procédé perfectionné de fabrication d'aimants permanents anisotropes avec une orientation magnétique convergente, accroissant l'induction magnétique par concentration du flux magné- tique dans une section réduite, dans la totalité du corps de l'aimant, ou dans une partie de celui-ci. Ce problème est, selon l'invention, résolu par le fait que lors de la formation des directions de magné- tisation facile dans le matériau d'aimant permanent, c'est-à-dire lors de l'orientation de particules de pou- dre par un champ magnétique ou lors d'un traitement thermomagnétique, le matériau d'aimant permanent est soumis à l'action d'un champ magnétique extérieur, dont les lignes de force présentent une allure convergente -4dans la z8ne du corps d'aimant à orienter. Un tel champ magnétique sera désigné par la suite en abrégé par champ magnétique convergent. On peut, dans le cadre de l'invention, fabri- quer des aimants permanents à orientation convergente à partir de tous les types jusqu'ici connus de matériaux magnétiquement durs. A titre d'exemple, on peut utiliser dés ferrites magnétiquement durs, des matériaux à base de terres rares, AlNiCo, PtCo, MNnAl, MnBi et autres. Un effet nouveau et accru dans le cas de tels aimants à orientation convergente est obtenu en particulier lors de l'application de matériaux à valeurs élevées de champ coercitif et à anisotroDie mag'étique uniaxiale. Le procédé de fabrication d'aimants selon l'invention peut également être appliqué à la fabrication d'aimants permsn f eulenEt à apdr ipoaudre, mais égale- ment coulés. Dans le cas cité en premier lieu, des particules de poudre ferro ou ferrimagnétique, de façon analogue à l'orientation par un champ magnétique homo- gène, sont soumises à l'action d'un champ magnétique avant ou au cours de l'opération de pressage. Le champ magnétique déplace les particules à aimanter avec leurs directions d'aimantation facile dans le sens des lignes de force. Après l'orientation, l'orientation résultante est fixée par compression de la, poudre sans ou avec un liant, ou par frittage, ou d'une autre manière. Dans le cas de la fabrication d'aimants coulés, le champs magnétique convergent est appliqué lors d'un traitement thermomagnétique, c'est-àdire refroidissement de la pièce coulée depuis la température de coulée ou après un échauffement ultérieur sous l'action d'un champ magnétique anpliqué de l'extérieur. Il va de soi qu'on peut selon l'invention utiliser le traitement thermo- magnétique de l'aimant permanent également lors de la -5- fabrication d'aimants à tartir de poudre. Comme lors du traitement thermomagn4ticue avec un cheamp homogène, après le passage par la zone de temnérature de Curie, des précipités se séparent tout d'abord dans le sens de l'axe cristallographique, qui présente l'écart le plus faible par rapport à la direction des lignes de force du champ magnétique. Ce processus conduit à la formation d'une structure d'aimant orientée convergente et est par exemple avantageux pour des aimants en poudre en alliages AlNiCo coulés traités thermomaçnétiouement. Le champ magnêticue convergent appliqué peut être un champ continu ou alternatif, stationnaire ou rulsatoire. Comme lors de l'orientation par le champ homogène, il est recommendé, en particulier pour l'orien- tation de poudre, d'appliauer un champ magnétique d'in- tensité aussi élevée oue possible, car les particules, lors de leur déplacement, doivent vaincre en rerle géné- rale une résistance de friction et cela nermet des effets accrus de force du champ magnétique et l'obtention d'une meilleure orientation. Le champ magn4tinue convergent peut être engendr4 de diffrentes manieres Dar des bobi- nes, des électro-aimants ou des aimants nermenents. Ainsi oue l'erse!gne la malu!tostaticue,]es lignes de force suivent une allure convergente, par exemple à rroximité des Deles de bobines, de solénoides, d'électro- aimants ou d'aimants permanents, A la condition qu'elles sortent dans un entrefer relativement grand. Comme autre exemile 'le champ magnAtioue convergent, on neut mention- ner un champ dans un petit entrefer entre deux pôles opposés de l'électroaimant ou de l'aimant permanent, un des p8les ayant une surface plus petite que le second et concentrant les lignes de force sortant de la surface plus grande du second oSle. La maenétostatique offre toute une série de solutions qui conduisent à la qenera- -6- tion d'un champ magn'tique convergent. En outre, les structures à orientation conver- rente des aimants fabriqués selon le procédé de l'inven- tion peuvent être de configurationS les plus diverses. Les différents types de structure doivent satisfaire aux exigences les plus variées concernant la répartition spatiale de l'induction magrntique à créer dans l'espace extérieur et être adaptés aux formes, dimensions ainsi ru'aux propriétés magnétiques de matériels à aimant per- manent. Ainsi, les structures à