L'inspection des aimants est un aspect critique de la conception et du fonctionnement des éoliennes. Les performances de l'éolienne sont étroitement liées à l'homogénéité de la distribution du champ magnétique dans les aimants permanents. Dans cette étude de cas, un fabricant basé en Scandinavie cherchait une solution pour inspecter la distribution et la qualité du champ magnétique des grands aimants à surface incurvée de ses turbines. Pour ce faire, ils ont utilisé le dernier module de balayage de contours d'aimants courbes de Magcam dans le logiciel MagScope de Magcam, en utilisant le scanner Combi de Magcam équipé d'un capteur laser supplémentaire pour les mesures de distance.
Inspection des distributions de champ magnétique de grands aimants de surface incurvés utilisés dans les éoliennes avec la solution de balayage des contours de Magcam
PROFIL
DÉFIS
L'une des principales difficultés rencontrées par ce fabricant d'éoliennes dans le cadre de ce processus était la taille et la forme des aimants utilisés dans l'éolienne. Les aimants étaient de grande taille et de forme variée, ce qui rendait difficile la mesure précise de la distribution du champ magnétique. En outre, les récents développements dans le domaine des grandes éoliennes ont nécessité l'optimisation de la forme des aimants permanents, ce qui a encore compliqué le processus de conception. Les modules de puissance de l'éolienne intègrent des aimants préassemblés à surface incurvée dont les dimensions peuvent atteindre 140x80x30 mm. Au niveau de l'échantillon de cette application, les surfaces de l'aimant sont plates. Mais au niveau des composants, les aimants ont des surfaces incurvées.
SOLUTION
Pour relever ces défis, Magcam a développé la dernière solution de balayage des contours d'aimants courbes, qui utilise MagScope, le logiciel développé en interne par Magcam. Cette solution permet de mesurer avec précision les distributions de champs magnétiques sur des surfaces magnétiques courbes aussi bien que sur des surfaces magnétiques planes. La courbure étant une considération essentielle dans la conception de ces turbines, la solution de balayage des contours de Magcam facilite la vérification des assemblages de modules d'aimants permanents à un stade précoce.
Ces grands aimants incurvés sont placés dans une pince de maintien spécifique montée sur le plateau rotatif du scanner pendant la mesure. Un support préliminaire a été fourni par le client. Cependant, Magcam a développé par la suite, dans son atelier, un support polyvalent imprimé en 3D qui permet de monter facilement différents types d'aimants sur le même support.
Dans cette configuration, la mesure laser de la forme et de la position de l'aimant est d'abord effectuée à l'aide du scanner Combi de Magcam en mode rotor. L'étape suivante a consisté à déterminer la trajectoire du balayage de manière à ce que la caméra MiniCube 3D de champ magnétique soit toujours orientée perpendiculairement à la surface de l'aimant. En outre, la trajectoire doit être régulière afin d'obtenir des mesures de haute qualité et de respecter les spécifications du scanner.
Magcam y est parvenu en déplaçant simultanément l'axe linéaire et l'axe de rotation. Des bandes consécutives sont mesurées sur la hauteur de l'aimant. Toutes les bandes sont assemblées de manière transparente pour former une image complète du champ magnétique à l'aide des fonctions standard du MagScope.
RÉSULTATS DU TEST DE L'AIMANT
Essais initiaux de l'aimant de bloc
Les premiers essais de blocs magnétiques sans courbure ont été effectués dans le laboratoire de Magcam en Belgique. Les aimants en bloc ont une forme rectangulaire de 60x75x20 mm. Le test initial a mesuré la distribution du champ magnétique à une distance de 0,5 mm de la surface de l'aimant. La zone de mesure a été étendue jusqu'à 20 mm de plus que les bords physiques de l'aimant afin de capturer l'ensemble du champ magnétique et son comportement.
Les résultats ont été fournis au client sous la forme d'une vidéo du processus de test, de diverses photos de l'installation de test, de captures d'écran du logiciel d'analyse MagScope et de données brutes de champ magnétique mesuré dans un format .csv lisible pour une analyse et une vérification plus approfondies.
Test de l'aimant courbé
Des tests ont ensuite été effectués sur des aimants courbes et les résultats ont été conformes aux attentes du fabricant. Le fabricant a utilisé ces données pour optimiser la conception et les performances des aimants de l'éolienne, afin de garantir une efficacité et des performances maximales.
Une partie de ce processus de mesure consiste à utiliser les mesures dans les directions avant et arrière sur la surface de l'aimant. Un équilibre entre la vitesse de déplacement, la résolution de la surface et la distance de mesure a été trouvé et peut être réglé par l'utilisateur final dans le MagScope.
Partie essentielle du puissant système de balayage du champ magnétique, MagScope a été mis à jour avec de nouvelles fonctions de mesure et d'analyse et des améliorations de l'interface utilisateur.
La mesure de la distribution du champ magnétique n'est que la première étape de la collecte des données de distribution du champ magnétique avant l'analyse détaillée des données. La distribution du champ magnétique recèle d'innombrables informations sur la qualité de l'aimant mesuré. L'utilisation d'algorithmes d'analyse appropriés permet d'accéder aux données brutes et d'en extraire un maximum d'informations.
Les données collectées pendant le balayage de mesure peuvent être sauvegardées dans différents formats. Par exemple, le format binaire.mcb de Magcam peut être ouvert, ré-analysé ou post-traité dans MagScope. Magcam fournit également un format .csv qui peut être facilement importé dans d'autres outils d'analyse comme Excel, MATLAB, etc.
Suite à l'inspection Magcam, les caractéristiques des aimants permanents des éoliennes après une magnétisation préalable à l'assemblage sont les suivantes :
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Formes détaillées de la distribution du champ magnétique en 3D sur toute la surface de l'aimant,
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Inhomogénéités dans la distribution du champ magnétique,
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Désalignement du champ magnétique total,
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Effets mécaniques et magnétiques de l'arrondi des bords,
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Mesure de la puissance magnétique totale,
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Contrôle de la précision des dimensions de l'aimant.
"Le scanner combiné de Magcam nous aide à mesurer avec précision la surface complète de l'aimant sans limitation de forme, qu'il s'agisse de surfaces magnétiques planes ou courbes. Après avoir discuté du défi posé par les surfaces courbes avec l'équipe de Magcam, celle-ci n'a pas hésité à développer un module complémentaire de balayage des contours courbes pour son logiciel MagScope et a conçu en outre un outil de maintien de type multi-aimant."
MISE EN SERVICE ET FORMATION SUR PLACE
Une session de formation a été organisée après que l'équipe d'ingénieurs de Magcam ait calibré et mis en service le scanner sur place. L'objectif était de d'apprendre aux ingénieurs à créer différentes configurations de mesure, à sauvegarder les données et à former les opérateurs à lancer ces mesures à partir de schémas préenregistrés. Le personnel chargé de l'assurance qualité a également été formé à l'analyse, à la sauvegarde et à la distribution des résultats d'analyse.
HISTORIQUE DE L'ETUDE DE CAS
Le premier contact avec le client a eu lieu lors d'une conférence au Danemark il y a quelques années. Plus tard, une réunion a eu lieu lors d'une exposition en Allemagne où les experts de Magcam ont effectué la première mesure de démonstration en direct sur les aimants du client. Ensuite, le NDA (accord de non-divulgation) a été signé et des discussions plus approfondies ont eu lieu. Le client a décidé d'acheter le scanner Magcam Combi, avec le logiciel MagScope inclus, après que Magcam ait effectué un service de mesure et d'analyse.