Conceber os seus ímanes pode ser uma tarefa difícil sem a informação correta. Não importa o tipo de desenho de íman que pretende - é fundamental considerar possíveis formas, materiais, caraterísticas de desempenho magnético e utilizações, entre outros.
Quando compreender estes 4 princípios para a conceção de ímanes, o processo será simples e direto.
Passo 1: Conhecer o design ou a forma do íman
Em primeiro lugar, é necessário conhecer a forma do íman que pretende. Na maioria dos casos, são as aplicações que determinam a forma do íman.
Naturalmente, há aqueles que consideramos "padrão", enquanto outros são desenhos personalizados. Sempre que tiver ideias de design de ímanes, tenha em conta o seguinte:
| Desenho em forma de íman | Importância/caraterísticas |
| Ímanes cilíndricos |
|
| Ímanes em barra |
|
| Íman em forma de ferradura |
|
| Ímanes para anéis |
|
| Ímanes de disco |
|
| Esferas magnéticas |
|
Tipos de ímanes - foto cedida por cortesia: Vecteezy
Embora estas sejam algumas das formas mais comuns de desenho de ímanes, também pode escolher opções personalizadas para o desenho do seu projeto. No entanto, trabalhar com um design padrão tornará todo o processo de conceção do íman mais fácil e simples.
Passo 2: Seleção do material do íman
Independentemente das ideias de design de ímanes que tiver, é fundamental saber qual o material magnético adequado. Alguns materiais magnéticos populares para os seus ímanes personalizados incluem:
| Material do íman | Caraterísticas do material magnético |
| NdFeB (Neodímio-ferro-boro) |
|
| SmCo (samário-cobalto) |
|
| Ferrite ou cerâmica |
|
| Alnico (Alumínio-níquel-cobalto) |
|
Dependendo dos requisitos específicos, o engenheiro de conceção de ímanes aconselhará sobre o material magnético adequado.
Todos estes materiais magnéticos variam em termos de força magnética, força de magnetização, temperatura de trabalho e densidade de fluxo magnético, entre outras variáveis críticas.
Por conseguinte, escolherá estas variáveis em função das suas necessidades de conceção de ímanes personalizados. Elas determinarão a forma de utilizar os ímanes.
Não esquecer que estão disponíveis em diferentes graus de material para aplicações especializadas.
Resumo do material magnético - Foto cedida por cortesia: Science Diret
Mais recursos:
- Ímanes de neodímio - Fonte: Dailymag
- Ímanes de ferrite - Fonte: Dailymag
- Ímanes de alnico - Fonte: Dailymag
- Ímanes de terras raras - Fonte: Dailymag
- Ímanes SmCo - Fonte: Dailymag
Etapa 3: Compreender os parâmetros magnéticos
Como fazer um íman requer uma compreensão e análise cuidadosas de vários parâmetros magnéticos. Ou seja, é necessário avaliar todas as condições ambientais pretendidas e os parâmetros de trabalho.
Para conceber os seus ímanes, deve ter em conta as seguintes variáveis-chave:
1. Análise de elementos finitos (FEA)
A FEA é um critério de modelação que o ajuda a chegar a um design de íman adequado. Através de várias simulações, é possível analisar os ímanes:
- Densidade do fluxo
- Binário
- Forças magnéticas
Estes softwares de desenho magnético ajudá-lo-ão a desenvolver informações sobre:
- Trajectórias de fluxo
- Potencial magnético vetorial
- Densidade do fluxo
Normalmente, trabalhar em estreita colaboração com os engenheiros de conceção de ímanes ajudá-lo-á a obter parâmetros precisos do processo de simulação.
2. Compreender as caraterísticas da curva B-H
Esta curva magnética ilustra a relação entre:
- Densidade do fluxo magnético; é geralmente denotada por B;
- Força de magnetização; é denotada por H.
No que diz respeito ao princípio orientador da conceção do íman, é necessário avaliar a curva B-H/o laço de histerese.
