Comment calculer la force d’aimantation d’un aimant de levage permanent ?
14 janvier 2020Les aimants nous sont utiles dans la vie de tous les jours, que ce soit personnellement ou professionellement. Peut-être n’en avez vous pas concience, cependant, de nombreux aimants sont « cachés » dans de nombreux objets de la vie quotidienne comme dans les disques durs d’ordinateurs, les hauts parleurs, etc.
Lorsque l’on s’intéresse aux aimants, nous nous rendons rapidement compte qu’il en existe de toutes les formes, mais également élaborés avec différentes matières (ferrite, néodyme, holmium, etc.). Nous allons vous expliquer ici les principales différences et avantages entre les différents aimants présents sur le marché.
Dans quelles applications utilise-t-on des aimants ?
Les aimants existent se présentent sous différentes formes : barreau, aiguille allongée, fer à cheval, rond, carré, etc.
Les aimants sont fabriqués à partir d’un matériau magnétique dur. La principale caractéristique de l’aimant est qu’il possède un champ magnétique lui donnant une force d’attraction sur les objets constitués de matière ferromagnétique (ferreuse). Chaque aimant possède deux pôles, le « pôle nord » et le « pôle sud ». Deux pôles opposés s’attirent alors que deux pôles identiques se repoussent.
Il existe quatre types d’aimants :
- L’aimant permanent : Aimant à base d’un matériau ferromagnétique.
- Particularité : il garde toujours son magnétisme
- L’aimant de levage : Aimant permanent.
- Particularité : il est équipé d’un levier qui active ou désactive son magnétisme pour permettre la levée et la dépose d’objets ferreux lourds
- L’électroaimant : Un noyau métallique (fer doux) entouré d’une bobine de fil « électrique » qui, mis sous tension, génère un champ magnétique donc une aimantation de pièces ferreuses.
- Particularité : il permet de soulever de lourdes charges
- L’électroaimant supraconducteur : Bobine de fils en alliage métallique spécial qui devient un supraconducteur quand il est refroidi à une température très basse (-273°C).
- Particularité : c’est l’aimant le plus puissant, mais très cher et très difficile à mettre en oeuvre (application : imagerie par résonnance magnétique (IRM), accélérateur de particules, lévitation magnétique, fusion nucléaire et prochainement dans les mémoires d’ordinateur.)
Caractéristiques des aimants
Aimant ferrite
L’aimant en ferrite est parfois appelé aimant céramique, c’est l’aimant le plus utilisé.
Cet aimant a l’avantage d’être le moins cher des aimants et d’avoir une assez bonne résistance à la température. En effet, l’aimant en ferrite reste magnétique jusqu’à une température de 200 à 225°C. En revanche, il a une assez faible puissance magnétique comparé aux autres aimants existants.
Il existe deux versions d’aimant en ferrite : la version isotrope (magnétise dans les deux axes avec des propriétés magnétiques identiques) et la version anisotrope (un seul axe de magnétisation présentant une puissance d’attraction deux fois plus importante que la version isotrope)
Aimant « Sam/co » en samarium et cobalt
L’aimant en samarium et cobalt est un aimant qui possède une très forte puissance magnétique et une bonne résistance aux hautes températures. Cet aimant résiste bien à l’oxydation et à la démagnétisation. Il est notamment utilisé dans les produits électroniques, les appareils médicaux et dans l’industrie automobile.
L’aimant Sam/Co est vendu sur le marché à un prix relativement élevé comparé aux autres aimants.
Aimant « Alnico » en aluminium, nickel et cobalt
L’aimant Alnico est issu d’un alliage mélangeant l’aluminium, le nickel et le cobalt. Cet aimant a un faible coût d’achat, un fort magnétisme et une très bonne tenue aux hautes températures. Cependant, il a une très faible résistance à la démagnétisation.
Aimant « NdFeB » en néodyme, fer et bore
Le néodyme a été découvert en 1885 par un chimiste Autrichien, et a été produit de manière relativement pur pour la première fois en 1925. Le néodyme est traduit en anglais par le mot ‘neodymium’.
Cet élément chimique est utilisé dans de nombreuses applications : colorant pour le verre (solaire et de protection) et pour la céramique, isolant dans les condensateurs, aimants, etc.
Le néodyme fait parti du groupe des terres rares, son symbole chimique est Nd et son numéro atomique 60. Associé au fer et au bore, le néodyme compose est un des éléments composant Nd2Fe14B qui permet de réaliser des aimants permanents extrêmement compacts et puissants.
Les aimants permanents en néodyme créés à partir de cet alliage trouvent leur utilité dans de nombreux domaines insoupçonnés : générateurs électriques, moteurs électriques, hauts parleurs, disques durs, etc.
Dans le milieu industriel, cet alliage nous est indispensable pour le levage et la manutention de pièces métalliques ferreuses. Ces aimants industriels nous permettent notamment de soulever des charges très lourdes grâce à des aimants de levage. Ils peuvent également être utilisés comme ‘ventouse’ (ou balais) magnétique afin de ramasser des déchets métalliques. Ils peuvent être utilisés comme poignée magnétique pour la manutention de tôles, filtres magnétiques pour éliminer les particules ferreuses des produits, séparateurs de tôles pour dépiler des paquets de tôles, etc.
L’aimant en néodyme est actuellement l’aimant standard le plus puissant du marché. Son point faible est la corrosion, c’est pourquoi l’aimant est protégé par un revêtement en nickel ou en zinc.
Aimant en holmium
Nous n’allons pas comparer l’aimant en holmium avec les autres aimants car il est peu commun, mais il mérite tout de même une petite description.
