Que ímanes para o acoplamento magnético? Um guia completo

Os acoplamentos magnéticos são dispositivos engenhosos que transmitem o binário entre os componentes de acionamento e os componentes accionados sem contacto físico. Isto permite que os líquidos e gases bombeados permaneçam selados enquanto a energia é transmitida através de uma barreira de contenção.

No centro dos acoplamentos magnéticos encontram-se ímanes permanentes dispostos em polaridades opostas. À medida que giram, os ímanes geram campos magnéticos sincronizados que exercem força de rotação uns sobre os outros. Isto acopla os componentes de acionamento e de condução magneticamente em vez de mecanicamente.

Mas que ímanes funcionam melhor para acoplamentos magnéticos? E porque é que a seleção de ímanes é importante em primeiro lugar?

Neste guia completo, como profissional fabricante de acoplamentos magnéticosNo artigo, abordaremos tudo o que precisa de saber sobre a escolha de ímanes para acoplamentos magnéticos, incluindo:

• Papel dos ímanes nos acoplamentos magnéticos
• Propriedades e desempenho dos ímanes principais
• Materiais magnéticos comuns para acoplamentos
• Considerações de conceção e engenharia
• Ensaio e validação de circuitos magnéticos

E muito mais. Vamos a isso!

Porque é que os ímanes são importantes nos acoplamentos magnéticos

Os ímanes permanentes estão no centro da funcionalidade do acoplamento magnético. As suas propriedades determinam essencialmente o desempenho e a fiabilidade da transmissão do binário magnético.

Ao gerar campos magnéticos sincronizados, os ímanes facilitam a transferência sem contacto da força de rotação dos componentes de entrada para os componentes de saída.

Os ímanes para acoplamentos magnéticos têm de oferecer uma resistência e estabilidade consistentes, mesmo em ambientes exigentes que envolvam calor, corrosão, vibração ou cargas de choque.

A desmagnetização pode prejudicar gravemente o desempenho. Assim, os ímanes devem suportar condições de funcionamento durante longos períodos sem perder o magnetismo.

Ao selecionar os materiais magnéticos ideais e ao conceber conjuntos magnéticos robustos, os fabricantes podem aumentar a eficiência, a durabilidade e a fiabilidade dos sistemas de acoplamento magnético.

Propriedades essenciais dos ímanes para acoplamentos magnéticos

Vários factores-chave determinam o desempenho dos ímanes em aplicações de acoplamento magnético:

1. Força e estabilidade magnéticas

Isto indica a intensidade com que um íman permanente pode gerar campos magnéticos. Os ímanes de alta resistência com maior intensidade de fluxo podem transmitir mais binário através de um espaço de ar em comparação com os ímanes mais fracos.

A estabilidade magnética refere-se à resistência à desmagnetização em condições de funcionamento que envolvem calor, vibração, corrosão, etc. Um magnetismo estável ao longo da vida útil do produto assegura um desempenho consistente do acoplamento magnético.

2. Classificações de temperatura

Isto determina a gama de temperaturas de funcionamento. Os ímanes perdem força acima do seu ponto de funcionamento máximo. Assim, as classificações de temperatura mais elevadas proporcionam uma janela mais ampla para aplicações que envolvam calor sem problemas de desmagnetização.

3. Resistência à corrosão

Os ímanes devem suportar o ambiente de funcionamento sem degradar o desempenho. Os acoplamentos das bombas estão frequentemente expostos à humidade, aos ácidos e a outros produtos químicos. Revestimentos adequados ou materiais resistentes à corrosão ajudam a atingir este objetivo.

4. Resistência mecânica

Os materiais frágeis, como as cerâmicas, têm elevada resistência magnética mas baixa durabilidade mecânica. Necessitam de estruturas de suporte para serem robustos sob tensão mecânica. Os circuitos magnéticos concebidos para uma elevada resistência mecânica evitam problemas de fratura.

Ao otimizar estes parâmetros através de uma seleção de materiais e engenharia adequadas, os ímanes podem proporcionar um desempenho excecional durante a vida útil do produto de acoplamento magnético.

O que são ímanes para acoplamento magnético: Vários tipos

Vários materiais de ímanes permanentes são utilizados em conjuntos de acoplamento magnético, dependendo dos requisitos de funcionamento e das considerações de custo.

1. Ímanes de ferrite

Fabricados a partir de óxido de ferro combinado com carbonato de estrôncio ou carbonato de bário, estes ímanes cerâmicos oferecem um bom valor para aplicações de energia baixa a média que não envolvam temperaturas elevadas superiores a 250°C.

Propriedades principais:

• Densidade de fluxo magnético moderada até 0,4 Tesla
• Manusear temperaturas inferiores a 250°C
• Baixo custo
• Exigem proteção contra a corrosão em ambientes húmidos

As configurações comuns incluem formas de barras, discos, blocos ou anéis montados em circuitos magnéticos.

2. Ímanes de samário-cobalto

Oferecendo uma elevada resistência à desmagnetização e estabilidade térmica até 350°C, o samário-cobalto supera os ímanes de ferrite e de alnico em termos de fiabilidade em ambientes extremos.

Propriedades principais:

• Elevada força magnética
• Temperaturas nominais até 350°C
• Excelente resistência à corrosão
• Suporta cargas de vibração e choque

As qualidades 1:5 e 2:17 têm um elevado teor de cobalto. Mas a qualidade 5:3, com menor teor de cobalto, adequa-se a aplicações mais sensíveis em termos de custos.

