FR2839580A1 - Car engine ignition coil, has closed magnetic circuit with magnetic gap filled permanent magnet and outer coil with permanent magnet limiting magnetic trajectory/magnetic field effect - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne une bobine d'allumage à aimant permanent à court-circuit magnétique. The present invention relates to a permanent magnet ignition coil with a magnetic short circuit.
Elle trouve une application générale en électrotechnique et plus particulièrement dans les moteurs à combustion interne à allumage commandé dans lesquels la combustion du mélange gazeux dans le cylindre est provoquée par l'étincelle qui éclate entre les électrodes d'une bougie d'allumage. It finds general application in electrical engineering and more particularly in internal combustion engines with spark ignition in which the combustion of the gaseous mixture in the cylinder is caused by the spark which bursts between the electrodes of a spark plug.
L'étincelle est produite par la haute tension provenant de l'enroulement secondaire d'une bobine d'allumage dont l'enroulement primaire est connecté à une source de tension via des moyens de commande. Lorsqu'un courant varie brusquement dans l'enroulement primaire, il se produit aux bornes de l'enroulement secondaire une tension qui est celle de l'enroulement primaire multipliée par le rapport de transformation de la bobine d'allumage. The spark is produced by the high voltage from the secondary winding of an ignition coil, the primary winding of which is connected to a voltage source via control means. When a current suddenly changes in the primary winding, a voltage occurs at the terminals of the secondary winding which is that of the primary winding multiplied by the transformation ratio of the ignition coil.
On connaît déjà (EP-B1-0352453) des bobines d'allumage comprenant un circuit magnétique fermé comportant un entrefer à l'intérieur duquel est inséré un aimant permanent de manière à ce que la direction de la magnétisation dudit aimant permanent soit de sens opposé à celle de la magnétisation induite dans le circuit magnétique lors de l'application de courant au primaire de la bobine d'allumage. There are already known (EP-B1-0352453) ignition coils comprising a closed magnetic circuit comprising an air gap inside which a permanent magnet is inserted so that the direction of magnetization of said permanent magnet is in the opposite direction to that of the magnetization induced in the magnetic circuit during the application of current to the primary of the ignition coil.
Dans le brevet EP-B1-0352453, l'aire de l'aimant est choisie proche de l'aire de l'entrefer. L'aimant permanent se substitue à l'entrefer. In patent EP-B1-0352453, the area of the magnet is chosen close to the area of the air gap. The permanent magnet replaces the air gap.
En pratique, cet aimant permet de solliciter le circuit magnétique depuis la valeur du flux de saturation négatif In practice, this magnet makes it possible to solicit the magnetic circuit from the value of the negative saturation flux
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jusqu'à la valeur de flux de saturation positif. Pour ce faire, il convient de doubler l'induction magnétique délivrée au primaire de la bobine, soit en doublant le nombre de spires au primaire, soit en doublant l'intensité primaire soit en jouant sur les deux grandeurs. up to the positive saturation flux value. To do this, it is advisable to double the magnetic induction delivered to the primary of the coil, either by doubling the number of turns in the primary, or by doubling the primary intensity or by playing on the two quantities.
L'énergie magnétique stockée dans la bobine se retrouve ainsi multipliée par 4 sans avoir augmenté la section du circuit magnétique donc l'encombrement de la bobine d'allumage. The magnetic energy stored in the coil is thus multiplied by 4 without having increased the section of the magnetic circuit therefore the size of the ignition coil.
Toutefois, une telle démarche connue présente des inconvénients. However, such a known approach has drawbacks.
En effet, lorsque l'induction est nulle dans le primaire de la bobine, l'aimant permanent produit un flux magnétique à la limite de la saturation négative du circuit magnétique. Lorsque cette induction atteint sa valeur nominale, le flux qu'elle tend à établir s'oppose à l'aimantation de l'aimant pour produire la valeur de flux de saturation positive dans le circuit magnétique. Il en résulte un champ magnétisant inverse dans l'aimant qui risque d'excéder la valeur au dessous de laquelle l'aimant perd ses propriétés magnétiques. Indeed, when the induction is zero in the primary of the coil, the permanent magnet produces a magnetic flux at the limit of the negative saturation of the magnetic circuit. When this induction reaches its nominal value, the flux which it tends to establish opposes the magnetization of the magnet to produce the value of positive saturation flux in the magnetic circuit. This results in a reverse magnetizing field in the magnet which risks exceeding the value below which the magnet loses its magnetic properties.
Cette valeur dépend essentiellement du type et du procédé d'élaboration de l'aimant permanent considéré. rendant nécessaire le choix d'un aimant onéreux, par exemple du type samarium-cobalt Sm2Coi7 De plus, lorsque le circuit magnétique travaille dans le domaine linéaire, l'énergie stockée dans l'entrefer est inversement proportionnelle à la hauteur de l'entrefer donc de l'aimant. La hauteur de l'aimant est réduite à des valeurs nettement inférieures à 1mm. This value essentially depends on the type and method of preparation of the permanent magnet considered. making it necessary to choose an expensive magnet, for example of the samarium-cobalt type Sm2Coi7 In addition, when the magnetic circuit works in the linear domain, the energy stored in the air gap is inversely proportional to the height of the air gap therefore of the magnet. The height of the magnet is reduced to values well below 1mm.
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Les aimants ainsi obtenus sont fragiles - risque de casse lors du procédé d'élaboration et lors du procédé d'assemblage de la bobine d'allumage. The magnets thus obtained are fragile - risk of breakage during the production process and during the assembly process of the ignition coil.
La présente invention remédie à ces inconvénients. The present invention overcomes these drawbacks.
Elle vise notamment à fournir une bobine d'allumage dont le circuit magnétique utilise un aimant peu onéreux, relativement peu fragile et épais, ayant une bonne désaimantation, et apte à supporter l'induction inverse à sa polarité lorsque l'induction est maximale. It aims in particular to provide an ignition coil whose magnetic circuit uses an inexpensive magnet, relatively not very brittle and thick, having good demagnetization, and able to withstand the induction opposite to its polarity when the induction is maximum.
Elle porte sur une bobine d'allumage comprenant un circuit magnétique fermé comportant un entrefer à l'intérieur duquel est disposé un aimant permanent et autour duquel est bobiné le bobinage de l'inducteur primaire. It relates to an ignition coil comprising a closed magnetic circuit comprising an air gap inside which a permanent magnet is disposed and around which the winding of the primary inductor is wound.
Selon une définition générale de l'invention, le dimensionnement de l'aimant par rapport à celui de l'entrefer est choisi de manière à former un espace d'air inoccupé par l'aimant dans ledit entrefer, le trajet magnétique dans l'espace d'air permettant de limiter la désaimantation dans l'aimant permanent. According to a general definition of the invention, the dimensioning of the magnet relative to that of the air gap is chosen so as to form an air space unoccupied by the magnet in said air gap, the magnetic path in space air to limit demagnetization in the permanent magnet.
Ainsi, le dimensionnement de l'aimant est choisi de manière à limiter le champ magnétisant inverse. Un court-circuit magnétique oriente le flux préférentiellement hors de l'aimant. Thus, the dimensioning of the magnet is chosen so as to limit the reverse magnetizing field. A magnetic short-circuit preferably directs the flux out of the magnet.
Il est alors possible de sélectionner des aimants permanents moins onéreux par exemple en NdFeB (Néodyme-Fer-Bore). It is then possible to select less expensive permanent magnets, for example NdFeB (Neodymium-Iron-Boron).
De plus, le dimensionnement de l'aimant permet ici d'augmenter l'épaisseur de l'aimant. Ceci est obtenu sans In addition, the dimensioning of the magnet here makes it possible to increase the thickness of the magnet. This is obtained without
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réduire l'énergie maximale emmagasinable dans le circuit magnétique. reduce the maximum energy that can be stored in the magnetic circuit.