Com a curva B-H, é mais fácil caraterizar vários materiais magnéticos. Aprenderá todos os aspectos fundamentais durante o processo de conceção dos ímanes. É um programa de circuito fechado:
- Fase de saturação do íman
- Fase de desmagnetização
- Saturação do íman (tu na desmagnetização oposta)
- Fase de desmagnetização
Teoricamente, isto pode acontecer sob a influência de uma força externa. Pode ver isto ilustrado no plano cartesiano abaixo para a curva B-H:
Laço de histerese - foto cedida por cortesia: Electrical Academia
Normalmente, os 2nd O quadrante no plano cartesiano da curva B-H é sempre muito crítico. Normalmente, representa situações práticas em que se pode utilizar um íman. A curva é normalmente chamada de curva de desmagnetização.
Por conseguinte, a menos que o íman seja sujeito a condições de trabalho únicas - na maioria dos casos, as caraterísticas de trabalho permanecerão dentro da curva de desmagnetização.
Mesmo ao analisar a curva do laço de histerese/B-H (consulte a curva acima), deve ter em atenção o seguinte:
Pontos onde a curva atravessa os eixos B-H
Normalmente, temos:
- Indução residual (Br)
- Força coerciva (Hc)
É possível caraterizar a indução residual por
- Magnetização zero
- A curva de histerese encontra o eixo y (eixo B)
- Fluxo máximo de saída
Por outro lado, a força coerciva é caracterizada por:
- O material magnético pode suportar o campo magnético externo
- A desmagnetização devido ao campo magnético externo é nula
Além disso, é necessário ter em conta B e H sendo máxima. É também designado por BHmax. É o ponto onde o produto de B e H é máximo.
Como princípio básico de orientação para a conceção de ímanes, um pequeno volume de íman implica ainda o produto de BHmax é elevado.
Para calcular o B:
Ao analisar o fluxo total do íman, considere:
- Fluxo resultante do campo de magnetização
- A capacidade do material magnético para produzir mais fluxo depende do alinhamento do domínio.
Depois de conceber os seus ímanes, o ideal é que as caraterísticas sejam as seguintes: 2nd quadrante da curva do laço de histerese.
Na figura acima, pode ver-se que o valor de H é negativo e o de B é positivo.
Para efeitos da conceção do seu íman personalizado, é importante ter em conta o seguinte:
- Força coerciva intrínseca, ou seja, quando a curva intersecta o eixo horizontal (eixo H)
- Uma força coerciva intrínseca elevada é uma indicação de um material magnético estável
- As curvas normais são adequadas para a conceção de ímanes permanentes e de ímanes estáticos. Partindo do princípio de que os campos magnéticos externos são nulos.
- Utilizar tanto as curvas intrínsecas como as curvas normais ao conceber ímanes sujeitos a forças magnéticas externas.
3. Cálculos importantes na conceção de ímanes
Existem muitos software de simulação de ímanes para o processo de conceção. Naturalmente, todos eles dependem de uma certa modelação matemática para obter possíveis designs e requisitos de ímanes.
Nesta secção, vamos explorar algumas equações fundamentais que o ajudarão a conceber os ímanes.
Cálculo: Comprimento do íman, área do pólo e coeficiente de permeabilidade
Vejamos estas cortesias de equação da Magnetshop.com:
Equação do íman - Cortesia: Loja de Ímanes
Assumindo que não existe uma bobina para excitar o íman, é possível determinar o comprimento e os pólos utilizando as equações (1) e (2) acima. Além disso, se quiser determinar o coeficiente de permeância, use a equação (3). Obtém-se a equação (3) combinando as equações (1) e (2) acima.
