Matériaux magnétiques en génie électrique 1
Afef Kedous-Lebouc
Hermes Science
Lavoisier
Introduction. Matériaux magnétiques en génie électrique.
Récents développements et applications
Afef Kedous-Lebouc13
Chapitre 1. Physique des matériaux magnétiques
Olivier Geoffroy et Horia Gavrila17
1.1. Introduction17
1.2. Le magnétisme à l'échelle atomique18
1.2.1. Origine du moment magnétique atomique18
1.2.2. Couplage spin orbite et moment résultant de l'atome isolé19
1.2.3. Le magnétisme des atomes liés20
1.3. Phénoménologie du magnétisme des matériaux à l'échelle microscopique24
1.3.1. Le diamagnétisme24
1.3.2. Le paramagnétisme25
1.3.3. Le ferromagnétisme28
1.3.4. Le ferrimagnétisme33
1.3.5. L'anisotrope magnétocristalline35
1.3.6. La magnétostriction et l'énergie magnéto-élastique39
1.3.7. Conclusion44
1.4. Magnétisme des matériaux à l'échelle des domaines magnétiques44
1.4.1. Energie de constitution d'un système aimanté45
1.4.2. Cas de l'ellipsoïde de révolution : anisotropie de forme46
1.4.3. Conséquences sur l'état d'aimantation d'un échantillon : la genèse des domaines48
1.5. Mécanismes d'aimantation à l'échelle macroscopique58
1.5.1. Mécanisme d'aimantation dans les matériaux parfaits58
1.5.2. Aimantation d'un matériau réel61
1.5.3. Comportement dynamique de l'aimantation73
1.6. Conclusion83
1.7. Bibliographie85
Chapitre 2. Aciers électriques non orientés pour machines électriques et autres applications : progrès récents dans les techniques de caractérisation, les nouvelles qualités de matériaux et les outils de modélisation
Marc De Wulf, traduit de l'anglais par Afef Kedous-Lebouc87
2.1. Introduction87
2.2. Pertes d'énergie dans les aciers électriques89
2.2.1. Expressions pour l'énergie dissipée P89
2.2.2. Expressions de l'énergie instantanée dissipée p(t)91
2.3. Techniques de mesure : pour et contre l'acquisition numérique de données95
2.3.1. Facteur de puissance et facteur de crête96
2.3.2. Influence de la précision de phase98
2.3.3. Influence de l'intermodulation101
2.3.4. Influence de la résolution du convertisseur analogique numérique102
2.4. Nouveaux développements dans les aciers électriques non orientés103
2.4.1. Aciers électriques fully process106
2.4.2. Aciers électriques semi-process108
2.4.3. Qualités d'aciers électriques avec perméabilité plus élevée et pertes plus faibles110
2.4.4. Qualités aciers électriques avec une conductivité thermique améliorée117
2.4.5. Magnetil pour les applications de blindage électromagnétique121
2.5. Avancées dans la modélisation des aciers électriques dans les machines asynchrones122
2.5.1. Effets des conditions magnétiques et mécaniques spécifiques123
2.5.2. Pertes électromagnétiques138
2.5.3. Application à la machine asynchrone fonctionnant à vide144
2.6. Remerciements148
2.7. Bibliographie148
Chapitre 3. Matériaux magnétiques doux spéciaux et applications
Thierry Waeckerlé153
3.1. Définition et problématique des matériaux magnétiques doux spéciaux153
3.1.1. Les besoins du génie électrique : relations générales entre applications et famille de matériaux154
3.1.2. Coût des matériaux magnétiques doux semi-finis : une grande diversité de prix158
3.2. Les alliages FeNi161
3.2.1. Diversité et hautes perméabilités des alliages FeNi : principales caractéristiques et évolutions récentes161
3.2.2. Exemple n° 1 d'application : le moteur pas à pas, type LAVET, utilisé en horlogerie166
3.2.3. Alliages pour transformateur de modem bas débit ((...) 56 kbits/s)173
3.2.4. Blindage passif à haute atténuation178
3.2.5. Les capteurs magnétiques de courant continu : précision et FeNi vont de paire192
3.2.6. Alliages magnétiques pour régulation en température du flux magnétique (aimants), des pertes magnétiques (cuisson par induction)199
3.3. Aciers et aciers spéciaux204
3.3.1. Aciers inoxydables ferritiques : résistance à la corrosion + ferromagnétisme204
3.3.2. Aciers bas C205
3.3.3. Aciers de construction206
3.3.4. Aciers maraging207
3.4. Alliages semi-rémanents207
3.5. Alliages FeCo doux208
3.5.1. Les bienfaits et méfaits du cobalt dans les alliages magnétiques ; alliages industriels actuels209
3.5.2. Les alliages commerciaux historiques : la maturité industrielle211
3.5.3. Les alliages Fe-bas %Co type Fe18 %Co-0.5 %Si (AFK18)214
3.5.4. Alliages Fe-bas %Co à grains orientés pour transformateur embarqué basse fréquence (matériaux en développement)216
3.5.5. Nouveaux alliages AFK502HLE pour génératrices aéronautiques et actionneurs plus puissants, plus rapides, plus légers, plus fiables219
3.5.6. Alliages pour actionneurs électromagnétiques, compacts et à grande dynamique : exemple des actionneurs camless (soupapes électromagnétiques)220
3.6. Bibliographie223
Chapitre 4. Alliages magnétiques doux enrichis en silicium
Jacques Degauque et Fausto Fiorillo227
4.1. Introduction227
4.2. Le diagramme d'équilibre et les phases ordonnées des alliages Fe-Si ferromagnétiques228
4.3. Elaboration et morphologie des alliages enrichis en silicium232
4.3.1. La solidification rapide sur roue froide232
4.3.2. Morphologie et microstructure des rubans rapidement solidifiés237
4.3.3. Enrichissement en silicium de tôles industrielles Fe-Si par CVD242
4.3.4. Morphologie et microstructure des alliages enrichis par CVD245
4.3.5. Autres procédés d'élaboration248
4.4. Propriétés physiques249
4.4.1. Propriétés magnétiques249
4.4.2. Propriétés mécaniques269
4.5. Applications des alliages Fe-Si enrichis en silicium279
4.5.1. Transformateurs281
4.5.2. Moteurs283
4.5.3. Convertisseurs de puissance284
4.6. Conclusion285
4.7. Bibliographie286
Index293