EP4649509A1 - Ensemble pour generer un champ magnetique surfacique unidirectionnel - Google Patents

Ensemble pour generer un champ magnetique surfacique unidirectionnel

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Publication number
EP4649509A1
EP4649509A1 EP24700127.4A EP24700127A EP4649509A1 EP 4649509 A1 EP4649509 A1 EP 4649509A1 EP 24700127 A EP24700127 A EP 24700127A EP 4649509 A1 EP4649509 A1 EP 4649509A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnet
magnets
magnetization
region
central
Prior art date
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Pending
Application number
EP24700127.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Berriaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4649509A1 publication Critical patent/EP4649509A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0273—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation
    • H01F7/0278—Magnetic circuits with PM for magnetic field generation for generating uniform fields, focusing, deflecting electrically charged particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/383—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to the field of structures comprising permanent magnets and ferromagnetic elements in order to create a magnetic field with predetermined and controlled characteristics.
  • Permanent magnets are anisotropic or "oriented" materials which have a direction of magnetization under certain conditions. As soon as we apply an external magnetic field to these materials, the magnetic moments of their electrons (spin and orbital) align parallel to this magnetic field: they become “magnetized”. They then produce a clean static magnetic field. Certain permanent magnets have privileged planes of easy magnetization favoring particular directions in these planes. Unlike paramagnetic materials, when the external magnetic field is removed, the magnetic moments of permanent magnets will tend to keep their orientation and therefore maintain a significant magnetization (called remanent magnetization). So, even without an external magnetic field, permanent magnets can produce a significant static magnetic field of their own.
  • ferromagnetic materials Materials exhibiting significant remanent magnetization are called “hard” ferromagnetic materials. These materials may also have a high coercive field.
  • the term "coercive field" of a ferromagnetic material is the intensity of the magnetic field that it is necessary to apply to a material having initially reached its saturation magnetization, to cancel the magnetization of the material.
  • the distribution of remanent magnetization depends on the orientation of the material, its geometry and other properties of the material. Permanent magnets are made of both paramagnetic components (samarium, neodymium, etc.) and ferromagnetic components (iron, cobalt, etc.). During the fabrication of a permanent magnet, a crystal structure exhibiting spontaneously oriented intra-domain magnetization, known as magnetic anisotropy, is created.
  • Soft ferromagnetic materials are macroscopically isotropic or non-oriented. When they are no longer exposed to an external magnetic field, they only produce a weak static magnetic field of their own because they have little remanent magnetization and a very weak coercive field (less than 1000 A/m) compared to ferromagnetic materials. hard. These materials include pure iron, common low carbon steel alloys and more exotic materials such as vanadium permendur which is composed of iron, cobalt and vanadium. These materials make it possible to concentrate and redirect the magnetic flux coming from other sources such as electromagnetic coils or permanent magnets. They are therefore often combined with the latter in order to form structures allowing the generation of high magnetic fields. (>1 T)
  • Figure 1 presents six different structures (a) to (f) making it possible to generate a substantially uniform magnetic field in a given “empty” volume (that is to say excluding the magnet and excluding the ferromagnetic portion).
  • the permanent magnets are represented by non-grayed shapes with black outlines while the grayed portions with black outlines represent elements made of soft ferromagnetic materials.
  • the solid black arrows represent the direction of magnetization of the permanent magnets and the hollow arrows represent the main direction of the magnetic field created in the volume.
  • the structure (e) of Figure 1 is a “Halbach” type configuration known in the art and in particular used for the magnetic resetting of wafers up to 200 mm in diameter with a magnetic field of approximately 1 T for the manufacture of spin read heads and RAM (Random Access Memories).
  • the weight, volume and cost of such a structure are restrictive, particularly for applications that do not require magnetizing such a large volume, for example reactive ion etching (or Reactive-Ion Etching in English).
  • an object of the invention is an assembly comprising a first and a second ferromagnetic portion and a plurality of permanent magnets arranged so as to surround the first ferromagnetic portion and the second ferromagnetic portion with the exception of at least a first region of the first ferromagnetic portion and a second region of the second ferromagnetic portion, the first region facing the second region.
  • the magnetization of the permanent magnets is adapted to create a surface magnetic field in a zone between the first region and the second region so that the surface magnetic field is substantially in a predetermined direction.
  • the solution of the invention makes it possible to save the volume of magnets by magnetizing a smaller volume.
  • the solution of the invention is therefore more compact, lighter and less expensive than the solutions of the prior art.
  • an object of the invention is an assembly for generating a surface magnetic field comprising a first and a second ferromagnetic portion superimposed in a direction y, said assembly further comprising: - at least two permanent magnets called upper magnets arranged so as to partially surround the first ferromagnetic portion with the exception of at least one surface of the first ferromagnetic portion called the first surface,
  • At least one permanent magnet called central magnet disposed between the first and the second magnetic portion defining a region, called first region, of the first surface not covered by the central magnet, and a region, called second region, of the second surface not covered by the central magnet, the first region being opposite the second region, a magnetization of the permanent magnets and an arrangement of said at least one central magnet being adapted to create said surface magnetic field in a zone between the first region and the second region and not included between two central magnets so that said surface magnetic field is substantially in the y direction with a predetermined orientation.
  • the magnetization of the permanent magnets is such that said surface magnetic field is along a yz plane, with z in a direction orthogonal to the y direction and in which:
  • the magnetization of the upper magnets is such that a magnetization resulting from said arrangement of the upper magnets, called upper magnetization, is substantially in the direction y with said predetermined orientation
  • the upper magnets comprise:
  • first and second upper lateral magnet arranged on either side of the first ferromagnetic portion in a direction x orthogonal to the direction y and to the direction z, the first and second upper lateral magnet having a magnetization in the x direction with an opposite orientation, and in which said lower magnets comprise:
  • first and second lower lateral magnet arranged on either side of the second ferromagnetic portion in the x direction, the first lower lateral magnet being arranged opposite the first upper lateral magnet and the second lower lateral magnet being arranged opposite the second upper lateral magnet, the first and second lower lateral magnet having magnetization in the x direction with an opposite orientation.
  • the first and second lower lateral magnets exhibit magnetization in the x direction with an opposite orientation.
  • a dimension of the first ferromagnetic portion in the x direction is less than a dimension of said central upper magnet in the x direction, and in which a dimension of the second ferromagnetic portion in the x direction is less to one dimension of said lower central magnet in the x direction.
  • the upper magnets further comprise two upper magnets respectively named first and second additional lateral upper magnet, arranged on either side of the first ferromagnetic portion in the z direction, the first and second magnet additional lateral upper having magnetization in the z direction with an opposite orientation
  • said lower magnets further comprising two lower magnets respectively named first and second additional lateral lower magnet, arranged on either side of the second ferromagnetic portion in the z direction , the first additional lateral lower magnet being arranged opposite the first additional lateral upper magnet, and the second additional lateral lower magnet being arranged opposite the second additional lateral upper magnet, the first and second lower magnet additional lateral presenting a magnetization in the z direction with an opposite orientation.
  • the assembly comprises two permanent magnets called first and second additional magnets, arranged on either side of said at least one central magnet in the z direction, the first and second additional upper lateral magnet having a magnetization in the y direction with an orientation opposite to said predetermined orientation.
  • the first and second upper lateral magnets are not attached to said upper central magnet and in which the first and second lower lateral magnets are not attached to said lower central magnet.
  • the magnetization of the permanent magnets is such that the sum of the upper magnetic flux and the lower magnetic flux is equal or substantially equal to the central magnetic flux.
  • the first ferromagnetic portion comprises a chamfer or a rounded edge produced in a region opposite the first surface and in which the second ferromagnetic portion comprises a chamfer or a rounded edge made in a region opposite the second surface
  • the permanent magnets and the first and second ferromagnetic portions are arranged so that the assembly has planar symmetry along a plane having a normal along the y direction.
  • a magnetization and an arrangement of the permanent magnets are adapted so that an intensity of said surface magnetic field in said zone between the first region and the second region is greater than or equal to 1 T.
  • the permanent magnets are neodymium magnets, for example NdFeB or PrNdB magnets, the assembly further comprising a cooling system adapted to reduce a temperature of the permanent magnets, a magnetization and an arrangement permanent magnets and said cooling system being adapted so that an intensity of said surface magnetic field in said zone between the first region and the second region is greater than or equal to 1.5 T.
  • a cooling system adapted to reduce a temperature of the permanent magnets, a magnetization and an arrangement permanent magnets and said cooling system being adapted so that an intensity of said surface magnetic field in said zone between the first region and the second region is greater than or equal to 1.5 T.
  • all the permanent magnets have substantially the same dimensions, the same magnetization, the same magnetic density, the same mass, the same material, and the same quality.
  • Another object of the invention is a system comprising a plurality of assemblies according to the invention stacked in the y direction.
  • FIG.1 a schematic view of six different structures (a) to (f) making it possible to generate a substantially uniform magnetic field in a given “empty” volume [0030] [Fig.2A], [Fig.2B], [Fig.2C], a ULI' section along a yx plane, a W' section along a yz plane and a perspective view of an assembly according to a mode preferred embodiment of the invention,
  • FIG.5 a section along a yx plane of an assembly according to a variant of the embodiment of Figure 3,
  • FIG.6 a system comprising a plurality of assemblies according to the invention stacked in the y direction,
  • permanent magnet(s) we mean hard ferromagnetic materials which present an anisotropy so as to present a preferred axis of magnetization. Once an external magnetic field has been applied to them, these materials become magnetized and produce a magnetic field and continue to produce this magnetic field even when the external magnetic field is no longer applied.
  • magnetization orientation we mean the orientation of the preferred magnetization direction of a permanent magnet.
  • a magnetization orientation +y a direction of magnetization in the direction of the y axis with a positive orientation relative to the y axis
  • a magnetization orientation -y a feed direction according to the direction of the y axis with a negative orientation.
  • a magnetization or a field is “oriented in the +y direction” to say that the magnetization or the field has a direction in the direction of the y axis with a positive orientation.
  • a “y direction” corresponds to a direction according to the direction of the y axis.
  • Figures 2A and 2B schematically illustrate a section Ull' along a plane yx and a section VV' along a plane yz respectively of a set E according to a preferred embodiment of the invention for generating a surface magnetic field substantially in a predetermined direction - in the y direction in the example of Figures 2A and 2B-.
  • Figure 2C schematically illustrates a perspective view of a part of the assembly E according to the embodiment of Figures 2A and 2B. Sections UU’ and W’ are shown in Figure 2C.
  • the xyz coordinate system forms an orthonormal coordinate system.
  • Figure 2A by way of non-limiting example, the different elements represented are to scale (achievable from a single magnet geometry). Additionally, the magnetic field lines generated by the set E are shown in Figure 2A. All results showing field lines or magnetic field strength calculations are results of simulations generated by finite element calculation software, for example FEMM or Comsol.
  • the assembly E of the invention comprises a first and a second ferromagnetic portion 6, 6' superimposed in a direction y and at least five permanent magnets arranged so as to partially surround the first portion ferromagnetic 6 and the second ferromagnetic portion 6'.
  • the magnetization of the permanent magnets is adapted to create a surface magnetic field in a zone 1 between a first region R1 and a second region R2 of the ferromagnetic portions not covered by permanent magnets so that the surface magnetic field is substantially in one direction predetermined.
  • the whole of the invention comprises at least two permanent magnets called upper magnets arranged so as to partially surround the first ferromagnetic portion 6 with the exception of at least one surface of the first ferromagnetic portion called first surface S1.
  • M the magnetization resulting from the arrangement of the upper magnets, called upper magnetization.
  • the assembly E comprises at least two permanent magnets called lower magnets arranged so as to partially surround the second ferromagnetic portion 6' with the exception of at least one surface of the second ferromagnetic portion called the second surface S2.
  • M I the magnetization resulting from the arrangement of the lower magnets, called lower magnetization.
  • the assembly comprises at least one permanent magnet called central magnet 2 disposed between the first and second magnetic portions 6, 6'.
  • the latter are joined to each other so as to form a “compound” central magnet (see for example Figures 3 and 4).
  • the central magnet 2 (or the central magnets 2 if applicable) is arranged so as to be adjacent to the first surface and the second surface defining the first region R1 of the first surface S1 not covered by the central magnet 2 and the second region R2 of the second surface S2 not covered by the central magnet 2.
  • the first region R1 faces the second region R2, so as to define zone 1.
  • M c the magnetization resulting from the arrangement of the central magnet(s), called central magnetization.
  • the assembly comprises five upper magnets:
  • M 3 the magnetization of the central magnet 3.
  • first and second upper lateral magnet arranged on either side of the first ferromagnetic portion in the x direction.
  • M 4 and M 5 the magnetization of magnet 4 and 5 respectively.
  • magnets 4A and 5A respectively named first and second additional lateral upper magnet, arranged on either side of the first ferromagnetic portion in the z direction.
  • M AA and M 5A as the magnetization of magnet 4A and 5A respectively.
  • These magnets 4A and 5A are optional and make it possible to prevent the magnetic flux from exiting through the faces of the first portion 6 presenting a normal in the z direction in the example of Figures 2A to 2C. They have an effect mainly on the upper vertical edge of zone 1 where they prevent the intensity of the magnetic field from decreasing too much.
  • the assembly comprises five lower magnets:
  • first and second lower lateral magnet arranged on either side of the second ferromagnetic portion in the x direction.
  • the first lateral lower magnet 4' is arranged opposite the first lateral upper magnet 4
  • the second lateral lower magnet 5' is arranged opposite the second upper lateral magnet 5.
  • M 4 , and M 5l the magnetization of the magnet 4' and 5' respectively.
  • magnet A placed opposite magnet B we mean here and subsequently that a surface of magnet A is placed opposite a surface of the magnet b.
  • the magnets 4A' and 5A' are optional and make it possible to prevent the magnetic flux from leaving the faces of the second portion 6' presenting a normal in the z direction in the example of Figures 2A to 2C. They have an effect mainly on the lower vertical edge of zone 1 where they prevent the intensity of the magnetic field from decreasing too much.
  • Each of the permanent magnets mentioned in the present description can be a single magnet or be formed from a plurality of “elementary” magnets.
  • the permanent magnets of the invention each have a magnetization adapted to create the surface magnetic field in zone 1 included between the first region R1 and the second region R2 and not included between two central magnets so that the surface magnetic field or substantially in the y direction with a predetermined orientation.
  • the permanent magnets concentrate the magnetic flux through regions R1 and R2 in order to create the unidirectional surface field in zone 1.
  • surface magnetic field is meant here the magnetic field is substantially homogeneous in zone 1 along a surface comprised between the first region and the second region.
  • zone 1 is a zone three-dimensional does not in any way exclude the fact that the magnetic field is homogeneous along a surface (ie “surface magnetic field”) in this zone 1.
  • the permanent magnets of the embodiment of Figures 2A to 2C generate a surface magnetic field along a plane yz with an orientation +y in the zone 1.
  • the central upper magnet 3 has a magnetization M 3 in the +y direction
  • the first and the second lateral upper magnet 4 and 5 have a magnetization M A , M 5 respectively in the x direction with an orientation opposite.
  • the additional lateral upper magnets 4A and 5A each have a magnetization M AA , M 5A in the z direction with an opposite orientation.
  • the magnetizations of the upper magnets are such that the upper magnetization M s is oriented +y.
  • the central magnet 2 has a magnetization M 2 in the -y direction so that the central magnetization M c is oriented -y.
  • the lower central magnet 3' has a magnetization M 3 , in the +y direction and the first and second lower lateral magnets 4' and 5' have a magnetization respectively in the x direction with an opposite orientation.
  • the additional lateral lower magnets A' and 5A' each have a magnetization M AAl , M 5Al in the z direction with an opposite orientation.
  • the magnetizations of the lower magnets are such that the lower magnetization is oriented +y.
  • the magnetization of the upper magnets is such that the upper magnetization M s is oriented substantially in the +y direction;
  • the magnetization of the lower magnets is such that the lower magnetization is also oriented substantially in the +y direction.
  • the magnetization of the central magnet(s) is such that the central magnetization M c is oriented substantially in the direction - y.
  • the entire invention in its various variants and embodiments therefore allows the creation of a substantially unidirectional surface magnetic field in a controlled manner.
  • the solution of the invention requires a smaller volume of magnets by magnetizing a smaller volume than the prior art.
  • the solution of the invention is therefore more compact, lighter and less expensive than the solutions of the prior art.
  • the dimension in the x direction of the regions R1, R2 relative to the thickness in x of zone 1 is a critical parameter of the invention. Indeed, when this distance is too great, then the intensity of the magnetic field decreases in zone 1 because the magnetic flux leaving regions R1 and R2 crosses a larger surface area, resulting in reduced efficiency of use of permanent magnets. Conversely, when this distance is too small, the magnetic field is likely to become too intense in certain points of zone 1 which could lead to undesirable effects of demagnetization of permanent magnets near these high intensity points.
  • the dimension of the regions R1 and R2 in the direction normal to a plane where the surface magnetic field is generated is adapted so that an intensity of the surface magnetic field in zone 1 is greater than or equal to 1 T and preferably less than an intensity resulting in even partial demagnetization of the permanent magnets.
  • the permanent magnets of the assembly E are neodymium magnets, for example PrNdB magnets and the assembly comprising a cooling system adapted to reduce a temperature of the permanent magnets to a temperature lower than 10 K, preferably less than or equal to 4 K.
  • a magnetization and an arrangement of the permanent magnets and the system of cooling are adapted so that an intensity of the surface magnetic field is greater than or equal to 1.5 T in zone 1.
  • the first lower lateral magnet 4' has a magnetization with an orientation (-x in the example of Figure 2A) opposite to that of the first upper lateral magnet 4 (+x here).
  • This allows the magnetic field passing through regions R1 and R2 to be looped.
  • the first additional lateral lower magnet 4A' in FIG. 2B presents a magnetization in the z direction with an orientation opposite to that of the first additional lateral upper magnet 4A.
  • the ferromagnetic portions 6, 6' are for example composed of iron, cobalt, nickel, magnesium, silicon, iron-nickel or iron-cobalt alloy.
  • the ferromagnetic portions 6, 6' are hard ferromagnetic materials, for example an alloy of aluminum (Al), nickel (Ni) and cobalt (Co), or Neodymium-Iron-Boron (NdFeB). ) or in Praseodymium-Iron-Boron (PrFeB). These materials are not preferred over soft ferromagnetic materials because they have lower saturation magnetization than the latter. However, their saturation magnetization depends on their temperature.
  • the assembly further comprises a cooling system adapted to reduce a temperature of the ferromagnetic portions 6, 6' (and possibly permanent magnets) for example at a temperature of 4 K.
  • a cooling system adapted to reduce a temperature of the ferromagnetic portions 6, 6' (and possibly permanent magnets) for example at a temperature of 4 K.
  • the value of the saturation magnetization of the portions 6, 6' is increased so as to be able to reach an intensity of the surface magnetic field in the y direction in the zone 1 greater than 1.5 T.
  • the ferromagnetic portions 6, 6' are structures with a rectangular parallelepiped section and the upper, lower and central magnets are arranged so that each face of the ferromagnetic portions 6, 6' faces a permanent magnet.
  • the ferromagnetic portions 6, 6' are in a shape other than a rectangular parallelepiped structure, for example a cylindrical structure as long as this shape makes it possible to concentrate the magnetic flux so that it exits through regions R1 and R2 generating the unidirectional surface field.
  • the permanent magnets and the first and second ferromagnetic portions of the assembly are arranged so that the assembly has planar symmetry along the plane Pxz.
  • This symmetry is optional and makes it possible to form a system comprising a plurality of assemblies stacked in the y direction without significant degradation of performance by compensating the magnetic flux created by the central magnet 2 by the magnetic field created by the stacking of the lower central magnet 3' and the upper central magnet 3 of another assembly (see Figure 6).
