La rémanence, la coercivité, la coercivité intrinsèque et le produit d'énergie magnétique maximal sont les quatre paramètres les plus courants pour mesurer les performances des matériaux magnétiques. De plus, deux autres paramètres sont souvent observés dans les aimants finis : le magnétisme de surface et le flux magnétique (également appelé flux magnétique).
Magnétisme de surface
Le magnétisme de surface se définit simplement comme l'intensité de l'induction magnétique de la surface, définie comme le flux magnétique traversant une unité de surface. On l'appelle aussi densité de flux de surface. L'unité est le Gauss Gs ou le Tesla T. L'instrument de mesure est un gaussmètre ou un instrument de test à effet Hall.
Le magnétisme de surface désigne un point de mesure, ou plutôt la valeur d'une petite zone de mesure. La distribution du champ magnétique d'un aimant étant variable, le magnétisme de surface en différents points est généralement différent. Pour les domaines d'application nécessitant l'utilisation de champs magnétiques spatiaux, le magnétisme de surface ou la valeur de l'intensité d'induction magnétique d'un point donné est généralement considéré comme une exigence technique importante.
Diagramme de simulation de champ magnétique
Le magnétisme de surface est lié au rapport hauteur/diamètre de l'aimant (rapport hauteur/diamètre, où la hauteur ou l'épaisseur est considérée comme la direction de magnétisation). Plus le rapport hauteur/diamètre est élevé, plus le magnétisme de surface est élevé. Autrement dit, plus la surface perpendiculaire à la direction de magnétisation est grande, plus le magnétisme de surface est faible ; plus la taille dans la direction de magnétisation est grande, plus le magnétisme de surface est élevé. De plus, les éléments Hall des gaussmètres de différents fabricants sont différents, et le magnétisme de surface mesuré pour un même aimant est également légèrement différent.
Flux magnétique Φ
La physique du flux magnétique se définit comme le nombre de lignes de force magnétiques traversant perpendiculairement une zone donnée. Il s'agit simplement d'une grandeur physique mesurant l'intensité magnétique globale. L'unité est Wb, exprimée par Φ, Φ=B×S, B représentant l'intensité de l'induction magnétique, S l'aire du pôle magnétique. Autrement dit, l'intensité du flux magnétique dépend de l'aire du pôle magnétique et de l'intensité de l'induction magnétique.
L'instrument de mesure du flux magnétique est un fluxmètre. Grâce à la bobine de Helmholtz, il permet non seulement de mesurer le flux magnétique, mais aussi de calculer son moment magnétique, car la valeur mesurée du flux magnétique varie en fonction des paramètres du fluxmètre et de la bobine. Le flux magnétique et le moment magnétique s'apparentent davantage à la différence entre le poids et la masse. Le poids est affecté par la constante gravitationnelle. Le poids d'un même objet sur Terre et sur Mars est différent, mais sa masse est identique. En fonction du nombre de spires de la bobine, le flux magnétique d'un même aimant mesuré par différents fluxmètres et bobines peut être différent, mais le moment magnétique doit être identique.
Lorsque l'aimant est dans un état de circuit ouvert, la valeur réelle du magnétisme résiduel Bdi (également appelée densité de flux magnétique intrinsèque) correspondant au point de fonctionnement peut être calculée en convertissant le flux magnétique en moment magnétique, Bdi = Φ * constante de bobine / volume de l'aimant.
Le magnétisme rémanent, le magnétisme de surface et le flux magnétique sont trois concepts faciles à confondre. Clarifions-les ici :
Le magnétisme rémanent est la propriété essentielle du matériau. En l'absence d'auto-démagnétisation, le magnétisme résiduel d'un aimant reste inchangé. Il est déterminé par la formule de la matière première et le procédé de préparation. L'essai est réalisé en circuit fermé.
Le magnétisme de surface est la valeur de l'intensité d'induction magnétique de la position mesurée (une petite zone) lorsque l'aimant ou le composant magnétique est en circuit ouvert ou semi-ouvert. Le magnétisme de surface est un vecteur directionnel. Les données magnétiques de surface varient considérablement selon la surface de l'aimant. On parle généralement de magnétisme de surface perpendiculaire à la surface du pôle magnétique. Le magnétisme de surface d'un aimant isolé peut atteindre jusqu'à la moitié du magnétisme résiduel. Il s'agit d'un « aimant isolé ». Dans certains composants magnétiques et réseaux d'aimants, le magnétisme de surface de l'aimant peut être amélioré grâce à une conception spéciale du circuit magnétique, et sa valeur peut même dépasser le magnétisme résiduel.
Le flux magnétique est la grandeur magnétique de l'aimant entier, mesurée par la méthode de test de la bobine. Les composants magnétiques ne sont généralement pas adaptés à ce test. Le flux magnétique a également une direction par défaut. Bien entendu, la valeur du flux magnétique total peut également être mesurée à l'aide d'une bobine de Helmholtz tridimensionnelle. Une attention particulière doit être portée à la direction du test lors de la mesure du magnétisme de surface et du flux magnétique.
Connaissances approfondies – circuit magnétique
Un circuit magnétique désigne un composant doté d'un champ magnétique d'entrefer spécifique, formé par la combinaison d'un ou plusieurs aimants permanents et de matériaux conducteurs magnétiques de forme et de taille spécifiques. Les matériaux conducteurs magnétiques jouent un rôle dans le contrôle de la direction du flux magnétique, l'augmentation de l'intensité de l'induction magnétique locale, la prévention ou la réduction des fuites et l'amélioration de la résistance mécanique de l'ensemble du composant du circuit magnétique.
L'état magnétique d'un aimant unique totalement indépendant (sans matériaux conducteurs magnétiques ni autres matériaux magnétiques permanents pour modifier la direction du circuit magnétique) est généralement appelé état de circuit ouvert. L'exemple le plus courant consiste à placer un aimant sur une plateforme sans aucune attraction magnétique, sans aucun matériau conducteur magnétique ni autre aimant autour. L'aimant est alors en état de circuit ouvert.
Si le trajet magnétique d'un aimant est complètement bloqué dans un espace interne et ne présente aucun magnétisme vers l'extérieur, l'aimant est alors en circuit fermé. L'exemple le plus courant est celui d'un aimant mesurant sa courbe de démagnétisation, qui ne présente quasiment aucun magnétisme vers l'extérieur.
À l’exception des états de circuit ouvert et de circuit fermé, le reste peut être appelé circuit semi-ouvert.