Motor de ímanes permanentes
Um motor de ímanes permanentes é um motor elétrico que utiliza um motor de ímanes permanentes para gerar o campo magnético necessário ao seu funcionamento. Ao contrário dos motores eléctricos tradicionais, que utilizam electroímanes criados pela passagem de corrente através de bobinas de fio, os motores de ímanes permanentes têm ímanes incorporados na sua estrutura.
Utilizamos principalmente a geração e preservação do magnetismo em materiais para motores de ímanes permanentes, como o NdFeB. A necessidade funcional mais fundamental dos materiais magnéticos é esta. Como se pode então quantificar a capacidade de um íman para produzir e manter o magnetismo? A remanência Br, a força coerciva Hcb, a força coerciva intrínseca Hcj e o produto de energia magnética máxima BH (max) são as quatro indicações que normalmente utilizamos.
É necessário compreender primeiro a curva de desmagnetização para compreender plenamente os sintomas acima mencionados. O motor magnético permanente magnetizado deve ser capaz de suportar o impacto de vários elementos que são prejudiciais ao magnetismo durante o funcionamento, uma vez que o material magnético permanente deve primeiro ser magnetizado. Todo o desempenho do íman pode ser representado com precisão pela curva de desmagnetização.
Um exemplo de um loop de histerese de um íman permanente é mostrado na imagem acima. A curva de magnetização está localizada no primeiro quadrante, a curva de desmagnetização está localizada no segundo quadrante, a curva de desmagnetização inversa está localizada no terceiro quadrante do motor de íman permanente, e assim por diante.
A intensidade do campo magnético aplicado H é representada pela abcissa, enquanto a intensidade da polarização magnética J e a intensidade da indução magnética B são representadas pela ordenada.
Em suma, o campo magnético interno do íman é representado pela intensidade de polarização magnética J, e os campos magnéticos externo e interno do íman somam-se para formar a intensidade de indução magnética B.
A curva de desmagnetização é a fonte dos quatro parâmetros de desempenho magnético: remanência, força coerciva, força coerciva intrínseca e produto máximo de energia magnética.
A linha azul na figura acima é conhecida como a curva de desmagnetização B-H (a curva de alteração da intensidade de indução magnética B e o campo magnético externo H), e a linha vermelha é conhecida como a curva de desmagnetização J-H (a curva de alteração da intensidade de polarização magnética J e o campo magnético externo H), também conhecida como a curva de desmagnetização intrínseca do motor de ímanes permanentes.
Cada domínio magnético é representado por uma pequena caixa. Um íman é constituído por numerosos domínios magnéticos e a seta representa o eixo C da direção da magnetização que ocorre espontaneamente.
Uma forma de concetualizar o domínio magnético é como um íman minúsculo, uma A seta representa o eixo C da direção da magnetização espontânea dos domínios magnéticos, que é constituída por numerosos domínios magnéticos. Como ilustrado na Figura 1, os ímanes permanentes num estado magneticamente neutro - basicamente, ímanes que não foram magnetizados - têm a maioria dos seus domínios magnéticos nas mesmas coordenadas do motor de ímanes permanentes, mas as suas direcções anulam-se mutuamente, tornando-os invisíveis para o mundo exterior.
Quando é aplicado um campo magnético ao longo da direção de magnetização, os domínios magnéticos deslocam-se gradualmente e rodam através das paredes do domínio magnético, de modo a que as direcções do eixo C apontem na mesma direção, como se mostra na Figura 2 e na Figura 3. Esta é a curva de magnetização.
O valor correspondente da intensidade de polarização magnética do íman quando a magnetização saturada é chamada é a intensidade de polarização magnética de saturação Js.
Quando o íman está saturado e magnetizado, o campo magnético externo é removido. Pode ver-se na figura que a maioria dos domínios magnéticos mantém a mesma direção. Um pequeno número deles gira ligeiramente, mas a direção principal permanece inalterada, como mostra a Figura 4. Desta forma, a intensidade da indução magnética e a polarização magnética do íman mantêm um valor elevado.
Este valor é chamado de intensidade de indução magnética residual Br ou intensidade de polarização magnética residual Jr. O entendimento intuitivo é que após o campo magnético externo ser removido do motor de íman permanente saturado magnetizado,
a intensidade de indução magnética remanescente B ou a intensidade de polarização magnética J do íman, quando é aplicado um campo magnético externo Quando H é 0, Br=Jr, utilizamos frequentemente Br para o descrever, que é o que chamamos mais frequentemente magnetismo residual, a unidade é Gs ou T. Quanto mais elevado for Br, mais forte é a intensidade de indução magnética que pode ser retida e maior é o potencial para se tornar um material magnético forte.
Quando o campo magnético externo aplicado aumenta na direção oposta, os domínios magnéticos do íman deslocam-se e rodam gradualmente, como mostra a figura 5. Quando a intensidade do campo magnético atinge um determinado valor, a intensidade da indução magnética B do íman cai para 0.