Ainsi, la réluctance du système résulte de la mise en parallèle de la réluctance de l'aimant et de la réluctance de l'entrefer. Thus, the reluctance of the system results from the paralleling of the reluctance of the magnet and the reluctance of the air gap.
De plus, l'épaisseur de l'aimant est choisie suffisante pour ne pas craindre la désaimantation ni le risque de casse lors de manipulation. In addition, the thickness of the magnet is chosen to be sufficient so as not to fear demagnetization or the risk of breakage during handling.
De plus, l'entrefer peut être choisi de façon significative afin de diminuer sa réluctance. In addition, the air gap can be chosen significantly in order to reduce its reluctance.
Ainsi, on obtient une bobine permettant d'obtenir une énergie maximale à section du circuit magnétique (dite section de fer ) et induction maximale donnée et de protéger l'aimant contre les risques de démagnétisation et de casse. Thus, a coil is obtained making it possible to obtain a maximum energy at section of the magnetic circuit (so-called iron section) and maximum induction given and to protect the magnet against the risks of demagnetization and breakage.
En pratique, les sections de l'aimant permanent en regard de celles de l'entrefer sont choisies sensiblement de dimensions inférieures à celles des sections dudit entrefer de manière à former ledit espace d'air. In practice, the sections of the permanent magnet opposite those of the air gap are chosen to be substantially smaller than those of the sections of said air gap so as to form said air space.
De préférence, les hauteurs respectives de l'aimant et de l'entrefer et la section de l'espace d'air sont choisies pour ajuster de façon optimale la réluctance du circuit magnétique. Preferably, the respective heights of the magnet and of the air gap and the section of the air space are chosen to optimally adjust the reluctance of the magnetic circuit.
Avantageusement, la hauteur de l'espace d'air est inférieure à celle de l'aimant. Advantageously, the height of the air space is less than that of the magnet.
Selon une caractéristique importante de l'invention, dans le cas d'un circuit magnétique présentant un format du type E-I According to an important characteristic of the invention, in the case of a magnetic circuit having a format of the E-I type
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ou C-I, l'entrefer est disposé à une extrémité de la barre du I. or C-I, the air gap is arranged at one end of the I bar.
Dans ce cas, la barre du I a une section parallélépipédique, et l'aimant a une section parallélépipédique. En variante, la barre du I a une section cylindrique, et l'aimant a une section cylindrique. In this case, the bar of the I has a parallelepiped section, and the magnet has a parallelepiped section. As a variant, the bar of the I has a cylindrical section, and the magnet has a cylindrical section.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas d'un circuit de format du type C-I dans lequel l'entrefer est formé obliquement dans la barre du C, l'aimant permanent est placé perpendiculairement aux sections en biais de l'entrefer. According to another characteristic of the invention, in the case of a CI type format circuit in which the air gap is formed obliquely in the bar of the C, the permanent magnet is placed perpendicular to the oblique sections of the air gap .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci-après, et des dessins dans lesquels : - les figures 1A à 1C représentent schématiquement un circuit magnétique au format E-I selon l'invention, l'entrefer étant disposé à l'extrémité de la barre du 1, la figure 1 B étant une vue détaillée à l'échelle 3 : 1 de la zone A de la figure 1A et la figure 1C étant une vue en perspective de la figure 1A ; - les figures 2A à 2C représentent schématiquement un circuit magnétique au format C-I selon l'invention, l'entrefer étant disposé à l'extrémité de la barre du I, la figure 1B étant une vue détaillée à l'échelle 4 : 1 de la zone B de la figure 2A et la figure 2C étant une vue en perspective de la figure 2A ; - les figures 3A à 3C représentent schématiquement un circuit magnétique au format C-I selon l'invention, l'entrefer étant disposé en biais dans la barre du C, la figure 3B étant une vue détaillée à l'échelle 3 : 1 de la zone C de la figure 3A et la figure 3C étant une vue en perspective de la figure 3A ; Other characteristics and advantages of the invention will appear in the light of the detailed description below, and of the