En résumé, les matériaux magnétiques permanents et les matériaux magnétiques doux sont deux « partenaires » complémentaires qui collaborent souvent. Ils remplissent des rôles différents en raison de leurs propriétés fondamentalement opposées, mais coopèrent étroitement car ils partagent le même objectif fonctionnel.
Leur relation peut être comprise comme suit :
- matériaux magnétiques permanentsIls fonctionnent comme une source de champ magnétique stable (par exemple, un aimant néodyme-fer-bore). Leur fonction principale est de fournir un champ magnétique constant et durable, et leur état de magnétisation est difficile à modifier.
- matériaux magnétiques douxIls fonctionnent comme des canaux et contrôleurs de champ magnétique efficaces (à l’instar d’un noyau de transformateur). Leur fonction principale est de guider, concentrer, amplifier ou commuter rapidement des champs magnétiques, et leur état de magnétisation est très facile à modifier.
Du point de vue de la boucle d’hystérésis, les principales différences dans leurs caractéristiques fondamentales sont les suivantes :
| Caractéristiques | Matériaux magnétiques permanents | Matériaux magnétiques doux |
| Boucle d’hystérésis B–H | Boucle d’hystérésis large avec une grande surface fermée | Boucle d’hystérésis étroite avec une petite zone fermée |
| Coercivité (Hc) | coercivité très élevée (typiquement > 10 kA·m⁻¹) | coercivité très faible (typiquement < 1 kA·m⁻¹) |
| Densité de flux rémanent (Br) | Densité de flux rémanent élevée | Faible densité de flux rémanent (idéalement proche de zéro) |
| Perméabilité magnétique (μ) | faible perméabilité relative | perméabilité relative très élevée |
| Comportement de magnétisation | Difficile à magnétiser et très résistant à la démagnétisation | Facilement magnétisé et facilement démagnétisé |
| Caractéristiques énergétiques | Conçu pour maximiser le produit énergétique maximal, (BH)_max, permettant un stockage efficace de l’énergie magnétique | Conçu pour minimiser les pertes magnétiques et permettre une conduction efficace du flux magnétique et une conversion d’énergie efficace |
| Matériaux représentatifs | NdFeB, SmCo, Alnico, Ferrite | Aciers électriques, ferrites magnétiques douces, composites magnétiques doux (SMC), alliages amorphes et nanocristallins |
Chevauchement et synergie des applications : comment fonctionnent-elles ensemble ?
Dans les dispositifs électromagnétiques modernes, ces matériaux sont souvent intégrés pour obtenir des fonctionnalités plus complexes et plus performantes. Voici quelques exemples typiques de leur application synergique :
| Domaine d’application | Rôle des matériaux magnétiques permanents | Rôle des matériaux magnétiques doux | Explication du fonctionnement synergique |
| Moteurs/générateurs à aimants permanents | Fournir un champ magnétique d’excitation constant (rotor ou stator) sans nécessiter d’alimentation électrique continue. | Former les noyaux magnétiques du stator et du rotor (généralement en aciers électriques ou SMC), en guidant et concentrant efficacement le flux magnétique pour compléter le circuit magnétique. | Les matériaux magnétiques doux agissent comme des voies magnétiques à faible réluctance, minimisant les pertes magnétiques et permettant au champ magnétique généré par les aimants permanents d’entraîner efficacement la rotation du moteur ou du générateur. |
| Loudspeakers and Headphones | Ring-shaped permanent magnets provide a stable and strong magnetic field. | Magnetic pole pieces and yokes (e.g., voice-coil formers and magnetic circuits) guide and homogenize the magnetic field, ensuring uniform motion of the voice coil. | Soft magnetic materials optimize the magnetic field distribution in the magnetic gap, enabling the voice coil to operate more linearly, thereby reducing distortion and improving acoustic efficiency. |
| Magnetic Resonance Imaging (MRI) | Generate an ultra-strong static magnetic field using permanent magnets or superconducting magnets. | Used in gradient coils and shim cores to enable rapid and precise local modulation of the magnetic field. | Permanent magnets establish the main static field, while soft magnetic materials enable fine magnetic field shaping and gradient control, working together to achieve high-resolution imaging. |
| Magnetic Coupling and Transmission | Installed on input and output shafts to provide interacting magnetic poles. | Used to guide, shield, or strengthen magnetic flux paths, depending on design requirements. | In applications requiring contactless power transmission (e.g., sealed systems), permanent magnets provide torque, while soft magnetic materials optimize magnetic flux coupling efficiency. |
In summary, the relationship between permanent magnetic materials and soft magnetic materials is one of synergy rather than competition. Permanent magnets act as “magnetic field engines,” while soft magnetic materials serve as “magnetic field routers.” Through their precise cooperation, they together form the foundation of nearly all devices for electromagnetic energy and signal conversion, ranging from household appliances to cutting-edge technologies.