  • Figure 2D schematically illustrates a particular embodiment of all of Figures 2A to 2C according to section VV' shown in Figure 2C.
  • the assembly further comprises two permanent magnets AS1, AS2 called first and second additional magnets.
  • the additional magnets AS1, AS2 are arranged on either side of the central magnet in the z direction (that is to say on each outer side of the vertical edges of zone 1) and each have a magnetization M AS1 ,M AS2 in the same direction as the surface magnetic field, with an orientation opposite to the predetermined orientation of the surface magnetic field generated in zone 1.
  • the additional magnets AS1, AS2 have an effect mainly on the vertical edges of zone 1 where they prevent the intensity of the magnetic field from decreasing too much. In other words, these magnets AS1, AS2 aim to make the intensity of the generated magnetic field more homogeneous in z in zone 1.
  • the additional magnets AS1, AS2 each have a magnetization M AS1 , M AS2 oriented in the -y direction in order to produce the aforementioned effect.
  • Figure 3 schematically illustrates a particular embodiment of all of Figures 2A to 2C according to the section UU’ shown in Figure 2C.
  • the elements in Figure 3 are to scale.
  • the embodiment of Figure 3 is an improvement of the structure of Figure 2A to 2C making it possible to make demagnetization negligible, particularly when the permanent magnets are made of FeNdB.
  • the permanent magnets are all identical (also called “elementary magnets”).
  • identical we mean here that the permanent magnets have substantially the same dimensions, the same magnetization, the same magnetic density, the same mass, same material, same quality modulo the uncertainties linked to standard manufacturing processes used by man art. This allows for greater ease of design and manufacturing.
  • the permanent magnets in Figure 3 have a square section measuring 15 x 15 mm 2 in FeNdB (minimum N48 quality) at 300 K and set E comprises 16 elementary magnets: - four central magnets 2
  • the ferromagnetic portions 6 and 6' are two iron sheets having a section of dimensions 4 x 19 mm 2 in which the flux is concentrated.
  • the ferromagnetic portions 6 and 6' are placed directly on the central magnets 2 because play is detrimental given the fact that the ferromagnetic portions 6 and 6' and the central magnets 2 always attract each other.
  • the first and second upper lateral magnets are not joined together to the upper central magnet and the first and second lower lateral magnets are not attached to said lower central magnet.
  • the distance which separates these magnets is adapted to limit the drop in the surface magnetic field while minimizing the demagnetization of the lower side and upper side magnets. It is understood that this distance depends on the parameters of the magnets (dimensions, arrangement, magnetization, etc.) and the parameters of the ferromagnetic portions 6, 6'.
  • separating the magnets makes it possible to mechanically support the mass of the assembly by a structure independent of the magnets, particularly in the case where the forces do not allow bonding, which is particularly interesting when a plurality of assemblies are stacked ( see figure 6).
  • the vertical ends of the assembly E are preferably connected to a metal yoke CM in a "C" shape of small thickness (less than 1 mm) making it possible to loop the residual magnetic flux .
  • Figure 4 schematically illustrates a section along a yx plane of an assembly E according to one embodiment of the invention.
  • the different elements represented are to scale.
  • the field lines of the magnetic field generated by the set E are represented.
  • the ferromagnetic portions 6, 6' each have an isosceles triangular section according to the yx plane.
  • the angles opposite the region R1 can be removed to limit the demagnetizing field.
  • the ferromagnetic portion 6 has two upper faces covered by the upper central magnets 31 and 32 and a lower face S1 partially covered by the central magnets 21 and 22 so as to define the region R1.
  • the ferromagnetic portion 6' has two lower faces covered by the lower central magnets 31 and 32' and an upper face S2 partially covered by the central magnets 23 and 24 so as to define the region R2.
  • the central magnets each have a magnetization adapted so that the central magnetization M c has a -y orientation.
  • the surface magnetic field generated in zone 1 is oriented in the +y direction.
  • the embodiment of Figure 4 makes it possible to reduce the number of permanent magnets.
  • the embodiment of Figure 4 further comprises two additional permanent magnets AS1, AS2 arranged on either side of the central magnets in the z direction and each having a magnetization M AS1 , M AS2 according to the same direction as the surface magnetic field, with an orientation opposite to the predetermined orientation of the surface magnetic field.
  • the embodiment of Figure 4 further comprises two additional lateral upper magnets 4A and 5A arranged on either side of the first ferromagnetic portion 6 in the z direction and two additional lateral lower magnets 4A ' and 5A' arranged on either side of the second ferromagnetic portion 6' in the z direction.
  • the additional lateral upper magnets 4A and 5A (respectively additional lateral lower magnets 4A' and 5A') each have a magnetization in the z direction with an opposite orientation.
  • Figure 5 schematically illustrates a section along a yx plane of an assembly E according to a variant of the embodiment of Figure 3.
  • the ferromagnetic portions 6, 6' are structures with parallelepiped sections along the xy plane.
  • a dimension of the first ferromagnetic portion 6 in the x direction is less than a dimension in the x direction of the central upper magnet(s) arranged above the ferromagnetic portion 6.
  • a dimension of the second ferromagnetic portion 6' in the x direction is less than a dimension in the x direction of the central lower magnet(s) arranged below the ferromagnetic portion 6'.
  • Shortening portions 6 and 6' of the horizontal side opposite regions R1 and R2 in relation to magnets 3 and 3' makes it possible to increase the intensity of the magnetic flux in zone 1. This characteristic is optional and is compatible with all embodiments of the invention.
  • the first ferromagnetic portion comprises a chamfer made in a region opposite the first surface S1 and the second ferromagnetic portion comprises a chamfer made in a region opposite the second surface S2.
  • These chamfers make it possible to increase the intensity of the magnetic flux in zone 1 by concentrating more flux through regions R1 and R2. This characteristic is optional and is compatible with all embodiments of the invention.
  • the first ferromagnetic portion comprises a rounded edge produced in a region opposite the first surface S1 and the second ferromagnetic portion comprises a rounded edge produced in a region opposite the second surface S2.
  • These rounded edges help reduce the intensity of the demagnetizing field for magnet 4 and magnet 4'. This characteristic is optional and is compatible with all embodiments of the invention.
  • a groove 7 is machined in the z direction in the ferromagnetic portions 6, 6' in the surfaces in contact with the central magnet 2 to limit the demagnetizing field in the corners of magnet 2, zone 1 side.
  • Figure 6 illustrates a system ST comprising a plurality of assemblies E according to the invention stacked in the y direction.
  • the system of the invention therefore makes it possible to generate a unidirectional surface magnetic field in several lines of zones 1.
  • the magnetization of the permanent magnets of each set E of the ST system of FIG. 6 is such that the sum of the upper magnetic flux and the lower flux is equal or substantially equal to the central flux.
  • substantially equal we mean here that the norm of the sum of the upper flux and the lower flux is equal to the central flux norm to ⁇ 5%.
  • the sum of the upper flow and the lower flow having an identical direction but an orientation opposite to the central flow in the sets E compensate each other on average locally.
  • the latter comprises a “C”-shaped metal yoke CM.
  • the concentration of the magnetic flux in the ferromagnetic portions 6, 6' can also be facilitated at least temporarily by a superconducting ribbon which screens the outgoing magnetic flux, instead of or in combination with one or more of the permanent magnets.

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Abstract

Ensemble (E) pour générer un champ magnétique surfacique comprenant une première et une deuxième portion ferromagnétique (6, 6') superposées selon une direction y, ledit ensemble comprenant en outre : ‐ au moins deux aimants permanents dits aimants supérieurs (3, 4, 5) disposés de manière à entourer partiellement la première portion ferromagnétique à l'exception au moins d'une surface de la première portion ferromagnétique dite première surface (S1), ‐ au moins deux aimants permanents dits aimants inférieurs (3', 4', 5') disposés de manière à entourer partiellement la deuxième portion ferromagnétique à l'exception au moins d'une surface la deuxième portion ferromagnétique dite deuxième surface (S2), ‐ au moins un aimant permanent dit aimant central (2) disposé entre la première et la deuxième portion magnétique de manière à être adjacent à la première surface et à la deuxième surface en définissant une région, dite première région, de la première surface non recouverte par l'aimant central et une région, dite deuxième région, de la deuxième surface non recouverte par l'aimant central, la première région étant en vis à vis de la deuxième région, une aimantation (M 3; M 4; M 5; M 3; M 4; M 5,) des aimants permanents étant adaptée pour créer ledit champ magnétique surfacique dans une zone (1) comprise entre la première région et la deuxième région de sorte que ledit champ magnétique surfacique soit sensiblement selon la direction y avec une orientation prédéterminée.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Ensemble pour générer un champ magnétique surfacique unidirectionnel
Domaine technique :
[0001] La présente invention concerne le domaine des structures comprenant des aimants permanents et des éléments ferromagnétiques afin de créer un champ magnétique avec des caractéristiques prédéterminées et contrôlées.
Technique antérieure :
[0002] Les aimants permanents sont des matériaux anisotropes ou "orientés" qui ont une direction d’aimantation sous certaines conditions. Dès lors qu’on applique un champ magnétique externe à ces matériaux, les moments magnétiques de leurs électrons (spin et orbital) s’alignent parallèlement à ce champ magnétique : ils deviennent « aimantés ». Ils produisent alors un champ magnétique statique propre. Certains aimants permanents présentent des plans privilégiés de facile aimantation favorisant des directions particulières dans ces plans. Contrairement aux matériaux paramagnétiques, quand on retire le champ magnétique externe, les moments magnétiques des aimants permanents vont avoir tendance à garder leur orientation et donc garder une aimantation (appelée aimantation rémanente) importante. Ainsi, même sans champ magnétique externe, les aimants permanents peuvent produire un champ magnétique statique propre important.