Segue-se o significado das abreviaturas ou símbolos nas equações para as caraterísticas de conceção do íman:
| Abreviatura ou símbolo | Significado |
| Bm | Densidade do fluxo (no ponto de funcionamento) |
| Hm | Uma força de magnetização (no ponto de funcionamento) |
| Ag | Área de uma caixa de ar |
| Lg | Comprimento da caixa de ar |
| Bg | Densidade do fluxo de lacunas |
| Am | Área do pólo magnético |
| Lm | Comprimento do íman |
| µ | Permeabilidade |
| k | Uma constante para relutância e possíveis fugas |
| Pci | coeficiente de permeabilidade intrínseca (Bi/H) |
| Pc | coeficiente de permeabilidade normal (B/H) |
Embora os cálculos se baseiem num íman que funciona a 2nd quadrante da curva B-H, damos a H um número positivo.
Colocando isto em perspetiva:
Este é um princípio fundamental que deve ter em conta ao conceber ímanes. Aqui estão 4 exemplos de desenhos de ímanes:
| Exemplos de desenhos de ímanes | Caraterísticas principais |
| Alnico 5 | - Elevada densidade de fluxo, com bom desempenho em dispositivos electromecânicos
- Tem baixa coercibilidade |
| Alnico 8 | - Uma força de magnetização elevada implica um comprimento pequeno
- Baixa densidade de fluxo, o que torna necessária uma grande área magnética |
| Ímanes de terras raras | - A densidade do fluxo depende da força de magnetização - de valores médios a extremamente elevados
- O comprimento do íman pode ser curto com um volume pequeno |
| Ímanes de cerâmica ou de ferrite | - Densidade de fluxo mais baixa
- Um íman tem uma grande área de pólo |
Cálculo da densidade do fluxo magnético
A variável chave para o cálculo da densidade do fluxo magnético é:
- Diferentes desenhos e configurações de formas de ímanes
- Linha central magnética
Pode utilizar esta fórmula, cortesia da magnetshop.com.
Supondo que se está a conceber ímanes cuja curva normal de desmagnetização é uma linha reta, com uma distância, digamos, XUtilize estas fórmulas:
Para modelos de ímanes cilíndricos
Ímanes cilíndricos
Desenhos de ímanes rectangulares
Densidade de fluxo do íman retangular
Desenhos de ímanes para anéis
Densidade do fluxo magnético do anel
Para além destes modelos de ímanes, há certas situações em que pode haver casos especiais, como por exemplo
- Conceber ímanes virados um para o outro
- Desenho de ímanes em Yoked
Cálculo da força de atração do íman
Na maioria dos casos, pode utilizar a fórmula:
Onde:
- F - força (libras)
- B - densidade de fluxo (kilogauss)
- A - áreas dos postes (polegadas quadradas)
Por vezes, é possível estimar a força utilizando a fórmula:
Neste caso, terá:
- Br - densidade de fluxo residual
- A - áreas dos postes (polegadas quadradas)
- Lm - comprimento do íman
Em suma, os desenhos personalizados de ímanes requerem muitos cálculos. É a única forma de controlar todos os parâmetros vitais que afectam a força do íman para qualquer desenho.
4. Procurar a estabilidade na conceção do íman permanente
Diferentes formas de desenho de ímanes têm limiares de estabilidade variáveis. Normalmente, durante o processo de fabrico do íman, a magnetização alinhará os pólos numa direção específica.
Quando isso acontece, ficam "bloqueados" nessa posição. No entanto, há um certo fenómeno que pode interferir com o funcionamento normal do íman.
Na pior das hipóteses, podem causar desmagnetização.
Mais uma vez, um guia de conceção de ímanes determina que o íman deve manter o seu desempenho magnético repetido. Referimo-nos a esta situação como estabilidade do íman.
Ímanes de magnetização
Por isso, mesmo quando conceber ímanes, preste atenção:
Duração prevista para a utilização do íman
Os electroímanes permanecerão magnéticos enquanto estiverem sob tensão (disponibilidade de corrente eléctrica).
No entanto, os ímanes permanentes conservam a sua força magnética durante muito tempo.