orientation convergente concentrent per exemple le flux magnétique dans une zone plus grande ou plus petite au milieu de la surface d'un ou de plusieurs pôles. Des variations de directions d'orientation dans la structure convergente peuvent s'ef- fectuer dans le corps d'aimant soit successivement, soit discrètement. Unr structure convergente anisotrope peut être réalisée dans une partie, dans Dlusieurs parties ou dans la totalité du volume de l'aimant, peut être recti- ligne ou courbe, continue ou en échelons, et elle peut être bi ou tridimensionnelle. Le procédé de l'invention est expliqué ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation. Les Figures la et lb montrent un aimant perma- nent à champ magnéticue convergent respectivement en coupe parallèle à l'axe d'aimant et nerDendiculairement à la surface polaire; Les Figures 2a et 2b montrent des vues analo- gues d'un aimant à orientation homogène classique. Un aimant permanent de forme cylindrique (diamètre 10 x 5 mm) est fabriqué à partir d'une poudre de SnCoCuFe avec un liant organique (grosseur moyenne de particule 10,p). L'orientation convergente accroit la valeur de l'induction magnétique sortant du milieu de la surface du cylindre (pôle S). La Figure la montre -7- cette structure anisotrope dans une coupe menée perallè- lement à l'axe d'aimant se dirigeant vers le pôle et la Figure lb dans une vue perpendiculaire à cette surface polaire. L'aimant est comprimé dans un champ magn6t que convergent entre les pôles d'un électro-aimant, dont un pôle a une surface de 30 mm de diamètre et le second, le pôle S du pôle tourné vers l'aimant permanent à com- primer, se termine en un épanouissement polaire conique présentant au sommet une surface de 2 mm de diamètre. L'intensité m xiwa!e=n dt s'#lève à 6kA/m. Pour comparaison, un aimant à orientation classique (cf. Fi- gures2a,b) en même matériau et de mêmes dimensions est comprimé dans les mêmes conditions à l'exception que le champ magnétique est homogène avec une intensité de 640 kA/m dans la région du modèle d'aimant en direction de l'axe du cylindre. Dans le cas de l'aimant à orienta- tion convergente, un accroissement sensible de l'induc- tion au milieu de la surface polaire est obtenu par rap- port à l'aimant à orientation homogène. Ceci est mis en évidence par mesure è l'aide d'une sonde de Hall placée juste au milieu de la surface polaire. Tandis que pour l'aimant à orientation homogène, une induction de 0,15 T est mesurée, l'ind-iction dans le cas de l'aimant à orien- tation convergente présente un accroissement de 30 %. Le procédé de fabrication d'aimants selon l'in- vention précité possède plusieurs avantages. En particu- lier, il est avantageux qu'il soit possible de cette façon de fabriquer des aimants à orientation convergente pratiquement au même prix que des aimants à orientation homogène classiques. Comme ce procédé permet la formation de différentes configurations de l'allure des lignes de force de champ magnétique convergent, on peut fabriquer des aimants avec des allures différentes appropriées de structure à orientation convergente, selon les exigences imposées aux paramètres d'aimants finaux. Les aimants fabriqués selon le procédé de l'invention ont une valeur pratique dans toute une gamme d'utilisations. L'accroissement de l'induction magnÉti- que créée dans l'entrefer ou dans d'autres parties du circuit magnétique, en comparaison des aimants classi- ques, améliore différents paramètres de moteurs, de sys- tèmes d'entraînement et de générateurs à aimant perma- nent, d'appareils à microondes, d'appareils de mesure, de transducteurs électroacoustiques, de palpeurs magné- tiques, de relais, de paliers, d'embrayages, de sépara- teurs, de bornes et autres. Par paramètres améliorés, on entend ici par exemple, selon les différentes utilisa- tions, abaissement de la consommation d'énergie, puis- sance accrue, couple de rotation, effets de force d'at- traction ou de répulsion, sensibilité et précision. Un autre avantage considérable réside dans la possibilité d'une miniaturisation de circuits magnétiques, dans l'abaissement de coats en matières premières, dans une longévité accrue et dans une construction simplifiée. 247e377 -9- REVENDICATION Procédé de fabrication d'aimants permanents anisotropes avec une orientation magnétique convergente augmentant l'induction magnétique par concentration du flux magnétique dans une section réduite dans au moins une partie d'un corps d'aimant, caractérisé en ce que lors de la formation des directions de magnétisation fa- cile dans le matériau d'aimant permanent, c'est-à-dire lors de l'orientation de particules de poudre par champ magnétique ou lors d'un traitement thermomagnétique, le matériau d'aimant permanent est soumis à l'action d'un champ magnétique extérieur, dont les lignes de force présentent une allure convergente dans la zone du corps d'aimant à orienter.