[0003] A l’inverse des matériaux ferromagnétiques durs, dans les matériaux paramagnétiques, lorsqu’on retire le champ magnétique externe, les moments magnétiques reprennent alors une orientation désordonnée : ils ne produisent plus de champ magnétique statique propre.
[0004] Les matériaux présentant une aimantation rémanente importante sont appelés matériaux ferromagnétiques « durs ». Ces matériaux peuvent présenter en outre un champ coercitif élevé. On appelle « champ coercitif » d'un matériau ferromagnétique, l'intensité du champ magnétique qu'il est nécessaire d'appliquer, à un matériau ayant initialement atteint son aimantation à saturation, pour annuler l'aimantation du matériau. [0005] La distribution de l’aimantation rémanente dépend de l'orientation du matériau, de sa géométrie et d'autres propriétés du matériau. Les aimants permanents sont constitués à la fois de composants paramagnétiques (samarium, néodyme, etc.) et de composants ferromagnétiques (fer, cobalt, etc.). Au cours de la fabrication d’un aimant permanent, une structure cristalline présentant une aimantation intra- domaine orientée spontanément, connue sous le nom d'anisotropie magnétique, est créée.
[0006] Les matériaux ferromagnétiques doux sont macroscopiquement isotropes ou non orientés. Lorsqu'ils ne sont plus exposés à un champ magnétique externe, ils ne produisent qu’un faible champ magnétique statique propre car ils possèdent une aimantation rémanente peu importante et un champ coercitif très faible (inférieur à 1000 A/m) comparativement aux matériaux ferromagnétiques durs. Ces matériaux comprennent le fer pur, les alliages courants d'acier à faible teneur en carbone et des matériaux plus exotiques tels que le vanadium permendur qui est composé de fer, de cobalt et de vanadium. Ces matériaux permettent de concentrer et rediriger le flux magnétique provenant d'autres sources telles que les bobines électromagnétiques ou les aimants permanents. Ils sont donc souvent combinés avec ces derniers afin de former des structures permettant de générer des champs magnétiques élevés. (>1 T)
[0007] Il est connu de nombreuses structures comprenant des aimants permanents afin de générer un champ magnétique de manière contrôlée, éventuellement combinés à des matériaux ferromagnétiques doux pour concentrer le flux magnétique. La figure 1 présente ainsi six structures (a) à (f) différentes permettant de générer un champ magnétique sensiblement uniforme dans un volume donné « vide » (c’est-à-dire hors aimant et hors portion ferromagnétique).
[0008] Dans la figure 1 , les aimants permanents sont représentés par des formes non grisées à contour noir alors que les portions grisées à contour noir représentent des éléments en matériaux ferromagnétiques doux. Les flèches pleines noires représentent la direction d’aimantation des aimants permanents et les flèches creuses représentent la direction principale du champ magnétique créé dans le volume. [0009] La structure (e) de la figure 1 est une configuration type « Halbach » connue de l’art et notamment utilisée pour la remise à zéro magnétique de wafers jusqu'à 200 mm de diamètre avec un champ magnétique d’environ 1 T pour la fabrication des têtes de lecture de spin et mémoire RAM (Random Access Memories). Pour ce type d’application, il est nécessaire d’utiliser de grands aimants cylindriques de type Halbach pesant plusieurs tonnes. Le poids, le volume et le coût d’une telle structure sont contraignants, particulièrement pour les applications ne nécessitant pas de magnétiser un volume aussi important, par exemple la gravure ionique réactive (ou Reactive-Ion Etching en anglais).
[0010] A l’heure actuelle, il n’existe aucune solution satisfaisante permettant de générer un champ magnétique surfacique unidirectionnel sans magnétiser un volume important.
[0011] L’invention vise à pallier ce problème. A cet effet, un objet de l’invention est un ensemble comprenant une première et une deuxième portion ferromagnétique et une pluralité d’aimants permanents disposés de manière à entourer la première portion ferromagnétique et la deuxième portion ferromagnétique à l’exception au moins d’une première région de la première portion ferromagnétique et d’une deuxième région de la deuxième portion ferromagnétique, la première région étant en vis à vis de la deuxième région. L’aimantation des aimants permanents est adaptée pour créer un champ magnétique surfacique dans une zone comprise entre la première région et la deuxième région de sorte que le champ magnétique surfacique soit sensiblement selon une direction prédéterminée.
[0012] Comparativement aux ensembles d’aimants illustrés dans la figure 1 , la solution de l’invention permet d’économiser du volume d’aimants en magnétisant un volume moins important. La solution de l’invention est donc plus compacte, plus légère et moins coûteuse que les solutions de l’art antérieur.
Résumé de l’invention :
[0013] A cet effet, un objet de l’invention est un ensemble pour générer un champ magnétique surfacique comprenant une première et une deuxième portion ferromagnétique superposées selon une direction y, ledit ensemble comprenant en outre : - au moins deux aimants permanents dits aimants supérieurs disposés de manière à entourer partiellement la première portion ferromagnétique à l’exception au moins d’une surface de la première portion ferromagnétique dite première surface,
- au moins deux aimants permanents dits aimants inférieurs disposés de manière à entourer partiellement la deuxième portion ferromagnétique à l’exception au moins d’une surface la deuxième portion ferromagnétique dite deuxième surface,
- au moins un aimant permanent dit aimant central disposé entre la première et la deuxième portion magnétique en définissant une région, dite première région, de la première surface non recouverte par l’aimant central, et une région, dite deuxième région, de la deuxième surface non recouverte par l’aimant central, la première région étant en vis à vis de la deuxième région, une aimantation des aimants permanents et un agencement dudit au moins un aimant central étant adaptés pour créer ledit champ magnétique surfacique dans une zone comprise entre la première région et la deuxième région et non comprise entre deux aimants centraux de sorte que ledit champ magnétique surfacique soit sensiblement selon la direction y avec une orientation prédéterminée.
[0014] Selon un mode de réalisation, l’aimantation des aimants permanents est telle que ledit champ magnétique surfacique soit selon un plan yz, avec z une direction orthogonale à la direction y et dans lequel :
- l’aimantation des aimants supérieurs est telle qu’une aimantation résultant de ladite disposition des aimants supérieurs, dite aimantation supérieure, soit sensiblement selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- des aimants inférieurs est telle qu’une aimantation résultant de ladite disposition des aimants inférieurs, dite aimantation inférieure, soit sensiblement selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- ledit au moins un aimant central présente une aimantation, dite aimantation centrale, sensiblement selon la direction y avec une orientation opposée à ladite orientation prédéterminée. [0015] De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation, les aimants supérieurs comprennent :
- un aimant supérieur dit central disposé au-dessus de la première portion ferromagnétique selon la direction y et présentant une aimantation selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- deux aimants supérieurs nommés respectivement premier et deuxième aimant supérieur latéral, disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique selon une direction x orthogonale à la direction y et à la direction z, le premier et deuxième aimant supérieur latéral présentant une aimantation selon la direction x avec une orientation opposée, et dans lequel lesdits aimants inférieurs comprennent :
- un aimant inférieur dit central disposé en dessous de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction y et présentant une aimantation selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- deux aimants inférieurs nommés respectivement premier et deuxième aimant inférieur latéral, disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction x, le premier aimant inférieur latéral étant disposé en vis-à-vis du premier aimant supérieur latéral et le deuxième aimant inférieur latéral étant disposé en vis-à-vis du deuxième aimant supérieur latéral le premier et deuxième aimant inférieur latéral présentant une aimantation selon la direction x avec une orientation opposée.
[0016] De manière encore préférentielle, le premier et deuxième aimant inférieur latéral présentant une aimantation selon la direction x avec une orientation opposée.
[0017] Selon un mode de réalisation, une dimension de la première portion ferromagnétique selon la direction x est inférieure à une dimension dudit aimant supérieur central selon la direction x, et dans lequel une dimension de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction x est inférieure à une dimension dudit aimant inférieur central selon la direction x. [0018] Selon un mode de réalisation, les aimants supérieurs comprennent en outre deux aimants supérieurs nommés respectivement premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel, disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique selon la direction z, le premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel présentant une aimantation selon la direction z avec une orientation opposée, lesdits aimants inférieurs comprenant en outre deux aimants inférieurs nommés respectivement premier et deuxième aimant inférieur latéral additionnel, disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction z, le premier aimant inférieur latéral additionnel étant disposé en vis-à-vis du premier aimant supérieur latéral additionnel, et le deuxième aimant inférieur latéral additionnel étant disposé en vis-à-vis du deuxième aimant supérieur latéral additionnel, le premier et deuxième aimant inférieur latéral additionnel présentant une aimantation selon la direction z avec une orientation opposée.
[0019] Selon un mode de réalisation, l’ensemble comprend deux aimants permanents dit premier et second aimant supplémentaire, disposés de part et d’autre dudit au moins un aimant central selon la direction z, le premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel présentant une aimantation selon la direction y avec une orientation opposée à ladite orientation prédéterminée.
[0020] Selon un mode de réalisation, le premier et le deuxième aimant supérieur latéral ne sont pas accolés audit aimant supérieur central et dans lequel le premier et le deuxième aimant inférieur latéral ne sont pas accolés audit aimant inférieur central.
[0021] Selon un mode de réalisation, l’aimantation des aimants permanents est telle que la somme du flux magnétique supérieure et du flux magnétique inférieure est égale ou sensiblement égale au flux magnétique central.
[0022] Selon un mode de réalisation, la première portion ferromagnétique comprend un chanfrein ou un bord arrondi réalisé dans une région opposée à la première surface et dans lequel la deuxième portion ferromagnétique comprend un chanfrein ou un bord arrondi réalisé dans une région opposée à la deuxième surface
[0023] Selon un mode de réalisation, les aimants permanents et la première et la deuxième portion ferromagnétique sont disposés de sorte à ce que l’ensemble présente une symétrie planaire selon un plan présentant une normale selon la direction y.
[0024] Selon un mode de réalisation, une aimantation et un agencement des aimants permanents sont adaptés pour qu’une intensité dudit champ magnétique surfacique dans ladite zone entre la première région et la deuxième région soit supérieure ou égale à 1 T.
