Cours sur les aimants

Leçon 1 • Lignes de champ magnétique et flux

Décrit comment les lignes de champ magnétique représentent la direction et l'intensité du champ. Introduit le flux magnétique comme mesure quantitative du champ à travers une surface.

Leçon 2 • Notions de base sur les unités et les mesures

Présente les unités SI pour les grandeurs magnétiques, dont le tesla, le gauss et l'ampère par mètre. Fournit la base numérique nécessaire à tout travail quantitatif ultérieur.

Leçon 3 • Domaines magnétiques et alignement

Présente les domaines magnétiques en tant que régions de dipôles alignés dans les matériaux. Explique comment l'alignement des domaines produit ou détruit l'aimantation nette.

Leçon 4 • Origines atomiques du magnétisme

Explique comment le spin et le mouvement orbital des électrons génèrent des moments magnétiques. Relie le comportement à l'échelle atomique au magnétisme macroscopique observable.

Leçon 1 • Matériaux magnétiques doux et durs

Oppose les matériaux doux, facilement aimantables, aux matériaux durs à haute coercivité. Guide les décisions de sélection des matériaux pour les moteurs, les capteurs et les aimants permanents.

Leçon 2 • Matériaux paramagnétiques

Explique la faible attraction résultant de l'alignement partiel de dipôles permanents. Relie la dépendance à la température à la loi de Curie présentée ici.

Leçon 3 • Matériaux ferromagnétiques

Détaille la forte aimantation spontanée provenant de l'interaction d'échange et de l'alignement des domaines. Il s'agit de la classe magnétique la plus importante sur le plan commercial dans le cours.

Leçon 4 • Matériaux ferrimagnétiques et antiferromagnétiques

Distingue l'annulation partielle dans les ferrimagnétiques de l'annulation complète dans les antiferromagnétiques. Met en évidence les applications des ferrites pertinentes pour l'électronique et le stockage de données.

Leçon 1 • Processus d'aimantation et de démagnétisation

Décrit l'aimantation par impulsion, les exigences de saturation et les techniques de démagnétisation contrôlée. Les étudiants peuvent spécifier des montages d'aimantation et des procédures de démagnétisation.

Leçon 2 • Géométrie de l'aimant et perméance

Relie la forme et le rapport d'aspect de l'aimant au point de fonctionnement sur la courbe de démagnétisation. Un choix approprié de la géométrie maximise le flux délivré à l'entrefer.

Leçon 3 • Le cycle d'hystérésis en profondeur

Examine la courbe B-H pour extraire la rémanence, la coercivité et le produit énergétique. Ces paramètres sont les principales mesures de conception pour les aimants permanents.

Leçon 4 • Familles courantes d'aimants permanents

Passe en revue les familles d'aimants alnico, ferrite, samarium-cobalt et néodyme-fer-bore. Compare le rendement, le coût et la stabilité thermique entre les familles.

Leçon 1 • Analogie des circuits magnétiques

Fait correspondre la FMM, la réluctance et le flux à la tension, à la résistance et au courant dans les circuits électriques. Permet l'analyse systématique de chemins de flux complexes à l'aide d'outils de circuit familiers.

Leçon 2 • Conception de la bobine et paramètres de bobinage

Guide le choix du calibre du fil, du nombre de spires et de la géométrie du bobinage pour répondre aux exigences de champ et thermiques. Équilibre la résistance, l'inductance et la dissipation thermique.

Leçon 3 • Matériaux de noyau et pertes

Évalue l'acier au silicium, les alliages amorphes et les noyaux en poudre pour les noyaux d'électroaimants à courant alternatif. Quantifie les pertes par hystérésis et par courants de Foucault qui réduisent le rendement.

Leçon 4 • Fondements de l'électromagnétisme

Relie le courant électrique à la génération de champ magnétique par la loi d'Ampère. Établit le lien quantitatif entre le courant, les spires et la force magnétomotrice.