L’holmium est un aimant issu de terre très rare, il sert à fabriquer les aimants supraconducteurs (L’holmium est l’élément atomique n°67 de symbole Ho). Très puissant, mais très peu utilisé compte tenu de son coût, il est, entre autres, implanté dans le four expérimental de fusion nucléaire du projet ITER et quelques rares autres applications.
Comparaison des propriétés des aimants
Analyse du tableau de propriétés
Suite à une analyse des descriptions des quatre types d’aimants ci-dessus ainsi que du tableau ci-contre, il est possible de comprendre les larges différences entre ces aimants. Les aimants qui vont principalement nous intéresser sont les deux les plus présents sur le marché : l’aimant ferrite et l’aimant néodyme.
Nous avons mis des couleurs afin de faciliter la lecture du tableau :
- en vert l’aimant ayant la meilleure performance,
- en jaune l’aimant ayant la 2ème meilleure performance,
- en orange l’aimant ayant la 3ème meilleure performance,
- en rouge l’aimant ayant la moins bonne performance.
Ci-dessous un tableau comparant les différentes propriétés des aimants.
Différences entre l’aimant en ferrite et l’aimant en néodyme
- Les aimants en néodyme sont 3 fois plus rémanents que ceux en ferrite
- Les aimants en néodyme emmagasinent également près de 10 fois plus d’énergie
- Les aimants en néodyme sont plus compacts que les aimants en ferrite pour une même force
- Les aimants en néodyme sont les plus puissants du marché
- Les aimants en ferrite sont plus adaptés aux températures élevées
- Les aimants en ferrite sont les moins chers du marché
Explication des propriétés du tableau
Rémanence magnétique : La rémanence Br mesure l’induction ou la densité de flux qui persiste dans un aimant après avoir été magnétisé.
Unité : Tesla (T)
Au plus cette valeur est élevée, plus l’aimant est fort.
Coercivité bHC : Valeur de l’excitation coercitive bHc de d’intensité de flux. Permet de connaître l’intensité du champ magnétique inverse nécessaire pour démagnétiser un aimant (pour l’annulation du champ magnétique visible)
Unité : Kilo Ampères par mètre (kA/m)
Au plus cette valeur est élevée, plus l’aimant gardera ses capacités magnétiques quand il sera soumis à un champ de direction opposée.
Coercivité jHC : Valeur de l’excitation coercitive jHc de polarisation. Permet de connaître l’intensité du champ magnétique opposé nécessaire pour complètement démagnétiser un aimant (pour la démagnétisation permanente de l’aimant)
Unité : Kilo Ampères par mètre (kA/m)
Produit d’énergie max : L’énergie maximum que peut emmagasiner un aimant
Unité : Kilo Joules par mètre cube (kJ/m cube)
Pour une même application, on peut utiliser un petit aimant avec un grand produit énergétique ou un grand aimant avec un petit produit énergétique.
Densité : Densité du flux magnétique, autrement appelé « champ B » ou « induction magnétique ». Permet de connaître la quantité de lignes de champ magnétique qui traversent une surface à un certain point.
Unité : Grammes par mètre cube (g/m cube)
Température maximale de résistance à la chaleur de l’outillage : Température maximale avant de commencer à connaître une perte de magnétisation (réversible lorsque l’aimant refroidit si légèrement dépassé).
Unité : Degrés Celsius (°C)
Dépasser cette valeur entraîne une perte de magnétisation réversible.
Température point de Curie : Température à laquelle la structure de l’aimant commence à se modifier de manière permanente, la magnétisation est perdue de manière permanente.
Unité : Degrés Celsius (°C)
Dépasser cette valeur entraine une perte de magnétisation permanente.
Dureté Vickers : Dureté du matériau face à la pénétration d’un poinçon (pyramide en diamant avec la méthode de Vickers)
Unité : Dureté Vickers(HV)
Au plus la valeur est élevée, plus l’aimant est dur.
Ci-dessous un tableau simplifié comparant les différentes propriétés des aimants.
Pour tout travail de levage, il est évidemment important d’opter pour un aimant en néodyme, ce qui est le cas des aimants de levage que nous proposons dans notre catalogue. Avant l’achat d’un aimant de levage, il y a des calculs à faire afin de savoir si l’aimant que vous allez acheter pourra soulever vos pièces métalliques ferreuses. Pour cela, consultez notre guide de calcul de la force d’aimantation ou appelez-nous.Pour tout travail avec des hautes températures, l’Alnico, la ferrite et le Sam/Co ont de bien meilleures performances que le néodyme tout en gardant un bon niveau de magnétisme pour le Sam/Co et l’Alnico. En cas de besoin, merci de nous consulter.
En revanche, concernant les aimants permanents, tout dépend de l’utilisation que vous allez en faire. En résumé, les aimants en ferrite ont un magnétisme plus faible que les aimants en néodyme, mais peut-être que leur résistance à la corrosion et à la rouille ainsi que leur stabilité thermique, largement supérieurse à celle des aimants en néodyme, vous conviendra d’avantage.
Avantage des aimants de levage dans l’industrie
Les aimants de levage ne nécessitent aucun entretien, ont une très longue durée de vie et sont accessibles à un coût relativement faible.
Vous n’avez besoin d’aucun outil spécifique pour lever une pièce ferreuse.
Vous n’avez pas besoin de laisser beaucoup d’espace autour de la pièce pour pouvoir la saisir avec des bras de préhension (comme d’une pince de levage).
Gain de productivité : vous posez l’aimant sur la pièce, vous basculez le levier de commande et immédiatement vous pouvez lever la pièce.
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