[0025] Selon un mode de réalisation, les aimants permanents sont des aimants au néodyme, par exemple des aimants NdFeB ou PrNdB, l’ensemble comprenant en outre un système de refroidissement adapté pour diminuer une température des aimants permanents, une aimantation et un agencement des aimants permanents et ledit système de refroidissement étant adapté pour qu’une intensité dudit champ magnétique surfacique dans ladite zone comprise entre la première région et la deuxième région soit supérieure ou égale à 1 .5 T.
[0026] Selon un mode de réalisation, tous les aimants permanents présentent sensiblement les mêmes dimensions, la même aimantation, la même densité magnétique, la même masse, même matériau, et la même qualité.
[0027] Un autre objet de l’invention est un système comprenant une pluralité d’ensembles selon l’invention empilés selon la direction y.
Brève description des figures :
[0028] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
[0029] [Fig.1 ] une vue schématique de six structures (a) à (f) différentes permettant de générer un champ magnétique sensiblement uniforme dans un volume donné « vide » [0030] [Fig.2A], [Fig.2B], [Fig.2C], une coupe ULI’ selon un plan yx, une coupe W’ selon un plan yz et une vue de perspective d’un ensemble selon un mode de réalisation préféré de l’invention,
[0031] [Fig.2D], un mode de réalisation particulier de l’ensemble de l’invention selon la coupe W’,
[0032] [Fig.3], un mode de réalisation particulier de l’ensemble de l’invention selon la coupe UU’,
[0033] [Fig.4], une coupe selon un plan yx d’un ensemble selon un mode de réalisation de l’invention
[0034] [Fig.5], une coupe selon un plan yx d’un ensemble selon une variante du mode de réalisation de la figure 3,
[0035] [Fig.6], un système comprenant une pluralité d’ensembles selon l’invention empilés selon la direction y,
[0036] [Fig.7], une coupe selon un plan yx d’une portion d’un ensemble selon un mode de réalisation de l’invention
[0037] Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle et les références identiques désignent des éléments identiques.
[0038] Dans la suite du document, par « aimant(s) permanent(s) » on entend des matériaux ferromagnétiques durs qui présentent une anisotropie de manière à présenter un axe d’aimantation préféré. Dès lors qu’un champ magnétique externe leur a été appliqué, ces matériaux deviennent aimantés et produisent un champ magnétique et continuent de produire ce champ magnétique même lorsque le champ magnétique externe n’est plus appliqué.
[0039] Dans la suite du document, par « orientation d’aimantation » on entend l’orientation de la direction d’aimantation préférée d’un aimant permanent.
[0040] On appellera « une orientation d’aimantation +y » une direction d’aimantation selon la direction de l’axe y avec une orientation positive par rapport à l’axe y et on appellera « une orientation d’aimantation -y » une direction d’alimentation selon la direction de l’axe y avec une orientation négative. [0041] De manière plus générale, on dira qu’une aimantation ou un champ est « orienté selon la direction +y » pour dire que l’aimantation ou le champ présente une direction selon la direction de l’axe y avec une orientation positive. Lorsqu’aucun signe n’est précisé pour une direction, aucune orientation n’est précisée : une « direction y » correspond à une direction selon la direction de l’axe y.
[0042] Par « sensiblement selon une direction prédéterminée », on entend ici et par la suite qu’une grandeur vectorielle présente une direction parallèle à la direction prédéterminée à ±25°.
Description détaillée :
[0043] Les figures 2A et 2B illustrent schématiquement une coupe Ull’ selon un plan yx et une coupe VV’ selon un plan yz respectivement d’un ensemble E selon un mode de réalisation préféré de l’invention pour générer un champ magnétique surfacique sensiblement selon une direction prédéterminée - selon la direction y dans l’exemple des figures 2A et 2B-.
[0044] La figure 2C illustre schématiquement une vue de perspective d’une partie de l’ensemble E selon le mode de réalisation des figures 2A et 2B. Les coupes UU’ et W’ sont représentées sur la figure 2C. Le repère xyz forme un repère orthonormé.
[0045] Dans la figure 2C, seule la portion supérieure de l’ensemble E est représentée pour faciliter la visualisation et compte tenu du fait que, selon le mode de réalisation illustré, l’ensemble présente une symétrie planaire selon le plan Pxz. Comme cela sera détaillé plus loin, la caractéristique selon laquelle l’ensemble E présente une symétrie planaire est optionnelle, mais avantageuse d’un point de vue magnétique.
[0046] Dans la figure 2A, à titre d’exemple non limitatif, les différents éléments représentés sont à l’échelle (réalisable à partir d’une seule géométrie d’aimant). De plus, les lignes de champ magnétique générées par l’ensemble E sont représentées dans la figure 2A. Tous les résultats présentant des lignes de champ ou des calculs d’intensité de champ magnétique sont des résultats de simulations générées par des logiciels de calcul d’éléments finis, par exemple FEMM ou Comsol.
[0047] Dans sa forme la plus générale, l’ensemble E de l’invention comprend une première et une deuxième portion ferromagnétique 6, 6’ superposées selon une direction y et au moins cinq aimants permanents disposés de manière à entourer partiellement la première portion ferromagnétique 6 et la deuxième portion ferromagnétique 6’. L’aimantation des aimants permanents est adaptée pour créer un champ magnétique surfacique dans une zone 1 comprise entre une première région R1 et une deuxième région R2 des portions ferromagnétiques non recouvertes par des aimants permanents de sorte que le champ magnétique surfacique soit sensiblement selon une direction prédéterminée.
[0048] Plus précisément, l’ensemble de l’invention comprend au moins deux aimants permanents dits aimants supérieurs disposés de manière à entourer partiellement la première portion ferromagnétique 6 à l’exception au moins d’une surface de la première portion ferromagnétique dite première surface S1 . On note Ms l’aimantation résultant de la disposition des aimants supérieurs, appelée aimantation supérieure.
[0049] De plus, l’ensemble E comprend au moins deux aimants permanents dits aimants inférieurs disposés de manière à entourer partiellement la deuxième portion ferromagnétique 6’ à l’exception au moins d’une surface la deuxième portion ferromagnétique dite deuxième surface S2. On note MI l’aimantation résultant de la disposition des aimants inférieurs, dite aimantation inférieure.
[0050] Enfin, l’ensemble comprend au moins un aimant permanent dit aimant central 2 disposé entre la première et la deuxième portion magnétique 6, 6’. Dans le mode de réalisation dans lequel l’ensemble comprend plusieurs aimants centraux 2, ces derniers sont accolés les uns aux autres de manière un former un aimant central « composé » (voir par exemple figures 3 et 4). L’aimant central 2 (ou les aimants centraux 2 le cas échéant) est disposé de manière à être adjacent à la première surface et à la deuxième surface en définissant la première région R1 de la première surface S1 non recouverte par l’aimant central 2 et la deuxième région R2 de la deuxième surface S2 non recouverte par l’aimant central 2. Dans l’ensemble, la première région R1 est en vis à vis de la deuxième région R2, de manière à définir la zone 1 . On note Mc l’aimantation résultant de la disposition du ou des aimants centraux, dite aimantation centrale.
[0051] Dans le mode de réalisation des figures 2A à 2C, à titre d’exemple non limitatif, l’ensemble comprend cinq aimants supérieurs :
- un aimant supérieur dit central 3 disposé au-dessus de la première portion ferromagnétique 6 selon la direction y. On note M3 l’aimantation de l’aimant central 3.
- deux aimants supérieurs 4 et 5, nommés respectivement premier et deuxième aimant supérieur latéral, disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique selon la direction x. On note M4 et M5 l’aimantation de l’aimant 4 et 5 respectivement.
- deux aimants supérieurs 4A et 5A nommés respectivement premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel, disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique selon la direction z. On note MAA et M5A l’aimantation de l’aimant 4A et 5A respectivement. Ces aimants 4A et 5A sont optionnels et permettent d’empêcher le flux magnétique de sortir par les faces de la première portion 6 présentant une normale selon la direction z dans l’exemple des figures 2A à 2C. Ils présentent un effet principalement sur le bord vertical supérieur de la zone 1 où ils permettent d’éviter que l’intensité du champ magnétique ne décroisse trop.
[0052] Dans le mode de réalisation des figures 2A à 2C, à titre d’exemple non limitatif, l’ensemble comprend cinq aimants inférieurs :
- un aimant inférieur dit central 3’ disposé en dessous de la deuxième portion ferromagnétique 6’ selon la direction y. On note M3, l’aimantation de l’aimant inférieur central 3’.
- deux aimants inférieurs 4’ et 5’, nommés respectivement premier et deuxième aimant inférieur latéral, disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction x. Le premier aimant inférieur latéral 4’ est disposé en vis-à-vis du premier aimant supérieur latéral 4, et le deuxième aimant inférieur latéral 5’ est disposé en vis-à-vis du deuxième aimant supérieur latéral 5. On note M4, et M5l l’aimantation de l’aimant 4’ et 5’ respectivement. Par « aimant A disposé en vis-à-vis de l’aimant B », on entend ici et par la suite qu’une surface de l’aimant A est disposée en vis-à-vis d’une surface de l’aimant B.
- deux aimants inférieurs 4A’ et 5A’ nommés respectivement premier et deuxième aimant inférieur latéral additionnel, disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction z. On note M4A, et M5AI l’aimantation de l’aimant 4A’ et 5A’ respectivement. Tout comme les aimants 4A et 5A, les aimants 4A’ et 5A’ sont optionnels et permettent d’empêcher le flux magnétique de sortir les faces de la deuxième portion 6’ présentant une normale selon la direction z dans l’exemple des figures 2A à 2C. Ils présentent un effet principalement sur le bord vertical inférieur de la zone 1 où ils permettent d’éviter que l’intensité du champ magnétique ne décroisse trop.