drawings in which: - Figures 1A to 1C schematically represent a magnetic circuit in EI format according to the invention, the air gap being arranged at the end of the bar of 1, FIG. 1B being a detailed view on a 3: 1 scale of the zone A of FIG. 1A and FIG. 1C being a perspective view of FIG. 1A; FIGS. 2A to 2C schematically represent a magnetic circuit in CI format according to the invention, the air gap being arranged at the end of the bar of the I, FIG. 1B being a detailed view on a 4: 1 scale of the zone B of FIG. 2A and FIG. 2C being a perspective view of FIG. 2A; - Figures 3A to 3C schematically represent a magnetic circuit in CI format according to the invention, the air gap being arranged at an angle in the bar of C, Figure 3B being a detailed view on a 3: 1 scale of zone C of Figure 3A and Figure 3C being a perspective view of Figure 3A;
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- la figure 4 est un schéma équivalent du circuit magnétique selon l'invention ; et - la figure 5 est la caractéristique de l'aimant permanent utilisé dans l'invention. - Figure 4 is an equivalent diagram of the magnetic circuit according to the invention; and - Figure 5 is the characteristic of the permanent magnet used in the invention.
En référence aux figures 1A à 3C, une bobine d'allumage 1 comprend un circuit magnétique fermé 2 au format E-I ou C-I. Bien évidemment l'invention s'applique à d'autres formats de circuit magnétique. With reference to FIGS. 1A to 3C, an ignition coil 1 comprises a closed magnetic circuit 2 in E-I or C-I format. Obviously the invention applies to other formats of magnetic circuit.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le circuit 2 comporte un entrefer 3 à l'intérieur duquel est disposé un aimant permanent 4 et autour duquel est bobiné le bobinage de l'inducteur primaire 5. According to an essential characteristic of the invention, the circuit 2 comprises an air gap 3 inside which is disposed a permanent magnet 4 and around which the winding of the primary inductor 5 is wound.
Dans les figures 1A à 1C, la barre du # a une section parallélépipédique, et l'aimant 4 a une section parallélépipédique. In FIGS. 1A to 1C, the # bar has a rectangular section, and the magnet 4 has a rectangular section.
Dans les figures 2A à 2C, la barre du # a une section cylindrique, et l'aimant 4 a une section cylindrique. In FIGS. 2A to 2C, the # bar has a cylindrical section, and the magnet 4 has a cylindrical section.
Dans les figures 3A à 3C, l'entrefer est formé obliquement dans la barre du C, et l'aimant permanent 4 est placé perpendiculairement aux sections en biais de l'entrefer 3. In FIGS. 3A to 3C, the air gap is formed obliquely in the bar of C, and the permanent magnet 4 is placed perpendicular to the oblique sections of the air gap 3.
Le dimensionnement de l'aimant permanent 4 selon l'invention utilisent les grandeurs suivantes : LM hauteur de l'aimant LG hauteur de l'entrefer sans aimant The dimensions of the permanent magnet 4 according to the invention use the following quantities: LM height of the magnet LG height of the air gap without magnet
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SF : section du circuit magnétique (dite section de fer ) SM : section de l'aimant S'G : section de l'entrefer sans aimant (ici à la périphérie de l'aimant, de hauteur Le) SG : section totale de l'entrefer (Se = SM + S'G) La section totale de l'entrefer, SG, est partagée entre une section d'entrefer où le milieu magnétique est l'air et une section d'entrefer où le milieu magnétique est l'aimant permanent. Il existe donc deux chemins pour le flux magnétique. Lorsque l'induction dans la bobine va croître, le flux va préférentiellement passer dans l'entrefer d'air limitant ainsi la désaimantation dans l'aimant. Selon l'invention un court-circuit magnétique est donc bien réalisé. SF: section of the magnetic circuit (so-called iron section) SM: section of the magnet S'G: section of the air gap without magnet (here at the periphery of the magnet, of height Le) SG: total section of the 'air gap (Se = SM + S'G) The total section of the air gap, SG, is shared between an air gap section where the magnetic medium is air and an air gap section where the magnetic medium is permanent magnet. There are therefore two paths for the magnetic flux. When the induction in the coil will increase, the flux will preferentially pass through the air gap thus limiting the demagnetization in the magnet. According to the invention, a magnetic short circuit is therefore produced.