3. Ímanes de neodímio e ferro e boro

Atualmente os ímanes permanentes mais fortes disponíveis no mercado, os ímanes de neodímio permitem acoplamentos magnéticos miniaturizados que proporcionam uma maior densidade de binário. A sua excelente relação preço/desempenho torna-os muito populares.

Propriedades principais:

• Densidade de fluxo magnético muito elevada, superior a 1,4 Tesla
• Temperaturas nominais de cerca de 180°C (podem ser aumentadas através de engenharia)
• Propenso à corrosão, a menos que seja revestido
• Material frágil que requer apoio estrutural

Os ímanes de neodímio são frequentemente fornecidos com revestimentos de níquel-cobre-nióbio ou epóxi para evitar a corrosão. As caixas em aço inoxidável também protegem os conjuntos de ímanes da degradação em ambientes húmidos.

4. Ímanes de alumínio-níquel-cobalto

Com uma elevada resistência à desmagnetização e um desempenho estável até 500°C, os ímanes de Alnico são adequados para aplicações a altas temperaturas, incluindo acoplamentos magnéticos para utilização aeroespacial. A sua capacidade de funcionar sem revestimentos externos revela-se valiosa para suportar calor extremo.

Propriedades principais:

• Manuseamento de temperaturas até 550°C
• Resistir à desmagnetização
• Custo superior ao dos ímanes de cerâmica ou de ferrite
• Baixa densidade de fluxo magnético, cerca de 0,7 Tesla

Fundidos nas formas pretendidas, os ímanes de Alnico são montados em grupos para fornecer a densidade de fluxo magnético necessária para a transmissão de binário nos acoplamentos.

5. Ímanes flexíveis

Constituídos por pó de ferrite ou pó de neodímio ligado a uma matriz de resina flexível como o vinil ou o plástico, os materiais magnéticos flexíveis permitem uma montagem mais fácil e camadas magnéticas finas para acoplamentos miniaturizados.

Propriedades principais:

• Disponível em folhas ou perfis extrudidos
• Mecanicamente robusto
• Força magnética relativamente baixa
• Propensão para a desmagnetização sem reforço

A densidade de energia limitada dos ímanes flexíveis ligados torna-os inadequados para aplicações muito exigentes, a menos que a sua espessura seja aumentada ou que tenham um suporte estrutural.

Considerações sobre o projeto do acoplamento magnético

Os engenheiros têm em conta vários parâmetros durante a conceção dos acoplamentos magnéticos, incluindo

Condições de funcionamento: Isto abrange a temperatura esperada, a humidade, os níveis de vibração, as cargas de choque e a exposição a produtos químicos que os ímanes irão encontrar. Os mecanismos de proteção são integrados no circuito magnético em conformidade.

Requisitos de binário: As características da carga determinam as necessidades de transmissão do binário. Cargas mais elevadas necessitam de campos magnéticos mais fortes e de mecanismos de amplificação, como as sapatas de pólos, para fornecer força de rotação suficiente.

Dimensões do espaço de ar: As restrições de espaço ditam aspectos como a espessura do íman e as dimensões dos pólos. A minimização do espaço de ar aumenta a eficiência do acoplamento magnético. Mas um espaço mínimo é obrigatório para a folga mecânica.

Minimização de correntes parasitas: As latas de contenção convencionais feitas de elementos metálicos condutores tendem a permitir correntes de Foucault sob um campo magnético rotativo que aquece os acoplamentos. Materiais não condutores adequados evitam este desperdício de energia.

Otimização de circuitos magnéticos: Factores como permeabilidade e o fluxo de fuga são ajustados de forma a maximizar a eficiência do acoplamento magnético para determinadas restrições de espaço, material e custo.

Teste do desempenho do íman

Os fornecedores de ímanes e os fabricantes de acoplamentos magnéticos realizam vários testes durante o desenvolvimento do produto e a garantia de qualidade:

Simulação informática: O software de análise de elementos finitos ajuda a visualizar a distribuição do campo magnético e a fuga de fluxo para identificar áreas a melhorar nas geometrias dos ímanes ou nos métodos de montagem.

Teste de força magnética: Os medidores de Gauss medem a densidade do fluxo superficial dos ímanes para garantir a consistência e a conformidade com as especificações.

Teste de temperatura: Os ímanes são submetidos a ensaios em toda a gama de temperaturas de funcionamento, incluindo a exposição prolongada a temperaturas elevadas, sempre que necessário, para validar a estabilidade térmica.

Medição do binário: As disposições do banco de ensaios ajudam a caraterizar a saída de binário, a rigidez e outros parâmetros, tanto à temperatura ambiente como ao longo da banda de temperatura de funcionamento, para quantificar o desempenho esperado no terreno.

Esta caraterização e melhoramento garantem que os conjuntos de ímanes em acoplamentos magnéticos proporcionam um desempenho de campo excecional durante a vida útil do produto.

Em conclusão

Neste guia, explorámos as opções comuns de ímanes para acoplamentos magnéticos, as propriedades essenciais a procurar, as considerações de conceção, bem como os aspectos de teste. Com a sua eficiência e fiabilidade cada vez maiores, os acoplamentos baseados em ímanes de neodímio continuam a ganhar destaque nos sistemas de automação industrial.

Para determinar a melhor solução de acoplamento magnético que corresponda aos seus requisitos específicos, consulte as equipas de engenharia especializadas no início da fase de conceção para obter recomendações adequadas e apoio à personalização.