[0053] Dans le mode de réalisation des figures 2A à 2C, à titre d’exemple non limitatif, l’ensemble comprend un aimant central 2 présentant une aimantation M2 = Mc.
[0054] Chacun des aimants permanents mentionnés dans la présente description peut être un aimant unique ou être formé d’une pluralité d’aimants « élémentaires ».
[0055] Les aimants permanents de l’invention présentent chacun une aimantation adaptée pour créer le champ magnétique surfacique dans la zone 1 comprise entre la première région R1 et la deuxième région R2 et non comprise entre deux aimants centraux de sorte que le champ magnétique surfacique soit sensiblement selon la direction y avec une orientation prédéterminée. Autrement dit, de par leur disposition par rapport aux portions ferromagnétiques 6, 6’ et leur aimantation, les aimants permanents concentrent le flux magnétique au travers des régions R1 et R2 afin de créer le champ surfacique unidirectionnel dans la zone 1 .
[0056] Par « champ magnétique surfacique », on entend ici le champ magnétique est sensiblement homogène dans la zone 1 selon une surface comprise entre la première région et la deuxième région. Le fait que la zone 1 soit une zone tridimensionnelle n’exclut aucunement le fait que le champ magnétique soit homogène selon une surface (ie « champ magnétique surfacique ») dans cette zone 1 .
[0057] Il est entendu que le résultat précité est susceptible d’être obtenu par de nombreuses dispositions et permutation des aimants permanents sans sortir du cadre de l’invention tant qu’ils vérifient les conditions précitées.
[0058] Ainsi, à titre d’exemple non limitatif, de par leur disposition et leur aimantation, les aimants permanents du mode de réalisation des figures 2A à 2C génèrent un champ magnétique surfacique selon un plan yz avec une orientation +y dans la zone 1 .
[0059] Pour cela, l’aimant supérieur central 3 présente une aimantation M3 selon la direction +y, le premier et le deuxième aimant supérieur latéral 4 et 5 présentent une aimantation MA,M5 respectivement selon la direction x avec une orientation opposée. De plus, les aimants supérieurs latéraux additionnels 4A et 5A présentent chacun une aimantation MAA,M5Ase\on la direction z avec une orientation opposée. Les aimantations des aimants supérieurs sont telles que l’aimantation supérieure Ms est orientée +y. De plus, l’aimant central 2 présente une aimantation M2 selon la direction - y de sorte que l’aimantation centrale Mc soit orientée -y. Enfin, l’aimant inférieur central 3’ présente une aimantation M3, selon la direction +y et le premier et le deuxième aimant inférieur latéral 4’ et 5’ présentent une aimantation respectivement selon la direction x avec une orientation opposée. De plus, les aimants inférieurs latéraux additionnels A’ et 5A’ présentent chacun une aimantation MAAl, M5Al selon la direction z avec une orientation opposée. Les aimantations des aimants inférieurs sont telles que l’aimantation inférieure soit orientée +y.
[0060] De manière plus générale, pour obtenir un champ magnétique surfacique dans un plan yz dans la zone 1 et orienté sensiblement selon la direction +y, il faut que :
- l’aimantation des aimants supérieurs soit telle que l’aimantation supérieure Ms soit orientée sensiblement selon la direction +y ; - l’aimantation des aimants inférieurs soit telle que l’aimantation inférieure soit elle aussi orientée sensiblement selon la direction +y .
- l’aimantation du ou des aimants centraux soit telle que l’aimantation centrale Mc soit orientée sensiblement selon la direction - y.
[0061] L’ensemble de l’invention sous ses diverses variantes et modes de réalisation permet donc la création d’un champ magnétique surfacique sensiblement unidirectionnel de manière contrôlée. Comparativement aux ensembles d’aimants illustrés dans la figure 1 , la solution de l’invention nécessite un volume d’aimants moindre en magnétisant un volume moins important que l’art antérieur. La solution de l’invention est donc plus compacte, plus légère et moins coûteuse que les solutions de l’art antérieur.
[0062] La dimension selon la direction x des régions R1 , R2 relativement à l’épaisseur en x de la zone 1 (champ surfacique utile) est un paramètre critique de l’invention. En effet, lorsque cette distance est trop grande, alors l’intensité du champ magnétique décroit dans la zone 1 car le flux magnétique sortant des régions R1 et R2 traverse une surface plus grande d’où une efficacité d’utilisation des aimants permanents réduite. A l’inverse, lorsque cette distance est trop faible, le champ magnétique est susceptible de devenir trop intense dans certains points de la zone 1 pouvant entrainer des effets indésirables de démagnétisation d’aimants permanents à proximité de ces points de haute intensité.
[0063] Aussi, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, la dimension des régions R1 et R2 selon la direction normale à un plan où est généré le champ magnétique surfacique est adaptée de sorte que qu’une intensité du champ magnétique surfacique dans la zone 1 soit supérieure ou égale à 1 T et préférentiellement inférieure à une intensité entraînant une démagnétisation même partielle des aimants permanents.
[0064] De manière préférentielle, les aimants permanents de l’ensemble E sont des aimants au néodyme, par exemple des aimants PrNdB et l’ensemble comprenant un système de refroidissement adapté pour diminuer une température des aimants permanents jusqu’à une température inférieure à 10 K, préférentiellement inférieure ou égale à 4 K. Dans ce mode de réalisation, une aimantation et un agencement des aimants permanents et le système de refroidissement sont adaptés pour qu’une intensité du champ magnétique surfacique soit supérieure ou égale à 1 ,5 T dans la zone 1 .
[0065] De manière préférentielle et comme illustré dans la figure 2A, le premier aimant inférieur latéral 4’ présente une aimantation avec une orientation (-x dans l’exemple de la figure 2A) opposée par rapport à celle du premier aimant supérieur latéral 4 (+x ici). Cela permet de boucler le champ magnétique passant dans les régions R1 et R2. Pour la même raison, de manière préférentielle, le premier aimant inférieur latéral additionnel 4A’ dans la figure 2B présente une aimantation selon la direction z avec une orientation opposée par rapport à celle du premier aimant supérieur latéral additionnel 4A.
[0066] Les portions ferromagnétiques 6, 6’ sont préférentiellement des matériaux ferromagnétiques doux car ces matériaux permettent de concentrer plus de flux magnétiques que les éléments ferromagnétiques durs. En effet, les matériaux ferromagnétique doux présentent une aimantation de saturation Hs plus importante que les matériaux ferromagnétiques durs (Ms = 2,19 T pour le fer pur). Les portions ferromagnétiques 6, 6’ sont par exemple composées de fer, cobalt, nickel, magnésium, silicium, en alliage de fer-nickel ou de fer-cobalt.
[0067] Alternativement, les portions ferromagnétiques 6, 6’ sont des matériaux ferromagnétiques durs, par exemple en alliage d’aluminium (Al), de nickel (Ni) et de cobalt (Co), ou en Néodyme-Fer-Bore (NdFeB) ou encore en Praséodyme- Fer-Bore (PrFeB). Ces matériaux ne sont pas préférés par rapport aux matériaux ferromagnétiques doux car ils présentent une aimantation de saturation plus faible que ces derniers. Cependant, leur aimantation de saturation dépend de leur température. Aussi, selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel les portions ferromagnétiques 6, 6’ sont des matériaux ferromagnétiques durs, l’ensemble comprend en outre un système de refroidissement adapté pour diminuer une température des portions ferromagnétiques 6, 6’ (et éventuellement des aimants permanents) par exemple à une température de 4 K. Ainsi, on augmente la valeur de l’aimantation de saturation des portions 6, 6’ de manière à ce pouvoir atteindre une intensité du champ magnétique surfacique selon la direction y dans la zone 1 supérieure à 1 ,5 T. [0068] A titre d’exemple non limitatif, dans l’exemple des figures 2A à 2C, les portions ferromagnétique 6, 6’ sont des structures à section parallélépipédiques rectangles et les aimants supérieurs, inférieurs et centraux sont disposés de sorte à ce que chaque face des portions ferromagnétiques 6, 6’ soit en regard d’un aimant permanent.
[0069] Alternativement, selon un autre mode de réalisation, les portions ferromagnétiques 6, 6’ sont dans une forme différente d’une structure parallélépipédique rectangle, par exemple une structure cylindrique tant que cette forme permet de concentrer le flux magnétique de sorte qu’il sorte par les régions R1 et R2 en générant le champ surfacique unidirectionnel.
[0070] Comme évoqué précédemment, dans le mode de réalisation des figures 2A à 2C, les aimants permanents et la première et la deuxième portion ferromagnétique de l’ensemble sont disposés de sorte à ce que l’ensemble présente une symétrie planaire selon le plan Pxz. Cette symétrie est optionnelle et permet de former un système comprenant une pluralité d’ensembles empilés selon la direction y sans dégradation significative de performance en compensant le flux magnétique créé par l’aimant central 2 par le champ magnétique créé par l’empilement de l’aimant inférieur central 3’ et de l’aimant supérieur central 3 d’un autre ensemble (voir figure 6).
[0071] La figure 2D illustre schématiquement un mode de réalisation particulier de l’ensemble des figures 2A à 2C selon la coupe VV’ représentée dans la figure 2C.
[0072] Dans ce mode de réalisation particulier, l’ensemble comprend en outre deux aimants permanents AS1 , AS2 dit premier et second aimant supplémentaire. Les aimants supplémentaires AS1 , AS2 sont disposés de part et d’autre de l’aimant central selon la direction z (c’est-à-dire de chaque côté extérieur des bords verticaux de la zone 1) et présentent chacun une aimantation MAS1,MAS2 selon la même direction que le champ magnétique surfacique, avec une orientation opposée à l’orientation prédéterminée du champ magnétique surfacique généré dans la zone 1 .
[0073] Les aimants supplémentaires AS1 , AS2 présentent un effet principalement sur les bords verticaux de la zone 1 où ils permettent d’éviter que l’intensité du champ magnétique ne décroisse trop. Autrement dit, ces aimants AS1 , AS2 visent à rendre l’intensité le champ magnétique généré plus homogène en z dans la zone 1 .