En pratique, la présente invention permet, pour une même section de circuit magnétique (donc un même encombrement de la bobine) d'augmenter sensiblement l'épaisseur de l'aimant (qui passe par exemple de 0,5mm à 1,3 mm). In practice, the present invention allows, for the same magnetic circuit section (therefore the same size of the coil) to substantially increase the thickness of the magnet (which goes for example from 0.5mm to 1.3mm) .
Il est ainsi nettement moins cassant. It is thus much less brittle.
De plus, l'invention permet de sélectionner un aimant permanent de champ coercitif HCJ réduit. Par exemple, un aimant NdFeB peut être employé en remplacement d'un grade très spécifique d'aimant Sm2Co17. La réduction de coût est substantielle. In addition, the invention makes it possible to select a permanent magnet of reduced HCJ coercive field. For example, an NdFeB magnet can be used to replace a very specific grade of Sm2Co17 magnet. The cost reduction is substantial.
En référence à la figure 5, la caractéristique de l'aimant permanent permet d'étayer le résultat obtenu par un dimensionnement optimal de l'aimant selon l'invention. With reference to FIG. 5, the characteristic of the permanent magnet makes it possible to support the result obtained by an optimal dimensioning of the magnet according to the invention.
Sur cette caractéristique, les notations suivantes sont utilisées : On this characteristic, the following notations are used:
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#M. flux magnétique de l'aimant, il vaut : M = BM # SM où BM : densité de flux magnétique dans l'aimant (exprimé en Tesla), #RM. flux magnétique produit par la densité de flux rémanent BR de l'aimant, Um : potentiel magnétique dans l'aimant, il vaut : Um = - HM x LM, HM. champ magnétisant dans l'aimant (exprimé en A/m), M : perméabilité relative de l'aimant (typiquement : 1 ,05 pour Sm2Co17). #M. magnetic flux of the magnet, it is worth: M = BM # SM where BM: density of magnetic flux in the magnet (expressed in Tesla), #RM. magnetic flux produced by the remanent flux density BR of the magnet, Um: magnetic potential in the magnet, it is worth: Um = - HM x LM, HM. magnetizing field in the magnet (expressed in A / m), M: relative permeability of the magnet (typically: 1.05 for Sm2Co17).
La caractéristique linéaire de l'aimant s'exprime par : #M = #RM - UM / Rm où RM désigne la réluctance magnétique de l'aimant donnée par :
Rm = Lm 1 (/-la x /-lM x SM) (/-la est la constante magnétique, /-la = 4n.1 OE-7 H/m) Ce modèle linéaire permet d'introduire l'aimant dans le schéma équivalent du circuit magnétique de la figure 4, avec les notations suivantes : The linear characteristic of the magnet is expressed by: #M = #RM - UM / Rm where RM designates the magnetic reluctance of the magnet given by:
Rm = Lm 1 (/ -la x / -lM x SM) (/ -la is the magnetic constant, / -la = 4n.1 OE-7 H / m) This linear model allows to introduce the magnet in the equivalent diagram of the magnetic circuit of figure 4, with the following notations:
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Up : potentiel magnétique créé par le bobinage primaire, il vaut : Up = Np.lp avec Np = nombre de spires du primaire et Ip = courant délivré au primaire de la bobine. Up: magnetic potential created by the primary winding, it is worth: Up = Np.lp with Np = number of turns of the primary and Ip = current delivered to the primary of the coil.