Mas, mais uma vez, após o fabrico dos ímanes e subsequentes magnetizações, estes tendem a perder uma certa percentagem da sua força magnética. No entanto, esta perda é muito pequena e não pode afetar o funcionamento normal do íman.
Na maioria dos casos, o íman pode ter domínios instáveis. É nestes domínios que ocorrem estas perdas. Um fenómeno chamado fluência magnética.
Quando o número de domínios instáveis diminuir, o íman manterá o efeito magnético líquido durante muito tempo.
Para alguns ímanes, como o samário-cobalto, a perda pode situar-se entre 0% e 3% após quase 10 anos.
Efeitos da temperatura no íman
A temperatura ambiente onde se pretende utilizar o íman também é muito importante. Normalmente, os efeitos da temperatura nas propriedades magnéticas podem ser reversíveis ou irreversíveis.
No entanto, no caso das perdas irreversíveis, algumas podem ser recuperadas e outras não. Bem, isso parece interessante - em breve ficará a saber mais sobre o assunto.
| Material magnético | Temperatura de Curie (ºC) | Temperatura máxima (ºC) |
| Ímanes ferríticos ou cerâmicos | 460 | 300 |
| Neodímio | 310 | 150 |
| Samário-cobalto | 750 | 300 |
| Alnico | 860 | 540 |
A partir desta informação, é bastante claro - se os projectos de ímanes personalizados se destinam a aplicações de alta temperatura, então escolha o Alnico. Para aplicações de baixa temperatura, optar por ímanes de neodímio. No entanto, é necessário ter em conta outros factores como a resistência à corrosão, a força magnética, a facilidade de maquinação, etc.
A temperatura é apenas uma variável.
Novamente no quadro acima, o temperatura máxima refere-se a um intervalo dentro do qual se pode operar o íman. A temperatura de trabalho recomendada.
O Temperatura de Curie é o ponto em que o íman fica completamente desmagnetizado.
Agora, vamos comparar as várias condições de temperatura:
| Classificação das situações de temperatura nos ímanes | Efeitos da temperatura nos ímanes |
| Perdas reversíveis |
|
| As perdas são irreversíveis, mas é possível recuperar os bens |
|
| Perdas irreversíveis e irrecuperáveis |
|
Tendo isto em conta, como é que isto contribui para a conceção de um íman estável?
- A desmagnetização pode ajudar a alcançar a estabilidade do íman. Ou seja, vai expor o íman a temperaturas elevadas, pelo que o processo deve ser controlado.
- Ajudará a obter um magnetismo estabilizado, uma vez que os domínios magnéticos com baixo compromisso perderão o seu magnetismo
- Nos ímanes estabilizados, a variação do fluxo será baixa.
Analisar os efeitos de campos magnéticos externos
Mais uma vez, trata-se de compreender onde vai utilizar o íman. Lembre-se, campos magnéticos externos repulsivos podem causar desmagnetização.
Por conseguinte, é necessário conhecer a força coerciva do íman. Na maioria dos casos, os ímanes de terras raras são difíceis de desmagnetizar por um campo magnético externo.
Tipos de campos magnéticos - Fonte: Factos científicos
Efeitos da radiação nos ímanes
Ímanes como o Sm2Co17 suportam melhor a radiação do que os ímanes de neodímio. No entanto, alguns ímanes ficam desmagnetizados quando expostos a uma quantidade significativa de radiação.
Impacto mecânico nos ímanes
O impacto mecânico varia entre vibração, choque ou stress. Mais uma vez, é necessário compreender as aplicações específicas ou onde pretende utilizar o desenho do íman personalizado.
Embora os ímanes modernos possam suportar uma quantidade significativa de choques, existem ímanes inerentemente frágeis.
