Le principal domaine d'application des aimants permanents en terres rares est celui des moteurs à aimants permanents. Ces derniers sont communément appelés moteurs. Au sens large, les moteurs incluent les moteurs qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique, et les générateurs qui convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. On utilise les deux types de moteurs. Les équipements électriques fonctionnent selon la loi de l'induction électromagnétique ou de la force électromagnétique. Le champ magnétique d'entrefer est le principe de fonctionnement du moteur. Le champ magnétique d'entrefer généré par l'excitation électrique est appelé moteur à induction, et celui généré par un aimant permanent est appelé moteur à aimant permanent.
Le champ magnétique d'entrefer du moteur à aimant permanent est généré par l'aimant permanent, qui ne nécessite ni énergie électrique supplémentaire ni enroulements supplémentaires. Par conséquent, les principaux avantages du moteur à aimant permanent par rapport au moteur à induction sont son rendement élevé, ses économies d'énergie, sa compacité et sa structure simple. L'application de la magnéto, notamment dans les petits et micromoteurs, est donc largement répandue.
La figure ci-dessous illustre le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu à aimants permanents. Deux aimants permanents génèrent un champ magnétique au niveau de la bobine centrale, qui est parcourue par un courant. La force électromagnétique (règle de la main gauche) est générée sous l'action du champ magnétique, puis mise en rotation. La partie tournante du moteur est appelée rotor, et la partie fixe, stator. L'aimant permanent de la figure ci-dessous appartient évidemment au stator et la bobine au rotor.
Pour les machines électriques tournantes, lorsque l'aimant permanent est le stator, l'aimant en forme de tuile monté en surface de l'arc extérieur est fixé au boîtier ; lorsque l'aimant permanent est le rotor, l'aimant en forme de tuile monté en surface de l'arc intérieur est fixé au noyau du rotor. , ou intégré dans le noyau du rotor sous une forme carrée, comme illustré dans la figure ci-dessous.
Pour les moteurs linéaires, les aimants permanents sont principalement carrés et parallélogrammes, et les moteurs linéaires cylindriques utilisent également des aimants annulaires magnétisés axialement.
Les aimants des moteurs à aimants permanents présentent les caractéristiques suivantes :
1. La forme ne sera pas trop compliquée (sauf pour certains micromoteurs, comme les moteurs VCM), la plupart étant rectangulaires, en forme de tuile, d'éventail ou de pain. Dans un souci de réduction des coûts de conception, nombre d'entre eux utiliseront des aimants carrés en acier intégrés.
2. La magnétisation est relativement simple, essentiellement unipolaire, et un circuit magnétique multipolaire est formé après assemblage. Si l'anneau est entièrement réalisé, par exemple un anneau magnétique en NdFeB collé ou un anneau magnétique pressé à chaud, on utilise généralement une magnétisation par rayonnement multipolaire.
3. Les exigences techniques principales résident principalement dans la stabilité à haute température, la constance du flux magnétique et l'adaptabilité. Les aimants de rotor montés en surface nécessiteront une bonne affinité pour la colle. Les aimants de moteurs linéaires auront des exigences relativement strictes en matière de brouillard salin. Les aimants pour éoliennes auront des exigences plus strictes en matière de brouillard salin, et l'aimant du moteur d'entraînement nécessitera une très bonne stabilité à haute température.
4. Le produit d'énergie magnétique est appliqué en nuances élevées, moyennes et basses, mais la force coercitive se situe principalement aux niveaux moyen et haut de gamme. Actuellement, les nuances d'acier magnétique des moteurs d'entraînement des véhicules électriques présentent principalement un produit d'énergie magnétique et une force coercitive élevés, comme 45UH, 48UH, 50UH, 42EH, 45EH, etc. Un processus de diffusion mature est essentiel.
5. Les aimants segmentés à liaison sont largement utilisés dans le domaine des moteurs haute température. Leur objectif est d'améliorer l'isolation segmentaire des aimants afin de réduire les pertes par courants de Foucault lorsque le moteur tourne, certains aimants étant présents en surface. Un revêtement époxy est ajouté pour renforcer l'isolation.
Éléments de test clés pour les aimants de moteur :
1. Stabilité à haute température. Certains clients demandent de mesurer la décroissance magnétique en circuit ouvert, d'autres en circuit semi-ouvert. Lorsque le moteur fonctionne, l'acier magnétique doit supporter un champ magnétique inverse alternatif en plus d'une température élevée. La décroissance magnétique du produit fini et la courbe de démagnétisation à haute température du matériau de base doivent donc être testées et surveillées.
2. Consistance du flux. L'acier magnétique est utilisé comme source de champ magnétique pour le rotor ou le stator du moteur. Une différence de constance provoque des vibrations du moteur, réduit sa puissance et affecte son fonctionnement global. Par conséquent, l'acier magnétique du moteur présente généralement des exigences en matière de constance du flux magnétique : certains moteurs nécessitent 5%, d'autres 3%, voire 2%. Les facteurs affectant la constance du flux magnétique doivent être pris en compte, tels que la constance du magnétisme résiduel, la constance des tolérances et la constance des revêtements de chanfreinage.
3. Adaptabilité. La plupart des aimants montés en surface sont en forme de tuile. Pour l'angle et le radian inclus, la méthode d'essai bidimensionnelle conventionnelle présente des erreurs importantes ou est difficile à tester. Son adaptabilité doit donc être prise en compte. Certains aimants rapprochés nécessitent un contrôle de l'espace accumulé ; certains aciers magnétiques montés en surface à queue d'aronde nécessitent un assemblage serré. Il est préférable de réaliser un dispositif de profilage adapté à la méthode d'assemblage de l'utilisateur afin de tester l'adéquation de l'acier magnétique.
Le personnel chargé des achats doit se concentrer sur les points suivants :
1. Marché des terres rares. Le coût d'un moteur étant le plus important, l'acier magnétique a toujours été la principale source de réduction de ce coût. La forme de l'aimant étant relativement simple, le coût du matériau représente la part la plus importante. Les acheteurs doivent être attentifs aux métaux des terres rares en permanence. Les conditions du marché permettent de comprendre l'évolution des prix des aimants de moteur.
2. Indicateurs de performance. La forme de l'acier magnétique étant relativement simple et le coût du matériau y étant pour beaucoup, l'indice de performance influence directement la teneur en terres rares lourdes de l'acier magnétique, et donc son coût.
3. Quantité. La plupart des aimants de moteur sont relativement grands, avec une longueur comprise entre 10 mm et plus de 100 mm. Le nombre de pièces produites à partir d'une ébauche est faible. Par conséquent, en cas de faible demande, le stock d'ébauches sera gaspillé et la production de moules fixes nécessitera une répartition des coûts de moulage.