F : flux magnétique dans le circuit magnétique ( flux dans le fer ), RF : réluctance du circuit magnétique, RG : réluctance de l'entrefer d'air, La réluctance du circuit magnétique vaut : RF = LF / ( 0 x F x SF) F est la perméabilité relative du fer. Pour les tôles magnétiques haute performance utilisées classiquement dans les bobines d'allumage F > 5000. RF est alors faible et sera négligée devant les autres réluctances dans la suite des calculs. F: magnetic flux in the magnetic circuit (flux in iron), RF: reluctance of the magnetic circuit, RG: reluctance of the air gap, The reluctance of the magnetic circuit is equal to: RF = LF / (0 x F x SF ) F is the relative permeability of iron. For high performance magnetic sheets conventionally used in ignition coils F> 5000. RF is then weak and will be neglected in front of the other reluctances in the rest of the calculations.
La réluctance de l'entrefer d'air vaut : RG = LG / ( 0 x S'G)- Il convient de remarquer que le schéma équivalent reprend les notations des circuits électriques. Le court-circuit magnétique apparaît dans la mise en parallèle des réluctances d'aimant et d'entrefer. The reluctance of the air gap is: RG = LG / (0 x S'G) - It should be noted that the equivalent diagram takes the notations of the electrical circuits. The magnetic short circuit appears in the paralleling of the magnet and air gap reluctances.
La réluctance résultante est : (RM // RG) = 1/(1/RM + 1/RG). The resulting reluctance is: (RM // RG) = 1 / (1 / RM + 1 / RG).
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La valeur maximale du potentiel magnétique du bobinage primaire, Up, n'est pas considérée comme une grandeur de dimensionnement pour les raisons suivantes. The maximum value of the magnetic potential of the primary winding, Up, is not considered as a design quantity for the following reasons.
Tout d'abord, l'intensité électrique maximale dans le primaire est souvent limitée par le réseau électrique du véhicule (considérations système). Sa valeur typique est 8A. Ensuite, le nombre de spires du primaire varie peu d'une application à une autre afin de présenter une résistance électrique inférieure à 1Q. Sa valeur typique est 100. En conséquence, la valeur typique du potentiel magnétique du bobinage est donc de 800 A.t. First, the maximum electrical intensity in the primary is often limited by the vehicle's electrical network (system considerations). Its typical value is 8A. Then, the number of turns of the primary varies little from one application to another in order to present an electrical resistance of less than 1Q. Its typical value is 100. Consequently, the typical value of the magnetic potential of the winding is therefore 800 A.t.
Les grandeurs de dimensionnement sont donc les 5 grandeurs géométriques suivantes : LM, LG, SF, SM, S'G. The dimensioning quantities are therefore the following 5 geometric quantities: LM, LG, SF, SM, S'G.
4 équations magnétiques permettent de définir ces 5 grandeurs : (I) Equation de l'énergie magnétique stockée dans le système.
E = (BFSAT-SF).UPMAX avec :
E : énergie devant être stockée dans le circuit magnétique (exprimée en J, donnée d'entrée),
UPMAX : valeur maximale de l'induction magnétique du primaire(exprimée en A. t),
BFSAT : densité de flux magnétique à saturation dans le matériau magnétique employé pour le circuit magnétique (tôle magnétique ou autre), E = (BFSAT-SF) .UPMAX with:
E: energy to be stored in the magnetic circuit (expressed in J, input data),
UPMAX: maximum value of the magnetic induction of the primary (expressed in A. t),
BFSAT: density of magnetic flux at saturation in the magnetic material used for the magnetic circuit (magnetic sheet or other),
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Cette équation (I) fixe la valeur de SF. This equation (I) fixes the value of SF.
(II) Equation de saturation du circuit magnétique à induction primaire nulle (cette équation exprime que le flux vaut -FSAT à Up = 0). (II) Equation of saturation of the magnetic circuit with zero primary induction (this equation expresses that the flux is worth -FSAT at Up = 0).
