champ magnétique résiduel au travers d'une tôle

[OPT]

Bonjour,
je veux manutentionner une pièce en acier commun avec un aimant néodyme.
Entre l'aimant et la pièce, il y a une tôle.
Ce que je comprend, c'est que la tôle dévie une partie du champ magnétique jusqu'à saturation et que seulement le champ résiduel est disponible pour maintenir la pièce durant sa manutention.
Mon problème est le choix de la tôle. Quel est le matériaux optimum pour laisser un maximum de champ disponible pour la pièce ? Aujourd'hui, j'utilise de l'inox 304. Puis je améliorer le champ résiduel en passant à un autre matériaux ?
Merci pour vos réponses
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[Gwinver]

Bonsoir.

Il faudrait utiliser un métal paramagnétique ou diamagnétique comme le cuivre ou l'aluminium.

[jiherve]

Bonsoir
ou a l'inverse du µmetal!
du bois ou du plastique n’atténueront rien et ne seront pas le siège de courants de Foucault en cas de champ impulsionnel ou variable
JR

[Antoane]

Bonjour,

Si on suppose que la face nord (ou sud) de l'aimant est en contact avec la tole et la pièce :
- Idéalement, il faudrait un matériaux à forte perméabilité entre l'aimant et la pièce (ou du moins sur une certaine surface entre eux) et un paramagnétique autour.
- Si la tole doit être de matériaux unique, que l'on supose linéaire, il faut un ~ 1 pour ne pas étaler le flux et ainsi court-circuiter le champ et l'empécher de pénétrer dans la pièce.
- en saturation, je dirais que c'est pareil, mais sans certitude. Il faudait faire une petite simulation, ou rfléchir

[A voir en vidéo sur Futura]

[Biname]

Salut,
Oui, réfléchir, essai :
?? ... ?? signifie doute
dans le cas d'une tôle en fer doux (ur ~~ 5000 IIRC), les domaines de Weiss de l'aimant vont magnétiser ceux de la tôle, c'est à dire les tordre afin qu'ils s'alignent avec le champ résultant de l'aimant, l'aimant devra pour cela fournir une énergie, un travail, ceci aura pour effet de ?? diminuer l'intensité de son champ ??.
?? tous les domaines de Weiss de la tôle se partageront cette énergie, il m'est difficile d'imaginer un gradient de champ dans la pièce avec ur~~5000 ??(1)

Donc, en supposant que ces réflexions soient exactes, moins il y aura de masse de tôle, plus le champ au contact de la tôle sera grand. Et la surface de la tôle ?

(1) si on colle le pôle sud d'un aimant sur un bloc d'un m³ d'acier doux, quel sera le champ ??résiduel?? à son pôle nord ? (2)

Pour les matériaux de faible ur, on peut raisonner comme dans le cas d'un entrefer, le champ chute très très rapidement avec la distance(cf réluctance)

Pas frapper

Biname
(2)PS : inchangé, ou presque, toutes les lignes de champs continueront d'y converger

[Antoane]

Bonjour,

Voici quelques résultats de simulation magnétostatique :
On considère un aimant (PM) cylindrique de type N55 (voir par exemple : https://www.magmamagnets.com/permane...s/n55-magnets/), de rayon 10mm et hauteur 20mm, posé sur une tole de rayon 10mm ou 100 mm, et d'épaisseur 1mm. Le tout est sur l'objet (DUT), de rayon 100mm, aapisseur 50mm, et perméabilité 1000. Il y a un entrefer très fin (20 um) entre le DUT et la tole -- il est requis pour calculer la force dans cette simulation.
Le tout est simulé en 2D, supposant une axy-symmétrie.


La simulation extrait la force exercée sur le DUT pour divrses valeurs de la permeabilité de la tole . En gros : plus il y a de lignes de champs dans le DUT plus la force est grande.

