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I magneti permanenti sono noti per la loro capacità di mantenere il loro magnetismo per periodi prolungati. Possono essere trovati in varie forme, inclusi magneti naturali come la magnetite e magneti artificiali come le leghe di alnico. Tuttavia, è essenziale essere consapevoli dei fattori che possono portare alla perdita parziale o totale del campo magnetico di un magnete permanente, poiché ciò può avere implicazioni negative per la sua destinazione applicazione.
Comprendere il processo di smagnetizzazione e i suoi meccanismi è fondamentale. Esistono alcune condizioni fisiche che devono essere rispettate o evitate per mantenere la magnetizzazione desiderata nelle applicazioni a magneti permanenti. Familiarizzando con queste condizioni, è possibile mitigare il rischio di smagnetizzazione e garantire la longevità del campo magnetico del magnete.
Cosa significa smagnetizzazione?
In poche parole, la smagnetizzazione si riferisce alla riduzione o alla completa rimozione del magnetismo di un magnete. Il principio di funzionamento dei magneti permanenti si basa sulla disposizione delle microaree all'interno del materiale in lega. Queste piccole aree sono chiamate domini magnetici. Ogni dominio magnetico agisce come un magnete microscopico all'interno dell'insieme più grande. Parte del processo di sviluppo dei magneti permanenti prevede il posizionamento di un materiale magnetico ad alta resistenza, tipicamente alnico, ferro stronzio (chiamato ceramica o ferrite), boro ferro neodimio o cobalto samario, in un forte campo magnetico. Nel processo di magnetizzazione di un materiale, i singoli domini magnetici, che solitamente puntano in varie direzioni, si allineano nella direzione del campo magnetico. Quando quasi tutti i domini magnetici sono allineati con il campo magnetico originale, il materiale diventa un magnete permanente. Quando smagnetizziamo un magnete, i suoi domini magnetici non sono più perfettamente allineati. È la disposizione di questi domini magnetici che fornisce il magnetismo del materiale. Quando il campo magnetico (la disposizione dei domini magnetici) viene interrotto, il magnete viene smagnetizzato.
Come smagnetizzare un magnete permanente?
Le persone a volte sono confuse dai termini magneti “permanenti” e “temporanei”. I magneti temporanei agiscono come magneti solo quando sono attaccati o vicino a un oggetto che emette un campo magnetico. Perdono rapidamente il loro magnetismo quando la sorgente del campo magnetico viene rimossa. Al contrario, i magneti permanenti generalmente mantengono il loro campo magnetico continuo in modo indipendente in condizioni operative normali. Tuttavia, i materiali magnetici permanenti possono ancora smagnetizzarsi in determinate condizioni, tra cui l’esposizione a calore elevato, collisioni con altri oggetti, perdita di volume ed esposizione a campi magnetici contrastanti.
1. Calore
La temperatura elevata è un fattore prevalente che può portare alla smagnetizzazione. Quando la temperatura aumenta, il movimento atomico si intensifica, fino a superare l'allineamento dei domini magnetici. La temperatura di Curie rappresenta il punto critico in cui una lega magnetica perde completamente ed irreversibilmente le sue caratteristiche magnetiche permanenti. Tuttavia, anche quando la temperatura del magnete si avvicina al punto di Curie, possono verificarsi vari gradi di smagnetizzazione. L’entità della smagnetizzazione varia in modo significativo a seconda del materiale specifico e del grado del magnete in questione ed è generalmente rappresentata dalla curva di smagnetizzazione del magnete.
In generale, alcuni materiali a magnete permanente sono più suscettibili alla smagnetizzazione con l’aumento della temperatura rispetto ad altri. I magneti al neodimio sono generalmente più sensibili alle temperature operative elevate e in genere resistono alla smagnetizzazione fino a quando le temperature operative raggiungono circa 100°C. Sono disponibili materiali magnetici al neodimio che possono funzionare a temperature superiori a 220°C, ma possono diventare molto costosi. Per i magneti in samario-cobalto questo limite è 350°C. I magneti Alnico offrono le migliori caratteristiche di temperatura di qualsiasi materiale magnetico di produzione standard esistente, consentendo l'uso in applicazioni a servizio continuo dove sono previste temperature estreme fino a 540°C.
Quando si opera in condizioni di temperatura elevata, è fondamentale considerare la permeabilità del materiale magnetico in uso, tenendo conto di fattori quali dimensioni, tipo di materiale e temperatura operativa. Questi fattori determinano collettivamente l’efficacia del magnete per una particolare applicazione. Nel caso dei magneti al neodimio, l'utilizzo di un calcolatore di permeabilità può aiutare a valutare se un magnete di una dimensione specifica si smagnetizza e potenzialmente fallisce alle temperature operative richieste.
L'esposizione prolungata di un magnete permanente a temperature elevate provoca l'interruzione dell'allineamento degli elettroni, con conseguente smagnetizzazione parziale o completa. La smagnetizzazione che si verifica può essere di natura reversibile o irreversibile.
2.Collisione e perdita di volume
Un altro fattore che può smagnetizzare un magnete permanente è una collisione – l’impatto di un altro oggetto sul magnete. Ad esempio, se un magnete viene colpito ripetutamente con un martello, ciò disturberà il movimento dei suoi atomi, influenzando l’allineamento dei poli nord e sud del magnete, provocandone infine la smagnetizzazione.
