Cum se citește o fișă tehnică a unui magnet?

Producătorii de magneți indică de obicei în fișele tehnice mai mulți parametri, precum Br, Hcb, Hcj, BH, Bd, Hd, așa cum se poate observa și în figura 1. În numărul 3 al revistei Magnetics Professional au fost prezentate noțiunile de remanență (Br), coercitivitate intrinsecă (Hcj) și coercitivitate normală (Hcb), precum și curba B–H și punctul de genunchi al demagnetizării, unde proprietățile magnetice ale magnetului se degradează brusc.

Curba B–H a unui magnet de neodim cu o densitate maximă de energie de 47,5 MGOe. Figura prezintă punctul de funcționare la puterea magnetică maximă, situat la intersecția dintre linia neagră și curba roșie.

Demagnetizarea și efectele temperaturii

Demagnetizarea magneților se datorează în principal la două cauze:

• atunci când un câmp magnetic extern este orientat opus câmpului magnetic propriu al magnetului;

• atunci când temperatura atinge punctul Curie, care în cazul magneților de neodim se situează de obicei între 310–400 °C.

Punctul Curie este temperatura la care atomii rețelei cristaline își pierd ordinea, apare o aranjare aleatorie, iar ordinea magnetică dispare. Demagnetizarea poate apărea și atunci când acțiunea câmpului extern opus și creșterea temperaturii se manifestă simultan.

Acest efect combinat este caracterizat prin doi coeficienți termici reversibili:

• coeficientul termic al inducției remanente:α(Br) = −0,11 %/°C;

• coeficientul termic al coercitivității:β(Hc) = −0,6 %/°C.

Aceste valori sunt tipice pentru magneții de neodim. Semnul negativ indică faptul că fiecare creștere a temperaturii cu un grad Celsius determină o scădere procentuală a remanenței și coercitivității. În schimb, în cazul magneților de ferită, coeficientul termic reversibil al coercitivității este pozitiv (β = +0,26 %/°C), ceea ce înseamnă că aceasta crește odată cu temperatura.

Curbele B–H și intensitatea magnetică

Figurile 2 și 3 prezintă curbele B–H intrinseci și normale tipice pentru magneții de neodim, respectiv pentru magneții de ferită.

Graficele folosesc aceleași unități de măsură, permițând compararea directă a performanței celor două tipuri de magneți.

Figura 2 – Curba B–H normală și intrinsecă a unui magnet Nd–Fe–B Figura 3 – Curba B–H normală și intrinsecă a unui magnet de ferită

La temperatura camerei, remanența maximă (Br) a unui magnet de neodim de mare performanță este în mod tipic de 1,4–1,45 T (14–14,5 kG). Permeabilitatea relativă a magnetului este de obicei cuprinsă între 1,03–1,05, iar coercitivitatea normală (Hc) este aproximativ egală cu remanența, având o valoare de circa 14 kOe.

Energia maximă a unui magnet poate fi interpretată ca produsul dintre câmpul magnetic coercitiv și inducția magnetică. Valoarea maximă apare în punctele Bd și Hd, care corespund de regulă la jumătate din valorile Br și Hc.

Figura 1 ilustrează curba B–H a unui magnet de neodim de calitate N48, a cărui densitate maximă de energie este de aproximativ 48 MGOe, rezultată din produsul valorilor Bd = 7,033 kG și Hd = 6,754 kOe.

Coeficientul de permeață și circuitul magnetic

Performanța maximă a magnetului este atinsă atunci când Bd = Hd, adică raportul este egal cu 1. Acest raport poartă denumirea de coeficient de permeață (Pc) sau încărcare magnetică.

În aplicațiile electromagnetice, magneții sunt de obicei integrați într-un circuit magnetic realizat din oțel electric pentru a efectua lucru mecanic. Atunci când este montat într-o structură din oțel, magnetul este înconjurat de componente feromagnetice și de întrefieruri. Deoarece permeabilitatea magnetică a aerului este apropiată de cea a vidului, fluxul magnetic se închide prin materialele cu permeabilitate mai mare și traversează întrefierurile doar dacă nu există altă cale posibilă. În consecință, întrefierurile se comportă ca rezistențe în circuitul magnetic.

Analizând circuitul magnetic, se poate obține o formulă aproximativă pentru coeficientul de permeață:

Pc = B/H ≈ t/g,unde t este grosimea magnetului, iar g este lungimea întrefierului.

În aer liber, încărcarea magnetului este foarte mică (Pc ≪ 1), în timp ce montarea într-o structură din oțel, datorită permeabilității relative mari, duce la o creștere semnificativă a încărcării, iar valoarea Pc poate ajunge la câteva sute sau chiar mii.

Aplicații în motoare electrice

În cazul motoarelor electrice, este necesar un întrefier pentru a permite mișcarea mecanică dintre rotor și stator. În această situație, încărcarea magnetului este exprimată prin raportul dintre grosimea magnetului și lungimea întrefierului.

De exemplu, pentru un întrefier de 1 mm și o grosime a magnetului de 1 mm, rezultă Pc = 1, valoare care, sub efectul temperaturii și al sarcinii, poate conduce la demagnetizare.

În cazul magnetului de neodim prezentat în figura 2, linia de sarcină Pc = 2 intersectează curba intrinsecă la o distanță sigură față de punctul de genunchi. Totuși, atunci când temperatura magnetului ajunge la 100 °C, această linie se deplasează spre punctul de genunchi, iar magnetul ajunge la limita demagnetizării.

Compararea magneților de ferită

Parametrii caracteristici ai celui mai puternic magnet de ferită (Y40) sunt:

• Br = 4,5 kG

• Hc = 4,3 kOe

• Bd = 2,3 kG

• Hd = 2,0 kOe

Densitatea maximă de energie a magneților de ferită este de aproximativ zece ori mai mică decât cea a magneților de neodim de înaltă performanță; în cazul Y40, aceasta este de aproximativ 4,8 MGOe. Magneții de ferită necesită, în general, un coeficient de încărcare mai mare (Pc ≈ 2).

Concluzie

Curbele B–H și liniile de sarcină prezentate oferă îndrumări esențiale pentru proiectanții de motoare electrice în alegerea tipului de magnet, a intensității magnetice și a grosimii magnetului, astfel încât motorul să funcționeze fiabil la temperatura de operare, fără risc de demagnetizare.

Sursă: Andrei Popov, PhDConsultant inginerMobil/SMS: 1-778-888-241

Magnetics Professional