La tole et le DUT sont supposés linéaires.

untitled2.png

Lorsque le rayon de la tole est beaucoup plus grande que celui du PM (courbe rouge) et qu'elle couvre tout le DUT :
- pour les faibles valeurs de , celle -ci se comporte comme un entrefer qui limite le flux pouvant atteindre le DUT, et limite par conséquent la force.
- pour de plus grandes valeurs de , un chemin magnétique de faible reluctance se crée entre le PM et le DUT, permettant un meilleure canalisation du flux : la force augmente
- pour de grandes valeurs de , la tole agit comme un court circuit pour le flux, et un partie de celui-ci se reboucle sans passer par le DUT, donc sans créer de force. La tole joue un role de blindage empéchant la pénétration du flux dansle DUT, et donc l'existance d'une force.
Résultat de simulation pour une tole de rayon 100 mm et de perméabilité 2 :
Screenshot 2023-10-28 114434.png

Résultat de simulation pour une tole de rayon 100 mm et de perméabilité 10000 :
Screenshot 2023-10-28 121846.jpg




Lorsque le rayon de la tole est égal à celui du PM (courbe bleue) :
c'est beaucoup plus simple : la tole constitue un entrefer entre lePM et le DUT, et il faut en minimiser la reluctance pour maximiser la force. F croit donc avec -- du moins jusquà ce que la reluctance de la tole devienne négligeable devant celle du reste du circuit magnétique.
La force est alors toujours supérieure à celle observée dans le premier cas.

Résultat de simulation pour une tole de rayon 10 mm et de perméabilité 10000 :
Screenshot 2023-10-28 122042.jpg
(noter le champ atteignant 4T, qui placerait le matériaux dans une saturation profonde si c'était modélisé).



Comme on le voit dans les simulations, les lignes de champ parcourent une grande distance dans l'air, ce qui limite fortement la force. Une meilleure géométrie consisterait à utiliser un aimant en U, ou à canaliser le flux avec un noyau magnétique suplémentaire.

[Antoane]

Une meilleure géométrie consisterait à utiliser un aimant en U, ou à canaliser le flux avec un noyau magnétique suplémentaire.

Un exemple en simulation :
Screenshot 2023-10-28 140837.png
J'ai ajouté un noyau de perméabilité 2000, ainsi qu'une ouverture dans le morceau de tole pour ne pas court-circuiter le circuit magnétique.


Deux résultats de simulation, pour deux configurations de tailles de l'ouverture dans la tole, avec des visualisations du champ B :

si la tole s'étend au dela de sous l'aimant :
Screenshot 2023-10-28 140929.jpg
untitled_groß.png

[B]Si la tole est seulement sous l'aimant et le noyau :
Screenshot 2023-10-28 141023.jpg
untitledklein.png

[OPT]

Bonjour
Merci pour toutes ses réponses

Ci dessous le montage sur lequel je travaille. Qui a déjà été réalisé et que je cherche à perfectionner.


J'ai donc une tôle. D'un coté, j'ai un "porteur" sur lequel est collé une matrice 7x30 d'aimants néodyme (qualité N52 dimension 25x25x12mm).
Quand les aimants sont au contact de la tôle et qu'il y a une pièce de l'autre coté de la tôle, alors celle-ci peut-être soulevée. Quand je veux libérer la pièce, alors j'éloigne les aimants de la tôle.

Mon porteur originel était en acier basique (µr 100 à 600 suivant Wikipedia). Je vais changer la matière en le faisant en inox 430 (µr de 1600 suivant Ugine). L'inox 430 est peu couteux et se trouve facilement.
Ma tôle était en inox 304 (austénitique) amagnétique. J'accepte un champ rémanent (magnétisme résiduel). Le questionnement initial était de savoir s'il y a mieux.

[OPT]

A l'époque, j'ai installé les aimants en damier comme ci-dessous

NSNSNSN
SNSNSNS
NSNSNSN

comprendre le pôle qui se retrouve au contact de la tôle

Aujourd'hui, je pressens que le montage en lignes alternées serait peut-être plus efficace.

NNNNNNN
SSSSSSSS
NNNNNNN
SSSSSSSS

Dans tous les cas, je vais faire un essai.

[Antoane]

Bonjour,

> Mon porteur originel était en acier basique (µr 100 à 600 suivant Wikipedia). Je vais changer la matière en le faisant en inox 430 (µr de 1600 suivant Ugine). L'inox 430 est peu couteux et se trouve facilement.
Le porteur doit avoir une perméabilité max, mais il faut une section suffisante pour ne pas saturer.

> Ma tôle était en inox 304 (austénitique) amagnétique. J'accepte un champ rémanent (magnétisme résiduel). Le questionnement initial était de savoir s'il y a mieux.
Je peux faire une simulation si tu donnes les paramètres physiques détaillés du montage.

