Por: Mauricio Borchardt Pedro Egerland Imãs Permanentes Por: Mauricio Borchardt Pedro Egerland

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos

Materiais Magnéticos Duros Pertencem a classe dos materiais ferromagnéticos. O termo Duro está associado a resposta magnética do material a um campo externo (difícil magnetização). Aplicações: Acionamentos Transdutores Automação e informática Medicina Geração e distribuição de energia

Endurecimento mecânico É realizado por meio da inclusão de partículas polarizadas no material a ser endurecido.

Endurecimento mecânico

Anisotropia de forma É o fato de que um material não amorfo tem o nivel de dificuldade de desmagnetização por um campo externo diferente de acordo como este incide sobre usa superfície.

Anisotropia magneto cristalina

Anisotropia magneto cristalina

Magnetização de Saturação

Imãs permanentes Aplicações: Motores elétricos Computadores Aparelhos CD Automóveis Separadores magnéticos Mancais magnéticos

Evolução dos imãs Materiais magnéticos naturais como a magnetita são conhecidos há cerca de 3.000 anos. No século XX as melhorias ocorreram rapidamente, primeiro com o Alnico, uma liga de alumínio, níquel e cobalto.

Evolução dos imãs O imã de ferrite surgiu em 1950, fabricado com ferro e óxidos de bário, tendo-se tornado muito popular; Em 1960 foi desenvolvido o primeiro ímã de terra rara, o samário-cobalto (SmCo5); Em 1983 surge o Neodímio Ferro Boro (Nd2Fe14B); Em 1990 foi descoberto o Samário Ferro Nitrogênio (Sm2Fe17N3), por um grupo de pesquisa europeu.

Histórico de desenvolvimento dos Imãs

Terras Raras

Propriedades Magnéticas Intrínsecas Fase Magnética Polarização 𝑱 𝒔 [T] Temperatura de Curie [℃] Campo Anisotrópico 𝑯 𝑨 [T] 𝐵𝑎 𝐹𝑒 12 𝑂 19 0,38 450 5 𝑆𝑚 𝐶𝑜 5 1,14 720 30 𝑆𝑚 2 𝐶𝑜 17 1,25 910 20 𝑁𝑑 2 𝐹𝑒 14 𝐵 1,60 312 14 𝑆𝑚 2 𝐹𝑒 17 𝐶 1,20 380 18 𝑆𝑚 2 𝐹𝑒 17 𝑁 3 1,54 470

Curva de Desmagnetização

Desmagnetização

Desmagnetização

Desmagnetização

Desmagnetização

Produto energético O elemento chave associado à evolução dos ímãs é o produto energético O produto energético de um ímã relaciona a energia armazenada em seu campo magnético ao seu tamanho.

Produto energético

Produto energético O produto energético dos ferrites chega a aproximadamente 40kJ/m3; Ímãs de terras raras chegam a atingir 400kJ/m3; O produto energético dos ímãs mais avançados tem dobrado a cada 12 anos.

Produto de energia máximo (BH)

Imã de Alnico (AlNiCo) Características: Baixa resistência à desmagnetização Fácil de magnetizar e calibrar depois da montagem Excelente estabilidade a diferentes faixas de temperatura Alta resistência à corrosão Não necessita revestimento ou proteção especifica Capacidade de trabalho a altas temperaturas Permite geometrias mais complexas que os outros imãs

Imã de Alnico (AlNiCo) Aplicações: Sensores Medidores de Energia Medidores volumétricos e de vazão Motores Dispositivos de fixação

Imã de Alnico (AlNiCo)

Imã de Alnico (AlNiCo)

Imã de Ferrite (𝐵𝑎 𝐹𝑒 12 𝑂 19 ) Características: Boa resistência à desmagnetização Baixo custo Alta resistência à corrosão Boa estabilidade à temperatura Facilidade de magnetização

Imã de Ferrite (𝐵𝑎 𝐹𝑒 12 𝑂 19 ) Aplicações: Alto-Falantes Motores Separação magnética Dispositivos de fixação Movimentação de materiais Geradores Rotores

Imã de Ferrite (𝐵𝑎 𝐹𝑒 12 𝑂 19 )

Imã de SmCo Características: Alta resistência a desmagnetização Excelente resistência a corrosão Alta estabilidade térmica (pode trabalhar a temperaturas de até 350°C)

Imã de SmCo Aplicação: Motores Unidades compactas de alta energia Microfones Sensores Aceleradores de partículas

Imã de SmCo

Imã de NdFeB São os imãs permanentes mais avançados atualmente. Características: Apresenta melhor custo-benefício (custo por energia) Alta resistência a desmagnetização Razoável estabilidade a temperatura (temperatura de trabalho de 80°C a 180°C)

Imã de NdFeB Aplicação: Motores de alta performace Motores de CC Equipamentos de ressonância magnética Alto-Falantes Sensores Separação magnética Dispositivos de fixação

Imã de NdFeB São produzidos a partir de óxidos e metais, moídos e sintetizados. Em função de sua alta oxidação é necessário o uso de revestimentos protetivos, metálicos como zinco e níquel ou epóxi.

Imã de NdFeB

Imã de NdFeB

Imã de Nd Bonded São ímãs compostos por pós de NdFeB em base de Termoplásticos. Características: Boa resistência à corrosão Boa resistência ao lascamento Permite imantação multipolar Pode-se magnetizar toda a peça ou somente parte da mesma São materiais isotrópicos e podem ser magnetizados em qualquer direção

Imã de Nd Bonded Aplicações: Motores CC Sensores

Imã de Nd Bonded

Circuitos magnéticos com imãs permanentes Núcleo com enrolamento de N espiras

Circuitos magnéticos com imãs permanentes Ciclo de histerese

Circuitos magnéticos com imãs permanentes Curva de desmagnetização

Circuitos magnéticos com imãs permanentes O máximo produto BH para uma substância indica a máxima densidade de energia (J/m3) que é armazenada no ímã. A tabela abaixo apresenta os valores de Retentividade, coercitividade e BHmax de diversos tipos de ímãs permanentes.

Ponto de operação de um imã permanente Para determinar o ponto de operação do imã permanente devemos descobrir a equação da reta de cisalhamento; Consideremos um circuito magnetizado permanentemente, com um entreferro:

Ponto de operação de um imã permanente Aplicando-se a lei de Ampére a este circuito, teremos:

Ponto de operação de um imã permanente O fluxo magnético será igual, tanto no entreferro como no ímã, portanto : Considerando-se o efeito de espraiamento do fluxo no entreferro, podemos escrever:

Ponto de operação de um imã permanente Então obtemos a equação da reta de cisalhamento: