Vs radialement magnétisé. Anneaux magnétiques à magnétisation axiale : quelle est la différence ?

Dans de nombreux moteurs, capteurs et dispositifs de transmission magnétique, nous rencontrons souvent un composant clé : le anneau magnétique  (ou anneau magnétique). Cela peut ressembler à un simple anneau circulaire, mais différentes directions de magnétisation peuvent conduire à des scénarios de performances et d'application complètement différents.

Les deux méthodes de magnétisation les plus courantes sont  la magnétisation radiale  et  la magnétisation axiale..

De nombreuses personnes qui les rencontrent pour la première fois se posent des questions : pourquoi faire la distinction entre radial et axial pour une même forme d'anneau ? Quelles sont les différences ? Comment choisir en pratique ?

1. Tout d’abord, comprenez « Direction de la magnétisation »

Un anneau magnétique est fabriqué à partir de matériaux à aimants permanents tels que le NdFeB fritté, le NdFeB lié, le SmCo, etc. Le matériau lui-même n'a pas nécessairement un magnétisme important ; il doit passer par un processus de « magnétisation » pour aligner ses domaines magnétiques internes dans une certaine direction, présentant ainsi un champ magnétique externe stable.

La « direction de magnétisation » fait référence à la direction dans laquelle les domaines magnétiques sont uniformément alignés à l'intérieur de l'anneau.

Pour un aimant en forme d’anneau, il existe deux directions principales :

• Le long du rayon →  aimantation radiale;

•  Le long de l'axe →  aimantation axiale.

Cette distinction semble simple, mais elle détermine directement la manière dont les lignes de champ magnétique circulent, comment le champ est distribué et où il est le mieux appliqué.

2. Anneaux radialement magnétisés

2.1 Qu'est-ce que la magnétisation radiale ?

La magnétisation radiale signifie que la direction de la magnétisation se situe le long du rayon de l'anneau.

Formes courantes :

• La surface du diamètre extérieur est le pôle N, la surface de l'alésage intérieur est le pôle S ;

• Ou vice versa : surface extérieure S, alésage intérieur N.

C'est-à-dire que les lignes de champ magnétique partent principalement de la surface extérieure, traversent l'espace extérieur et retournent à l'alésage intérieur ; ou depuis l'alésage intérieur, à travers l'arbre/entrefer, jusqu'à la surface extérieure.

2.2 Caractéristiques du champ magnétique

Les pôles magnétiques d'un anneau magnétisé radialement sont situés sur les surfaces cylindriques intérieure et extérieure, et non sur les faces d'extrémité.

Caractéristiques typiques :

• Le champ magnétique se distribue circonférentiellement ;

• Génère un fort champ magnétique radial dans l'entrefer entre les diamètres intérieur et extérieur ;

• Convient pour l'accouplement avec des structures cylindriques telles que des arbres, des rotors et des stators.

S'il s'agit d'une magnétisation radiale unipolaire, toute la surface extérieure est d'une polarité et l'alésage intérieur de l'opposée. S'il s'agit d'une magnétisation radiale multipolaire, la surface extérieure alterne les pôles N et S le long de la circonférence, couramment utilisés pour la détection de position de haute précision.

2.3 Principales applications

Les anneaux radialement magnétisés se trouvent couramment dans :

• Rotors ou stators de moteurs à aimants permanents ;

• Accouplements magnétiques ;

• roulements magnétiques;

• Anneaux magnétiques d'encodeur ;

• Certains capteurs Hall et capteurs d'angle ;

• Embrayages magnétiques.

Par exemple, dans les moteurs sans balais, l'anneau magnétique du rotor est souvent magnétisé radialement, de sorte que lorsque les enroulements du stator sont alimentés, ils interagissent avec le champ radial pour produire une force tangentielle entraînant la rotation.

2.4 Avantages et limites

Avantages :

• La direction du champ correspond bien au mouvement de rotation ;

• Convient aux structures cylindriques à entrefer ;

• La magnétisation radiale multipolaire permet une détection d'angle de haute précision.

Limites:

• Les anneaux frittés à orientation radiale hautes performances sont plus difficiles et plus coûteux à fabriquer ;

• Nécessite des appareils et des processus de magnétisation exigeants ;

• Si des matériaux isotropes sont utilisés, les performances magnétiques peuvent être inférieures à celles des matériaux anisotropes.

3. Anneaux magnétisés axialement

3.1 Qu'est-ce que la magnétisation axiale ?

La magnétisation axiale signifie que la direction de la magnétisation est le long de l'axe de l'anneau.

Typiquement:

• La face d'extrémité supérieure est le pôle N, la face d'extrémité inférieure est le pôle S ;

• Ou en haut S, en bas N.

Les lignes de champ magnétique partent principalement d’une face d’extrémité, traversent l’espace externe et reviennent à l’autre face d’extrémité.

3.2 Caractéristiques du champ magnétique

Les pôles magnétiques d'un anneau magnétisé axialement se trouvent sur les deux faces d'extrémité.

Caractéristiques typiques :

• Le champ se répartit dans la direction axiale ;

• Produit un champ magnétique axial puissant près des faces d'extrémité ;

• Convient pour l'attraction des faces d'extrémité, les entrefers plans ou les structures à entrefer axial.

Si deux anneaux magnétisés axialement sont placés avec des pôles identiques se faisant face, ils se repoussent ; avec des pôles opposés face à face, ils s’attirent.

3.3 Principales applications

Les anneaux magnétisés axialement se trouvent couramment dans :

• Circuits magnétiques de haut-parleurs ;

• Mandrins et fixations magnétiques ;

• Moteurs à flux axial ;

• Aimants de déclenchement pour interrupteur à effet Hall ;

• interrupteurs de proximité magnétiques ;

• Agitateurs magnétiques, pompes magnétiques, etc.

Par exemple, de nombreux aimants de haut-parleurs circulaires sont des aimants annulaires à magnétisation axiale ; la bobine mobile se déplace dans le champ axial pour amener le diaphragme à produire du son.

3.4 Avantages et limites

Avantages :

• Le processus de fabrication est relativement simple et généralement moins coûteux ;

• Adapté à l'attraction des faces d'extrémité et aux structures à entrefer axial ;

• La direction des pôles est facile à identifier et à assembler.

Limites:

• Dans les entrefers cylindriques nécessitant des champs radiaux, l'utilisation du champ est mauvaise ;

• Le champ décroît rapidement avec des distances axiales plus grandes ;

• L'aimantation axiale multipolaire existe mais est moins courante que la magnétisation radiale multipolaire.

4. Différences fondamentales entre la magnétisation radiale et axiale

Pour une comparaison plus intuitive, voici un tableau récapitulatif :

Points à retenir simples :

• La magnétisation radiale concerne la circonférence ; la magnétisation axiale concerne les faces d'extrémité.

• Si votre entrefer est cylindrique (par exemple, entre le rotor et le stator), le radial est généralement préféré.

• Si votre entrefer est plan ou basé sur une face d'extrémité (par exemple, attraction, push-pull, moteur à flux axial), l'axe axial est généralement préféré.

5. Facteurs supplémentaires dans la sélection pratique

Au-delà de la direction de magnétisation elle-même, considérez les éléments suivants :

5.1 Conception du circuit magnétique

Un anneau magnétique ne s’utilise pas isolément ; il fonctionne avec des culasses, des arbres, des boîtiers, des entrefers, etc., pour former un circuit magnétique complet. La direction de magnétisation doit correspondre à l'ensemble du circuit ; sinon, l'utilisation du champ sera faible.

Par exemple, un anneau magnétisé radialement utilisé dans un entrefer axial perdra la majeure partie de son champ en dehors de la région de travail efficace.

5.2 Processus de fabrication et coût

Les anneaux NdFeB frittés à haute performance orientés radialement, en particulier ceux multipolaires, sont plus complexes et plus coûteux que les anneaux magnétisés axialement. Si le coût est sensible, des anneaux collés ou des matériaux isotropes peuvent être envisagés tout en obtenant la direction de magnétisation requise.

5.3 Méthode de magnétisation

La magnétisation radiale nécessite généralement des appareils spécialisés pour diriger le champ magnétisant le long du rayon. La magnétisation axiale est relativement plus simple et peut être réalisée avec de nombreux magnétiseurs standards.

5.4 Température de fonctionnement et stabilité

Différents matériaux ont des tolérances de température différentes (par exemple, NdFeB, SmCo, ferrite). Ceci est indépendant de la direction de magnétisation mais doit être pris en compte dans le projet global.

6. Idées fausses courantes

Mythe 1 : La magnétisation radiale signifie toujours N externe, S interne.
Pas nécessairement. Il peut s'agir d'un N externe/S interne ou d'un S externe/N interne, selon la conception du circuit. L'aimantation radiale multipolaire n'est pas une polarité unique mais alterne autour de la circonférence.

Mythe 2 : Les anneaux magnétisés axialement ne peuvent pas être utilisés pour un mouvement rotatif.
C’est possible, mais pour les structures à flux axial. Dans un moteur à flux axial, la face d'extrémité de la bague fait face au stator et l'entrefer est axial – la magnétisation axiale est donc le bon choix.

Mythe 3 : Le radial est toujours meilleur qu’axial.
Il n’y a pas de « meilleur » absolu : il n’y a que l’adéquation à un objectif. Même le meilleur anneau sera sous-performant s’il est utilisé dans le mauvais sens de l’entrefer.

7. Conclusion

La différence essentielle entre les anneaux magnétisés radialement et axialement réside dans la direction de magnétisation, ce qui conduit à différentes distributions de champ, à des structures d'entrefer appropriées et à des applications typiques.

N'oubliez pas deux règles simples :

• Entrefer cylindrique → choisir radial ;

• Entrefer d’extrémité → choisir axial.

Dans les projets réels, ne considérez pas l'anneau de manière isolée : considérez le circuit magnétique, l'espace d'assemblage, les conditions de processus et le coût dans son ensemble. Une fois que vous comprenez ces deux méthodes de magnétisation, de nombreux problèmes de sélection deviennent beaucoup plus clairs.