Source de champ intense 4 Tesla à aimants permanents

4 Tesla permanent magnet flux source

• Auteur / Autrice : Frédéric Bloch
• Direction : Gérard Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble ; 1980-2006) - Laboratoire Louis Néel (Grenoble ; 1971-2006)
• Jury : Président / Présidente : Guy Aubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fernand Vial, Jean-Christophe Toussaint, Orphée Cugat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marc Drillon, J. Michael D. Coey

Mots clés

Mots clés libres

Sciences et techniques

Electrotechnique. Electroenergetique

Magnetisme

Aimant permanent

Lanthanide

Source electromagnetique

Champ intense

Modelisation

Résumé

Le but de cette étude est de développer et optimiser une source originale de champ magnétique intense à base d'aimants permanents. L'aspect novateur de ce projet est l'utilisation des matériaux magnétiques aux terres rares, à très forte anisotropie, pour générer des champs de l'ordre de 4 à 5 Tesla. Des champs de cet ordre de grandeur sont requis dans certaines applications et expériences scientifiques. De tels champs intenses peuvent théoriquement être atteints avec des configurations d'aimantations non colinéaires. Ce concept a permis depuis dix ans environ de développer des sources de champs très homogènes, inférieurs à 2 Tesla. Notre objectif est différent: il s'agit de générer le champ le plus intense possible dans un volume de quelques mm3 sans souci d'homogénéité. Les configurations particulières d'aimants ainsi que la discrétisation de la structure sont optimisées par modélisation et simulation numériques à partir des caractéristiques magnétiques des divers matériaux disponibles commercialement. FLUX 2D et FLUX3D Logiciel de simulation numérique éléments finis. FORCE 3D Logiciel de simulation analytiques des systèmes à aimants. Ces logiciels ont été développés au LEG. La conception de la structure tient compte des applications envisagées (champ statique variable, accès au champ). Le modèle actuel fournit un champ supérieur à 4,5 T dans un volume de quelques mm3, pour un encombrement extérieur d'environ 0150 mm. Il combine astucieusement plusieurs types nuances d'aimant à base de terres rares Néodyme-Fer-Bore pour sa haute rémanence, ainsi que pour sa forte anisotropie, ainsi qu'une utilisation de pièces polaires en Fer-Cobalt. C'est la coercivité des aimants qui limite le champ maximum productible par ces stuctures

The aim of this study is to work out and optimise an original permanent magnet flux source. The innovating aspect of this project is the use of a high anisotropy material in order to generate a magnetic field of 4 to 5 Tesla. Such fields are needed in various scientific applications and experiences. Such intense fields can theoretically be reached with configurations of non-colinear magnetisation. This concept has permitted, for ten years, to develop high-homogeneity field sources, lower than 2 Tesla. Our objective is different: we want to generate the most intense field in a volume smaller than 1 cm3, without taking care of homogeneity. The particular magnet configuration and the discretisation of the structure has been optimised with the help of numerical modelisation and simulation tools. This structure must generate a variable field and in order to allow for access to the field zone, as well as to. For this study, we have used the following software developped in the LEG: Flux 2D: Numeric simulation using the finite-element method. Force 3D: Analytic simulation of magnet structures. The latest flux source creates a field superior to 4. 5 Tesla in a volume of sorne mm3, with an external diameter of l50mm. This source combines different grades ofNeodymiumIron- Boron permanent magnet because of its high remanence and anisotropy and FeCo soft magnetic material polar pieces. The field created in the center of the structure is limited by the coercivity of the magnets