Por exemplo;
- O choque térmico pode danificar os ímanes de samário-cobalto e de ferrite
- Os choques mecânicos podem quebrar os ímanes de samário-cobalto devido à sua fragilidade
Passo 4: Compreender o íman de fabrico
10 Processo de fabrico de ímanes - Foto cedida: SMD Magnetics
O fabrico de ímanes é também um fator importante a considerar durante o processo de conceção do íman.
Temos um guia completo aqui em Diferentes formas de fabricar ímanes. Lembre-se de que um processo de fabrico só pode ser adequado para modelos específicos de ímanes.
Vamos resumir alguns processos importantes de fabrico de ímanes:
| Técnica de fabrico de ímanes | Tipos de desenhos de ímanes |
| Ímanes de sinterização |
|
| Ímanes para moldagem por injeção |
|
| Ímanes de ligação por pressão |
|
| Ímanes de fundição |
|
| Extrusão de ímanes |
|
| Fabrico de ímanes para calandragem |
|
Por conseguinte, mesmo ao escolher o design dos ímanes, é importante especificar o processo de fabrico recomendado.
O fabrico deve abranger todos os processos, desde a seleção do material até à magnetização e aos testes de qualidade.
Lembre-se de que, quando se trata de avaliar o processo de fabrico do íman, deve ter em conta outros factores, tais como
- Operações de maquinagem - podem envolver retificação, corte ou perfuração para obter determinados acabamentos de superfície
- Revestimento - alguns ímanes podem necessitar de um revestimento para proteção adicional. Isto destina-se a proteger o íman de ambientes corrosivos que podem causar ferrugem. Por exemplo, os ímanes de neodímio não são resistentes à corrosão. Por conseguinte, requerem um revestimento.
- Conjunto de ímanes - pode utilizar adesivos ou fixadores para montar ímanes em várias aplicações.
Teste de qualidade do íman após a conceção e o fabrico
Através de testes de qualidade, pode determinar se tem um bom design para o seu íman ou não. Existem muitas formas de verificar a qualidade do íman. Alguns testes de qualidade de ímanes comuns incluem:
- Curvas B-H
- Determinação do fluxo total
- Medição da densidade do fluxo
- Realização de ensaios de pull-up
Passo 5: Especificar as utilizações dos ímanes personalizados
Existem diferentes formas de desenhos de ímanes disponíveis para várias aplicações. Lembre-se que a forma do íman, o tipo de material e as caraterísticas de desempenho determinam as aplicações específicas dos ímanes.
Em geral, os modelos de ímanes disponíveis desempenham 4 funções fundamentais:
| A função de um íman | Exemplos de aplicações |
| Energia mecânica para mecânica |
|
| Energia mecânica para energia eléctrica |
|
| Conversão de energia eléctrica em energia mecânica |
|
| Conversão de energia mecânica em energia térmica |
|
Para além destes, há certos casos em que os ímanes podem desempenhar funções especiais, tais como:
- Resistência do magneto
- Ressonância magnética
- Efeito Hall
Com estes quatro passos, pode conceber e fabricar ímanes facilmente. Não importa se está a conceber ímanes de elevação ou ímanes de sensor. Os princípios fundamentais permanecem os mesmos.
Conclusão
Como se pode ver, a conceção de ímanes é um processo rigoroso. É necessário conhecer o tipo de material, compreender os parâmetros de funcionamento do íman, escolher um processo de fabrico de ímanes adequado e estabelecer testes de qualidade adequados.
Mais recursos:
Desenho de ímanes - Fonte: Loja de ímanes
Princípio de conceção dos ímanes - Fonte: Intemag
Material magnético - Fonte: JCBOSEUST
Princípio de conceção dos ímanes - Fonte: ICPTIAEA
Cálculos para a conceção de ímanes - Fonte: Word Wide Science
Calculadoras de ímanes online - Fonte: Loja de ímanes
Guia de conceção de circuitos magnéticos - Fonte: TDK
Considerações sobre a conceção de ímanes permanentes - Fonte: Magnetic Mag
Portuguese 
English 
Arabic 
Spanish 
German 
French