[OPT]

Bonjour Antoane et merci pour ton support

1ère approche --> aimant A.jpg
Toutes les dimensions du porteur sont pifométriques. Je peux changer les dimensions des aimants mais en restant dans des standards.
Je ne peux pas vraiment augmenter l'epaisseur du porteur pour des questions de poids. C'est possible mais maxi d'environ 20%.
La présentation s'est un peu complexifiée. Le projet consiste à manutentionner une pièce en acier sous emballage carton. J'ai détaillé ce point car je pense qu'il y a certainement une saturation de la pièce levée.
Si j'ai déjà je peux voir quel sont les axes d'améliorations, cela m'aidera beaucoup.

2ème approche --> aimant B.jpg
L'entraxe de 5mm entre les aimants est aussi pifométrique. Dans la machine réalisée précédemment, l'entraxe était moindre : 1mm

[OPT]

La perméabilité de l'acier austénitique 304 serait de µr=1,02 --> https://en.wikipedia.org/wiki/Permea...ctromagnetism)
Personnellement, je trouve cela très bas. Mais bon, je n'ai pas les moyens de vérifier. Peut-être que je confonds différentes notions.

Pour rappel, celle de l'inox 430 serait de µr=1600

Le carton doit être équivalent à l'air.

L'acier de la pièce est le plus basique qui soit. Comme la plage indiquée varie de 100 à 600, je propose au milieu à 350 faute de mieux

Il y a une lame d'air entre le lit d'aimants et la tôle en inox 304 de 1mm.

[f6bes]

J'ai donc une tôle. D'un coté, j'ai un "porteur" sur lequel est collé une matrice 7x30 d'aimants néodyme (qualité N52 dimension 25x25x12mm).
Quand les aimants sont au contact de la tôle et qu'il y a une pièce de l'autre coté de la tôle, alors celle-ci peut-être soulevée. Quand je veux libérer la pièce, alors j'éloigne les aimants de la tôle.

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Bjr à toi, Moi ce qui me laisse intérrogateur: Comment éloignes tu la tole des aimants ? Avec quel dispositif ?
Ta tole peut etre en n'importe quoi ( je vois que tu utilises du carton...mais peu importe...meme du bois)
Ce n'est qu'une question de distance entre les aimants et la piéce à manutentionner .
Ou alors je n'ai pas tout compris !
Bonne journée

[agitateur]

l'éloignement par le carton va impacter trés trés fortement.
Un exemple:

Si vous êtes maitre du choix du carton, il faudra songer à le changer, peut être des cannelures moins épaisses et des papiers plus forts, parce que 5 mm de carton ça change énormément la chose.

[OPT]

Bonjour,
@ F6bes --> La tôle rose est fixe et le porteur bouge par rapport à celle ci avec un vérin pneumatique.

[OPT]

@ agitateur --> J'ai, sur le modèle initial, 300 aimants (capacité de levage commerciale annoncée de 28,5 kg par aimant soit 8,5T) et je soulève seulement 100kg péniblement. Je dois faire avec la pièce du client et son emballage.

[agitateur]

je croyais 7 aimants seulement. En fait rien compris entre ce que tu as fais avant, et ce que vas faire ici.....

[f6bes]

Bonjour,
@ F6bes --> La tôle rose est fixe et le porteur bouge par rapport à celle ci avec un vérin pneumatique.
Pièce jointe 486958

REmoi, Donc tu mettrais une plaque de plastique rigide, ce serait itou pareil.
Pas la peine de se focaliser sur une plaque de "métal".
De l'alu ferait la meme chose.
Bonne journée

[OPT]

Bonjour,
Après avoir découvert le logiciel FEMM et plusieurs itérations
Capture d'écran 2023-11-12 110506.png
La config la plus optimale est un agencement en quinconces tel que nous l'avions fait à l'époque :
NSNSNS
SNSNSN
NSNSNS
Le logiciel nous a permis de vérifier cela et aussi permis d'optimiser les distances entre aimants. Entre l'espace libre d'origine 3mm d'espace entre aimants et le nouvel espace de 5mm, on optimiserait de 20% ! Seulement 2mm

[OPT]

Je pose le lien du tuto qui m'a servi à la prise en main de FEMM (logiciel gratuit)
https://www.youtube.com/watch?v=tHdGGWTI9oM

[Antoane]

Bonjour,

La tole est-elle bien modélisée ? sous > 2 T, elle est en saturation assez profonde.

[OPT]

Je ne me rend effectivement pas bien compte si c'est si utile d'avoir potentiellement optimisé de 20%. Après, l'epaisseur de mon carton peut varier....... ce qui à minima augmente le coef de sécurité du système.
Comme c'est des dénominations américaines d'acier, sur le logiciel FEMM, je ne suis pas sûr à 100% que cela correspond à mon acier.