[0074] Dans le mode de réalisation de la figure 2D, les aimants supplémentaires AS1 , AS2 présentent chacun une aimantation MAS1,MAS2 orientée selon la direction -y afin de produire l’effet précité.
[0075] L’utilisation d’aimants supplémentaires AS1 , AS2 est compatible avec tous les modes de réalisation de l’invention.
[0076] La figure 3 illustre schématiquement un mode de réalisation particulier de l’ensemble des figures 2A à 2C selon la coupe UU’ représentée dans la figure 2C. Les éléments de la figure 3 sont à l’échelle. Le mode de réalisation de la figure 3 est une amélioration de la structure de la figure 2A à 2C permettant de rendre la démagnétisation négligeable, notamment lorsque les aimants permanents sont en FeNdB.
[0077] Afin d’éviter des problèmes de démagnétisation partielle locale, la structure de l’ensemble E a été modifiée de la manière suivante par rapport à celle de la figure 2A :
- les aimants supérieurs et inférieurs ont été décalés de 7 mm dans la direction +x,
- les coins des aimants permanents ont été arrondis
[0078] un espacement d’un millimètre environ a été introduit entre les aimants supérieurs et inférieurs. Dans ce mode de réalisation, les aimants permanents sont tous identiques (aussi appelés « aimants élémentaires »). Par « identiques », on entend ici que les aimants permanents présentent sensiblement les mêmes dimensions, la même aimantation, la même densité magnétique, la même masse, même matériau, même qualité modulo les incertitudes liées aux procédés de fabrications standards utilisées par l’homme de l’art. Cela permet une plus grande facilité de conception et de fabrication.
[0079] A titre d’exemple non limitatif, les aimants permanents de la figure 3 sont de section carrée de dimension 15 x 15 mm2 en FeNdB (qualité N48 minimale) à 300 K et l’ensemble E comprend 16 aimants élémentaires : - quatre aimants centraux 2
- deux aimants supérieurs centraux 3
- deux aimants supérieurs latéraux 4, 5
- deux aimants supérieurs latéraux additionnels 4A, 5A (non visibles sur la figure 3)
- deux aimants inférieurs centraux 3’
- deux aimants inférieurs latéraux 4’, 5’
- deux aimants inférieurs latéraux additionnels 4A’, 5A’ (non visibles sur la figure 3).
[0080] De plus, les portions ferromagnétiques 6 et 6’ sont deux tôles de fer présentant une section de dimensions 4 x 19 mm2 dans lesquelles est concentré le flux. Les portions ferromagnétiques 6 et 6’ sont posées directement sur les aimants centraux 2 car un jeu est pénalisant compte tenu du fait que les portions ferromagnétiques 6 et 6’ et les aimants centraux 2 s’attirent toujours.
[0081] L’ensemble du mode de réalisation de la figure 3 permet de générer un champ magnétique unidirectionnel moyen de 1.02 T avec un champ H maximal de 1250 kA/m dans une zone de dimension 0.5 x 30 mm2 (dans le plan xy) à une distance de 0.5 mm des aimants centraux 2.
[0082] Sur la figure 3, on observe une faible démagnétisation partielle de l’aimantation, principalement en face des portions ferromagnétiques 6 et 6’, pour une composante de champ coercitif supérieure à 1100 kA/m et opposée à la direction de l’aimantation pour les aimants inférieurs latéraux 4’, 5’ et supérieurs latéraux 4, 5. De plus, il existe une inclinaison de la direction d’aimantation à proximité des aimants supérieurs centraux 2 et inférieurs centraux 2’.
[0083] Rapprocher les aimants supérieurs latéraux des aimants supérieurs centraux (et rapprocher les aimants inférieurs latéraux des aimants inférieurs centraux) n’augmente pas significativement le champ magnétique surfacique tout en augmentant la démagnétisation.
[0084] Aussi, de manière préférentielle, dans tous les modes de réalisation de l’invention, le premier et le deuxième aimant supérieur latéral ne sont pas accolés à l’aimant supérieur central et le premier et le deuxième aimant inférieur latéral ne sont pas accolés audit aimant inférieur central. La distance qui sépare ces aimants est adaptée pour limiter la baisse du champ magnétique surfacique tout en minimisant la démagnétisation des aimants inférieurs latéraux et supérieurs latéraux. Il est entendu que cette distance dépend des paramètres des aimants (dimensions, agencement, aimantation, etc) et des paramètres des portions ferromagnétiques 6, 6’. En outre séparer les aimants permet de soutenir mécaniquement la masse de l’ensemble par une structure indépendante des aimants, notamment dans le cas où les forces ne permettent pas le collage, ce qui est particulièrement intéressant lorsqu’une pluralité d’ensembles sont empilés (voir figure 6).
[0085] La présence des aimants supérieurs latéraux 4, 5 (respectivement des aimants inférieurs latéraux 4’, 5’) inverse la direction des forces des aimants supérieurs centraux 3 (respectivement des aimants inférieurs centraux 3’). Il y a donc aussi une possibilité de minimiser les forces sur les aimants supérieurs centraux et inférieurs centraux d’un ensemble grâce aux aimants supérieurs latéraux et aux aimants inférieurs latéraux.
[0086] Dans le mode de réalisation de la figure 3, les extrémités verticales de l’ensemble E sont préférentiellement reliées à une culasse métallique CM en « C » de faible épaisseur (inférieure à 1 mm) permettant de boucler le relicat de flux magnétique.
[0087] La figure 4 illustre schématiquement une coupe selon un plan yx d’un ensemble E selon un mode de réalisation de l’invention. Dans la figure 4, à titre d’exemple non limitatif, les différents éléments représentés sont à l’échelle. De plus, les lignes de champ du champ magnétique généré par l’ensemble E sont représentées.
[0088] Tout comme dans le mode de réalisation de la figure 3, dans le mode de réalisation de la figure 4, les aimants permanents sont tous identiques. Il est entendu que cette caractéristique est optionnelle.
[0089] A la différence des modes de réalisation précédemment illustrés dans les figures, dans le mode de réalisation de la figure 4, les portions ferromagnétiques 6, 6’ présentent chacune une section triangulaire isocèle selon le plan yx. Les angles opposées à la région R1 peuvent être supprimés pour limiter le champ démagnétisant.
[0090] La portion ferromagnétique 6 présente deux faces supérieures recouvertes par les aimants supérieurs centraux 31 et 32 et une face inférieure S1 partiellement recouverte par les aimants centraux 21 et 22 de manière à définir la région R1 .
[0091] De même, la portion ferromagnétique 6’ présente deux faces inférieures recouvertes par les aimants inférieurs centraux 31 et 32’ et une face supérieure S2 partiellement recouverte par les aimants centraux 23 et 24 de manière à définir la région R2.
[0092] Les aimants centraux présentent chacun une aimantation adaptée pour que l’aimantation centrale Mc présente une orientation -y.
[0093] Ainsi, le champ magnétique surfacique généré dans la zone 1 est orienté selon la direction +y.
[0094] Comparativement au mode de réalisation de la figure 3, le mode de réalisation de la figure 4 permet de réduire le nombre d’aimant permanent.
[0095] De manière préférentielle, le mode de réalisation de la figure 4 comprend en outre deux aimants permanents supplémentaire AS1 , AS2 disposés de part et d’autre des aimants centraux selon la direction z et présentant chacun une aimantation MAS1,MAS2 selon la même direction que le champ magnétique surfacique, avec une orientation opposée à l’orientation prédéterminée du champ magnétique surfacique.
[0096] De manière préférentielle, le mode de réalisation de la figure 4 comprend en outre deux aimants supérieurs latéraux additionnels 4A et 5A disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique 6 selon la direction z et deux aimants inférieurs latéraux additionnels 4A’ et 5A’ disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique 6’ selon la direction z. Les aimants supérieurs latéraux additionnels 4A et 5A (respectivement inférieurs latéraux additionnels 4A’ et 5A’) présentent chacun une aimantation selon la direction z avec une orientation opposée. [0097] La figure 5 illustre schématiquement une coupe selon un plan yx d’un ensemble E selon une variante du mode de réalisation de la figure 3. Dans cette variante, à titre d’exemple non limitatif, les portions ferromagnétique 6, 6’ sont des structures à section parallélépipédiques selon le plan xy.
[0098] Dans le mode de réalisation de la figure 5, une dimension de la première portion ferromagnétique 6 selon la direction x est inférieure à une dimension selon la direction x du ou des aimants supérieurs centraux disposés au-dessus de la portion ferromagnétique 6. De même, une dimension de la deuxième portion ferromagnétique 6’ selon la direction x est inférieure à une dimension selon la direction x du ou des aimants inférieurs centraux disposés en dessous de la portion ferromagnétique 6’. Raccourcir les portions 6 et 6’ du côté horizontal opposé aux régions R1 et R2 par rapport aux aimants 3 et 3’ permet d’augmenter l’intensité du flux magnétique dans la zone 1 . Cette caractéristique est optionnelle et est compatible avec tous les modes de réalisation de l’invention.
[0099] En outre, dans le mode de réalisation, la première portion ferromagnétique comprend un chanfrein réalisé dans une région opposée à la première surface S1 et la deuxième portion ferromagnétique comprend un chanfrein réalisé dans une région opposée à la deuxième surface S2. Ces chanfreins permettent d’augmenter l’intensité du flux magnétique dans la zone 1 en concentrant plus de flux au travers des régions R1 et R2. Cette caractéristique est optionnelle et est compatible avec tous les modes de réalisation de l’invention.
[0100] Comparativement à la figure 3, le mode de réalisation de la figure 5 ne comprend pas le déplacement vers la droite des aimants supérieurs et inférieurs et ne comprend pas des aimants avec des coins arrondis. Aussi, l’ensemble du mode de réalisation de la figure 5 permet de générer un champ magnétique unidirectionnel moyen de 1 ,01 T avec H =1590 kA/m dans la zone 1 et la démagnétisation est plus prononcée comparativement au mode de réalisation de la figure 3.