Leçon 1 • Méthodes énergétiques pour le calcul des forces

Utilise les principes de la coénergie et du travail virtuel pour trouver les forces sans tenseur des contraintes. Fournit une approche alternative validée par rapport aux résultats de Maxwell.

Leçon 2 • Force de Lorentz sur les charges en mouvement

Dérive la force sur une particule chargée se déplaçant dans un champ magnétique. Fournit la base physique des moteurs, des accélérateurs de particules et des capteurs à effet Hall.

Leçon 3 • Pression magnétique et tenseur des contraintes de Maxwell

Introduit le tenseur des contraintes de Maxwell pour calculer les forces de surface sur les matériaux magnétiques. Permet une prédiction précise des forces dans les actionneurs et les systèmes de serrage magnétique.

Leçon 4 • Paliers magnétiques et lévitation

Applique les principes de force aux conceptions de paliers magnétiques passifs et actifs. Couvre les critères de stabilité, la capacité de charge et les exigences de contrôle pour la lévitation.

Leçon 1 • Conception du transformateur et sélection du noyau

Guide la sélection du matériau du noyau, la méthode du produit de surface et la disposition du bobinage pour une conception cible. Intègre l'analyse du circuit magnétique aux contraintes thermiques et d'isolation.

Leçon 2 • Lois de Faraday et de Lenz

Énonce et applique les lois régissant la FEM induite par un flux variable. La loi de Lenz fournit la règle de direction essentielle pour l'analyse de tout dispositif inductif.

Leçon 3 • Analyse du transformateur idéal

Dérive les rapports de transformation de tension, de courant et d'impédance pour un transformateur idéal. Fournit le modèle de référence par rapport auquel les pertes des transformateurs réels sont mesurées.

Leçon 4 • Pertes et rendement des transformateurs réels

Tient compte des pertes cuivre, des pertes fer et de l'inductance de fuite dans les transformateurs réels. Les étudiants calculent le rendement et la régulation en charge.

Leçon 1 • Gaussmètres et teslamètres

Couvre les instruments portatifs et de paillasse pour la mesure ponctuelle de champ en milieu industriel. Aborde le choix de la sonde, la mise à zéro et les interférences environnementales.

Leçon 2 • Techniques de cartographie des champs magnétiques

Combine plusieurs capteurs et platines de balayage pour produire des cartes de champ en 2D et 3D. Soutient le contrôle de la qualité et la validation de la conception des assemblages magnétiques.

Leçon 3 • Fluxmètres et bobines d'exploration

Utilise la loi de Faraday pour mesurer la variation de flux avec des bobines d'exploration et des fluxmètres. Convient pour caractériser les aimants permanents et les noyaux de transformateurs.

Leçon 4 • Capteurs à effet Hall

Explique l'effet Hall et son utilisation pour mesurer les champs magnétiques CC et CA. Couvre la sélection, le placement et le conditionnement du signal des capteurs pour des lectures précises.

Leçon 1 • Principes du stockage magnétique de données

Explique comment les bits sont écrits et lus à l'aide de la coercivité magnétique et de la magnétorésistance. Relie les propriétés des matériaux des chapitres précédents à la conception des supports d'enregistrement.

Leçon 2 • Capteurs magnétiques dans les systèmes industriels

Passe en revue les capteurs magnétorésistifs, à fluxgate et SQUID pour la mesure industrielle de précision. Compare la sensibilité, la bande passante et le bruit de fond entre les technologies de capteurs.

Leçon 3 • Processus de conception magnétique au niveau système

Présente un flux de travail structuré, de la spécification à la simulation, au prototypage et à la validation. Les étudiants appliquent le processus de conception complet à un projet de système magnétique de synthèse.

Leçon 4 • Conception magnétique des moteurs électriques

Applique les connaissances en matière de champ, de force et de matériaux à la conception de moteurs à courant continu sans balais et à induction. Se concentre sur la densité de flux dans l'entrefer, la géométrie des encoches et la production de couple.