Um entendimento simples é que o campo magnético retido no interior do íman A intensidade do campo magnético e a intensidade do campo magnético inverso aplicado anulam-se mutuamente. Neste momento, o valor da intensidade do campo magnético correspondente é chamado de coercividade magnética Hcb (também escrito como bHc), e a unidade é Oe ou kA/m.
A coercividade magnética Hcb está intimamente relacionada com a inclinação da curva de desmagnetização J-H. Se o domínio magnético do íman for difícil de deslocar ou rodar num curto período de tempo, a linha J-H será muito reta, pelo que numericamente Hcb estará infinitamente próximo do limite superior de Br e Hcb. É Br, Hcb=Br.
Esta é uma situação ideal, o que significa que não há tendência para o domínio magnético se inverter antes de a intensidade do campo magnético inverso atingir o motor de ímanes permanentes numéricos Br. Desta forma, o íman é muito estável, ou seja, o íman é numericamente sensível ao campo magnético inverso. A resistência à desmagnetização no estado inicial é muito forte abaixo de Br.
Quando o campo magnético inverso continua a aumentar, atinge um valor crítico, e o domínio magnético inverso aparece rapidamente, fazendo com que a intensidade da polarização magnética do íman caia rapidamente para 0. Um entendimento simples é que a intensidade do campo magnético retido no interior do íman cai para 0, como mostra a Figura 6.
O valor correspondente da intensidade do campo magnético é designado por força coerciva intrínseca Hcj (também designada por jHc), e a unidade é Oe ou kA/m.
A força coerciva intrínseca é uma grandeza física que reflecte a capacidade do íman para resistir à desmagnetização. Quanto maior for a força coerciva intrínseca, mais forte é a capacidade de resistir à desmagnetização. Mais precisamente, quanto mais forte for a capacidade de resistir à desmagnetização completa do motor de ímanes permanentes.
Deve ser dada especial atenção à diferença entre Hcj e Hcb. Quando Hcj é numericamente maior que Br, o valor limite de Hcb é Br. Quando Hcj é numericamente menor que Br, o valor limite de Hcb é Hcj.
O produto de B e H correspondente a qualquer ponto da curva de desmagnetização B-H é chamado de produto de energia magnética. O valor máximo é o produto máximo de energia magnética (BH)max. Teoricamente, o produto da energia magnética máxima (BH)max=½ Br².
O produto da energia magnética máxima tem em conta o magnetismo residual. E a coercividade magnética, cujo valor representa a energia magnética contida no íman, e pode também refletir a inclinação inicial da linha J-H, em unidades de GOe ou j/m³.
Se os quatro parâmetros acima referidos ainda forem difíceis de compreender, pode simplesmente pensar no íman como um copo de água, a magnetização é o aquecimento, o magnetismo residual é o calor da água depois de parar o aquecimento, a desmagnetização é como arrefecer a água e o Hcb é quando a baixa temperatura ambiente atinge um valor elevado, compensa o calor da água e não reflecte o calor como um motor de íman permanente completo.
Hcj é o valor da temperatura ambiente baixa necessária para reduzir completamente o calor da água para 0. Segue-se uma versão simplificada do diagrama do segundo quadrante do ciclo de histerese, que pode ajudá-lo a aprofundar a sua compreensão dos conceitos relacionados.
Para os parâmetros magnéticos acima referidos, devemos prestar atenção aos seguintes pontos em aplicações práticas:
1. Para os ímanes que necessitam de um campo magnético forte, é normalmente necessário aumentar a remanência tanto quanto possível para libertar mais magnetismo. No entanto, deve notar-se que isto é sem desmagnetização motor de ímanes permanentes .
Se houver desmagnetização, o simples aumento da remanência pode ser ineficaz, e Hcj precisa de ser aumentado para reduzir a desmagnetização do motor de ímanes permanentes. O exemplo mais simples é que, para ímanes em forma de disco D10*1, o magnetismo de superfície de 54H é superior ao de N54.
No entanto, o Hcj do N54 é muito baixo e não pode ser mantido num estado não desmagnetizado. Por muito elevado que seja o Br, não pode exercer plenamente o seu magnetismo.
2. Para ímanes que requerem uma forte resistência à desmagnetização e estabilidade, é normalmente necessário aumentar Hcj, e também é necessário que o valor de Hcb seja o mais próximo possível de Br.
3. Para ímanes que requerem uma boa resistência à temperatura, optamos normalmente por aumentar Hcj, porque os coeficientes de temperatura da força coerciva dos ímanes permanentes NdFeB com o mesmo Hcj têm pouca diferença. O efeito mais direto do aumento de Hcj é fazer com que o ponto de inflexão da linha B-H seja o mais tardio possível Aparece ou não aparece.
Se os requisitos de estabilidade da temperatura forem rigorosos para o motor de ímanes permanentes, os requisitos de Hcb também devem ser considerados e a inclinação da linha B-H deve ser reduzida tanto quanto possível para reduzir a amplitude de atenuação irreversível do íman.