#F = - BFSAT X SF lorsque Up = 0 or lorsque UP=0, F = -M = -RM Soit en substituant les expressions de #RM et F : BFSAT x SF = BRM X SM C'est-à-dire : SM = SF x BFSAT / BRM. #F = - BFSAT X SF when Up = 0 or when UP = 0, F = -M = -RM Either by substituting the expressions of #RM and F: BFSAT x SF = BRM X SM That is to say: SM = SF x BFSAT / BRM.
Cette équation (II) fixe la valeur de SM. Pour des tôles magnétiques haute performance BFSAT est de l'ordre de 1,7 T. This equation (II) fixes the value of SM. For high performance magnetic sheets BFSAT is around 1.7 T.
Pour des aimants terre rare usuels, BRM ne dépasse pas 1 T. For usual rare earth magnets, BRM does not exceed 1 T.
La section d'aimant doit donc être choisie presque double de la section du circuit magnétique (III) Equation de saturation du circuit magnétique à induction primaire maximale (cette équation exprime que le flux vaut +FSAT lorsque Up atteint sa valeur maximale). The magnet section must therefore be chosen almost double the section of the magnetic circuit (III) Equation of saturation of the magnetic circuit at maximum primary induction (this equation expresses that the flux is worth + FSAT when Up reaches its maximum value).
#F = BFSAT x SF lorsque Up = UPMAX avec Up = RM x (RM // RG) + (RM // RG) x F En substituant la valeur de F : Up = RM x (RM // RG) + (RM // RG) x BFSAT x SF Or d'après (II) : #RM = BRM X SM = BFSAT X SF #F = BFSAT x SF when Up = UPMAX with Up = RM x (RM // RG) + (RM // RG) x F By substituting the value of F: Up = RM x (RM // RG) + (RM // RG) x BFSAT x SF Gold from (II): #RM = BRM X SM = BFSAT X SF
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En substituant la valeur de RM : Up = BFSAT X SF x (RM // RG) + (RM // RG) x BFSAT X SF D'où : (RM // RG) = UPMAX / (2 X BFSAT x SF) Au travers de RM et RG, cette équation exprime une relation entre LM, LG et S'G. (SM et SF étant fixées par les deux équations précédentes (I) et (II)). By substituting the value of RM: Up = BFSAT X SF x (RM // RG) + (RM // RG) x BFSAT X SF Hence: (RM // RG) = UPMAX / (2 X BFSAT x SF) Through RM and RG, this equation expresses a relationship between LM, LG and S'G. (SM and SF being fixed by the two previous equations (I) and (II)).
(IV) contrainte de non désaimantation de l'aimant permanent Pour un aimant permanent, la perte de la polarisation intervient si le champ magnétisant dans l'aimant dépasse son champ coercitif Hcj or : HM = Um / LM = UPMAX / LM La contrainte s'exprime donc : UPMAX / Lm < Hcj Soit : LM > UPMAX / HCJ En pratique on choisit HMMAX < HCJ, puis on déduit : LM = UPMAX / HMMAX Cette relation étant posée, il existe encore un degré de liberté dans le système. Il est donc possible de choisir S'G puis de déduire LG grâce à (III) ou de fixer LG et de déduire S'G. (IV) non-demagnetization constraint of the permanent magnet For a permanent magnet, the loss of polarization occurs if the magnetizing field in the magnet exceeds its coercive field Hcj or: HM = Um / LM = UPMAX / LM The constraint s 'therefore expresses: UPMAX / Lm <Hcj Let: LM> UPMAX / HCJ In practice we choose HMMAX <HCJ, then we deduce: LM = UPMAX / HMMAX This relation being posed, there is still a degree of freedom in the system. It is therefore possible to choose S'G then to deduct LG using (III) or to fix LG and to deduct S'G.
Le Demandeur a réalisé des circuits permanents avec les élément numériques d'exemples suivants. The Applicant has made permanent circuits with the digital elements of the following examples.
E = 100mJ, BFSAT = 1,7 T (tôle magnétique à grains orientés), UPMAX = 800A.t. E = 100mJ, BFSAT = 1.7 T (magnetic sheet with oriented grains), UPMAX = 800A.t.
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L'équation (1) donne : SF = 73 mm2. On choisit SF = 6 mm x 12 mm = 72 mm2 Pour un aimant NdFeB à 140 C, on a BR = 1,05 T et M = 1,05 L'équation (II) donne : SM = 117 mm2. On choisit SM = 10 mm x 12 mm = 120 mm L'équation (III) donne : (RM // RG) = 3,3.10E6 H-1. Equation (1) gives: SF = 73 mm2. We choose SF = 6 mm x 12 mm = 72 mm2 For an NdFeB magnet at 140 C, we have BR = 1.05 T and M = 1.05 Equation (II) gives: SM = 117 mm2. We choose SM = 10 mm x 12 mm = 120 mm The equation (III) gives: (RM // RG) = 3.3.10E6 H-1.
Pour un aimant NdFeB à 140 C, on a au mieux HCJ = 900 kA/m on choisit HMMAX = 620 kA/m. For an NdFeB magnet at 140 C, we have at best HCJ = 900 kA / m we choose HMMAX = 620 kA / m.
L'équation (IV) donne : LM = 1,3 mm, soit RM = 8,2.1 OE6 H-1. Equation (IV) gives: LM = 1.3 mm, i.e. RM = 8.2.1 OE6 H-1.
On déduit de (RM // RG) = 1/(1/RM + 1/RG) avec RG= 5,4.10E6 H-1. We deduce from (RM // RG) = 1 / (1 / RM + 1 / RG) with RG = 5,4.10E6 H-1.
On choisit S'G = 6mm x 12mm = 72 mm2 ce qui, pour respecter RG, impose : LG=0,5 mm. We choose S'G = 6mm x 12mm = 72 mm2 which, to respect RG, requires: LG = 0.5 mm.
Il convient de remarquer que sans appliquer la présente invention, c'est-à-dire sans ménager d'entrefer d'air en parallèle de l'aimant, on a SM = 120 mm2 et RM = 3,3.10E6 H-1 (au lieu de RM // RG). La hauteur d'aimant s'en déduit aussitôt : LM = 0,5mm. Pour la même valeur de UPMAX, HMMAX = UPMAX / LM = 1600kA/m à 140 C. Une telle valeur est atteinte seulement par certains grades onéreux de Sm2Co17. It should be noted that without applying the present invention, that is to say without providing air gap in parallel with the magnet, we have SM = 120 mm2 and RM = 3.3.10E6 H-1 ( instead of RM // RG). The magnet height is immediately deduced: LM = 0.5mm. For the same value of UPMAX, HMMAX = UPMAX / LM = 1600kA / m at 140 C. This value is only reached by certain expensive grades of Sm2Co17.
Au contraire, la présente invention permet, pour une même section de circuit magnétique (donc un même encombrement de la bobine) d'augmenter sensiblement l'épaisseur de l'aimant (qui passe ici de 0,5mm à 1,3 mm). On the contrary, the present invention makes it possible, for the same section of magnetic circuit (therefore the same size of the coil) to substantially increase the thickness of the magnet (which passes here from 0.5 mm to 1.3 mm).
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Il est ainsi nettement moins cassant. De plus, l'invention permet de sélectionner un aimant permanent de Hcj réduit. It is thus much less brittle. In addition, the invention makes it possible to select a permanent magnet of reduced Hcj.
Par exemple, un aimant NdFeB peut être employé en remplacement d'un grade très spécifique d'aimant Sm2Co17. For example, an NdFeB magnet can be used to replace a very specific grade of Sm2Co17 magnet.
La réduction de coût est donc substantielle.The cost reduction is therefore substantial.
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