Le collisioni influiscono anche sull'integrità fisica del magnete e la conseguente perdita di volume può anche influenzare negativamente la magnetizzazione. Questo è il motivo per cui la perdita di volume è considerata un altro fattore nella smagnetizzazione dei magneti permanenti. Anche la corrosione o l’ossidazione causata da un’umidità eccessiva possono influenzare le proprietà fisiche e quindi le proprietà magnetiche del magnete.
3.Campi magnetici contrastanti
I magneti permanenti possono smagnetizzarsi se sottoposti a campi magnetici esterni sfavorevoli. La presenza di un altro campo magnetico in prossimità del magnete agisce come un agente smagnetizzante, facendo sì che il magnete perda le sue proprietà magnetiche. Ciò evidenzia l’importanza di una corretta conservazione dei magneti permanenti. Conservandoli correttamente, non solo sono protetti da danni fisici, ma anche schermati dai campi magnetici esterni, garantendo il mantenimento delle loro proprietà magnetiche e della coerenza del loro campo magnetico.
Anche l'utilizzo di corrente alternata nelle immediate vicinanze può avere questo effetto sui magneti, portando alla smagnetizzazione.
4.Fattori chimici
Influenzata da fattori chimici, come acidi, alcali, ossigeno, gas corrosivi, ecc., la struttura chimica interna o superficiale del magnete permanente cambia. Ciò provoca cambiamenti nelle proprietà magnetiche. Il ferro e il neodimio presenti nel NdFeB sono quindi più suscettibili all'ossidazione. La protezione dei magneti permanenti comprende generalmente la galvanica, come la zincatura e la nichelatura.
Problemi e metodi di inversione del guasto
Il materiale a magnete permanente è la materia prima chiave del motore a magnete permanente. Nel processo di produzione, test e utilizzo del motore, si verificherà sempre un problema di perdita di magnetismo. Dall’analisi del caso di guasto reale, esso può essere attribuito ai seguenti aspetti:
Selezione impropria del tipo di acciaio del magnete
Se i calcoli di progettazione del motore non sono sufficientemente accurati e vengono selezionati erroneamente i gradi inferiori, potrebbe verificarsi una situazione del genere: gli indicatori dei record di test del processo di test iniziale sono molto buoni. Ma man mano che il motore tende gradualmente alla stabilizzazione termica, gli indicatori rilevanti del motore cominciano a deteriorarsi. Successivamente gli indicatori si discostano sempre più dalle aspettative progettuali. Ad un certo punto la corrente aumenta notevolmente e l'inverter si ferma rapidamente. Ciò caratterizza il motore è stato smagnetizzato e i magneti devono essere sostituiti.
Smagnetizzazione per surriscaldamento
Se escludiamo l'influenza delle prestazioni magnetiche dell'acciaio magnetico e consideriamo solo i fattori termici, si può determinare che ci sono due casi di fenomeno di surriscaldamento e smagnetizzazione: in primo luogo, il circuito di circolazione e ventilazione del motore è irragionevole, contrariamente alla legge naturale del calore e conduzione del freddo e porta alla concentrazione locale del calore; In secondo luogo, il carico termico dell'avvolgimento è troppo elevato e la temperatura supera il livello di carico del sistema di scambiatore di calore del motore.
Corrente di smagnetizzazione eccessiva
Quando il motore è in funzione, l'entità della corrente di carico supera la resistenza alla smagnetizzazione dei magneti, il che porterà alla smagnetizzazione irreversibile dei magneti. Ciò aumenta ulteriormente la corrente di carico e aggrava la smagnetizzazione irreversibile dei magneti. Il guasto accelererà la smagnetizzazione irreversibile fino alla perdita del magnete.
Calcolatore della curva di smagnetizzazione
Una curva di smagnetizzazione mostra le proprietà magnetiche di un particolare magnete, tracciate su un asse. Una curva di smagnetizzazione fornisce quindi un quadro più completo delle proprietà magnetiche del magnete rispetto a un singolo punto. Per questo motivo, nella progettazione dei componenti magnetici vengono comunemente utilizzate le curve di smagnetizzazione.
Più specificamente, la curva mostra il rapporto tra la densità di flusso (B) e il campo magnetizzante (H). L'intersezione prodotta dalle due curve è il coefficiente di permeabilità magnetica.
Un calcolatore di smagnetizzazione aiuta nella selezione di un progetto appropriato fornendo una visualizzazione del processo di smagnetizzazione per un magnete specifico in vari punti predefiniti. Inserendo i parametri rilevanti, come il tipo di materiale, le dimensioni (ad esempio, un diametro di 3 pollici e uno spessore di 0.1 pollici per un magnete a disco N35), il calcolatore può generare la curva di smagnetizzazione per il magnete scelto. Queste informazioni sono preziose per determinare la progettazione ottimale di un gruppo magnetico, consentendo un processo decisionale informato e garantendo le prestazioni desiderate del sistema magnetico.
Sommario
Il verificarsi della smagnetizzazione può avere un impatto significativo sulla funzionalità e sull'efficacia di un magnete se utilizzato come componente in varie applicazioni. Pertanto, è fondamentale riconoscere questo fenomeno e utilizzare strategie di progettazione adeguate durante la creazione di assemblaggi magnetici per prevenire il verificarsi della smagnetizzazione. Considerando e affrontando i potenziali rischi di smagnetizzazione durante la fase di progettazione, è possibile preservare l'integrità e l'affidabilità del magnete, garantendo prestazioni ottimali nell'applicazione prevista.