[0101] Alternativement, la première portion ferromagnétique comprend un bord arrondi réalisé dans une région opposée à la première surface S1 et la deuxième portion ferromagnétique comprend un bord arrondi réalisé dans une région opposée à la deuxième surface S2. Ces bords arrondis permettent de réduire l’intensité du champ démagnétisant pour l’aimant 4 et l’aimant 4’. Cette caractéristique est optionnelle et est compatible avec tous les modes de réalisation de l’invention.
[0102] En outre, de manière optionnelle, comme illustré sur la figure 7 une gorge 7 est usinée selon la direction z dans les portions ferromagnétiques 6, 6’ dans les surfaces en contact avec l’aimant central 2 pour limiter le champ démagnétisant dans les coins de l’aimant 2, coté zone 1.
[0103] La figure 6 illustre un système ST comprenant une pluralité d’ensembles E selon l’invention empilés selon la direction y. Le système de l’invention permet donc de générer en plusieurs lignes de zones 1 un champ magnétique surfacique unidirectionnel.
[0104] De manière préférentielle, l’aimantation des aimants permanents de chaque ensemble E du système ST de la figure 6 est telle que la somme du flux magnétique supérieure et du flux inférieure est égale ou sensiblement égale au flux central. Par « sensiblement égale », on entend ici que la norme de la somme du flux supérieure et du flux inférieure est égale à la norme du flux centrale à ±5%. La somme du flux supérieure et du flux inférieure présentant une direction identique mais une orientation opposée au flux centrale dans les ensembles E se compensent en moyenne localement. Ainsi, on peut empiler les ensemble E sans dégradation significative de performance en compensant le flux magnétique de fuite créé par l’aimant central 2 par celui créé par l’empilement de l’aimant inférieur central 3’ et de l’aimant supérieur central 3.
[0105] De manière préférentielle, afin de boucler le champ aux extrémités verticales du système ST, ce dernier comprend une culasse métallique CM en « C ».
[0106] De manière optionnelle, la concentration du flux magnétique dans les portions ferromagnétiques 6, 6’ peut aussi être facilitée au moins provisoirement par un ruban supraconducteur qui écrante le flux magnétique sortant, à la place ou en combinaison d’un ou plusieurs des aimants permanents.
[0107] Les structures des ensembles détaillés dans la présente description et les figures sont données à titre d’exemple et ont pour objectif d’illustrer l’invention. Elles ne doivent en aucun cas être considérées comme limitatrices de la portée l’invention. Diverses modifications et variations des structures décrites, des procédés de fabrication, et des applications et utilisations de celles-ci apparaitrons à l'homme du métier sans s'écarter de la portée et de l'esprit de l'invention. Notamment, l’optimisation et/ou la modification de la structure peut être basée sur plusieurs paramètres comprenant : le champ magnétique, son uniformité, les dimensions de la zone 1 , le volume d’aimants, la température...

Claims

Revendications
1 . Ensemble (E) pour générer un champ magnétique surfacique comprenant une première et une deuxième portion ferromagnétique (6, 6’) superposées selon une direction y, ledit ensemble comprenant en outre :
- au moins deux aimants permanents dits aimants supérieurs (3, 4, 5, 4A, 5A) disposés de manière à entourer partiellement la première portion ferromagnétique (6) à l’exception au moins d’une surface de la première portion ferromagnétique dite première surface (S1 ),
- au moins deux aimants permanents dits aimants inférieurs (3’, 4’, 5’, 4A’, 5A’) disposés de manière à entourer partiellement la deuxième portion ferromagnétique à l’exception au moins d’une surface la deuxième portion ferromagnétique dite deuxième surface (S2),
- au moins un aimant permanent dit aimant central (2) disposé entre la première et la deuxième portion magnétique en définissant une région, dite première région (R1 ), de la première surface non recouverte par l’aimant central, et une région, dite deuxième région (R2), de la deuxième surface non recouverte par l’aimant central, la première région étant en vis à vis de la deuxième région, une aimantation (M3; M4; M5; M4/1; M5/1; M3,; M4,; M5l;MAAl;M5Al') des aimants permanents et un agencement dudit au moins un aimant central étant adaptés pour créer ledit champ magnétique surfacique dans une zone (1 ) comprise entre la première région et la deuxième région et non comprise entre deux aimants centraux de sorte que ledit champ magnétique surfacique soit sensiblement selon la direction y avec une orientation prédéterminée.
2. Ensemble selon la revendication 1 , dans lequel l’aimantation des aimants permanents est telle que ledit champ magnétique surfacique soit selon un plan yz, avec z une direction orthogonale à la direction y et dans lequel :
- l’aimantation (M3; M4; M5) des aimants supérieurs (3, 4, 5) est telle qu’une aimantation (Ms) résultant de ladite disposition des aimants supérieurs, dite aimantation supérieure, soit sensiblement selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée, - l’aimantation (M3,; M4,; M5,) des aimants inférieurs (3’, 4’, 5’) est telle qu’une aimantation (M résultant de ladite disposition des aimants inférieurs, dite aimantation inférieure, soit sensiblement selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- ledit au moins un aimant central (2) présente une aimantation (M2), dite aimantation centrale, sensiblement selon la direction y avec une orientation opposée à ladite orientation prédéterminée.
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel lesdits aimants supérieurs comprennent :
- un aimant supérieur dit central (3) disposé au-dessus de la première portion ferromagnétique selon la direction y et présentant une aimantation (M3) selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- deux aimants supérieurs (4, 5), nommés respectivement premier et deuxième aimant supérieur latéral, disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique selon une direction x orthogonale à la direction y et à la direction z, le premier et deuxième aimant supérieur latéral présentant une aimantation (M4,M5) selon la direction x avec une orientation opposée, et dans lequel lesdits aimants inférieurs comprennent :
- un aimant inférieur dit central (3’) disposé en dessous de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction y et présentant une aimantation (M3 J selon la direction y avec ladite orientation prédéterminée,
- deux aimants inférieurs (4’, 5’), nommés respectivement premier et deuxième aimant inférieur latéral, disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction x, le premier aimant inférieur latéral (4’) étant disposé en vis-à-vis du premier aimant supérieur latéral (4), et le deuxième aimant inférieur latéral (5’) étant disposé en vis-à-vis du deuxième aimant supérieur latéral (5), le premier et deuxième aimant inférieur latéral présentant une aimantation (M4„M5,) selon la direction x avec une orientation opposée.
4. Ensemble selon la revendication précédente, le premier et deuxième aimant inférieur latéral présentant une aimantation (M4„M5,) selon la direction x avec une orientation opposée.
5. Ensemble selon la revendication 3 ou 4 dans lequel une dimension de la première portion ferromagnétique selon la direction x est inférieure à une dimension dudit aimant supérieur central selon la direction x, et dans lequel une dimension de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction x est inférieure à une dimension dudit aimant inférieur central selon la direction x.
6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel lesdits aimants supérieurs comprennent en outre deux aimants supérieurs (4A, 5A) nommés respectivement premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel, disposés de part et d’autre de la première portion ferromagnétique selon la direction z, le premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel présentant une aimantation selon la direction z avec une orientation opposée, lesdits aimants inférieurs comprenant en outre deux aimants inférieurs (4A’, 5A’) nommés respectivement premier et deuxième aimant inférieur latéral additionnel, disposés de part et d’autre de la deuxième portion ferromagnétique selon la direction z, le premier aimant inférieur latéral additionnel étant disposé en vis-à-vis du premier aimant supérieur latéral additionnel, et le deuxième aimant inférieur latéral additionnel étant disposé en vis-à-vis du deuxième aimant supérieur latéral additionnel, le premier et deuxième aimant inférieur latéral additionnel présentant une aimantation selon la direction z avec une orientation opposée.
7. Ensemble selon l’une quelconque des revendication 3 à 6, comprenant en outre deux aimants permanents dit premier et second aimant supplémentaire, disposés de part et d’autre dudit au moins un aimant central selon la direction z, le premier et deuxième aimant supérieur latéral additionnel présentant une aimantation selon la direction y avec une orientation opposée à ladite orientation prédéterminée.
8. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel le premier et le deuxième aimant supérieur latéral ne sont pas accolés audit aimant supérieur central et dans lequel le premier et le deuxième aimant inférieur latéral ne sont pas accolés audit aimant inférieur central.
9. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel ladite aimantation des aimants permanents est telle que la somme du flux magnétique supérieure et du flux magnétique inférieure est égale ou sensiblement égale au flux magnétique centrale.
10. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel la première portion ferromagnétique comprend un chanfrein ou un bord arrondi réalisé dans une région opposée à la première surface et dans lequel la deuxième portion ferromagnétique comprend un chanfrein ou un bord arrondi réalisé dans une région opposée à la deuxième surface.
11 . Ensemble selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel les aimants permanents et la première et la deuxième portion ferromagnétique sont disposés de sorte à ce que l’ensemble présente une symétrie planaire selon un plan présentant une normale selon la direction y.
12. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une aimantation et un agencement des aimants permanents sont adaptés pour qu’une intensité dudit champ magnétique surfacique dans ladite zone entre la première région et la deuxième région soit supérieure ou égale à 1 T.
13. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants permanents sont des aimants au néodyme, par exemple des aimants NdFeB ou PrNdB, l’ensemble comprenant en outre un système de refroidissement adapté pour diminuer une température des aimants permanents, une aimantation et un agencement des aimants permanents et ledit système de refroidissement étant adapté pour qu’une intensité dudit champ magnétique surfacique dans ladite zone comprise entre la première région et la deuxième région soit supérieure ou égale à 1.5 T.
14. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel tous les aimants permanents présentent sensiblement les mêmes dimensions, la même aimantation, la même densité magnétique, la même masse, même matériau, et la même qualité.
15. Système (ST) comprenant une pluralité d’ensembles selon l’une quelconque des revendications précédentes empilés selon la direction y.
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