Imãs são corpos de materiais magnetizáveis utilizados para gerar um forte campo magnético em sua vizinhança. Essa característica faz com que sejam empregados em diversas aplicações na vida moderna, tais como motores para a indústria eletroeletrônica e automobilística, como elementos de fixação e em acoplamentos magnéticos na indústria mecânica. O mercado de ímãs permanentes movimenta atualmente cerca de US$ 5 bilhões por ano e está em plena expansão, sendo estimado um crescimento de 12% por ano até o final desta década de 90. Tal crescimento é atribuído aos \"novos materiais\" desenvolvidos a partir da década de 80 (ímãs de terras-raras) e aos novos mercados, que foram gerados pelos próprios \"novos materiais\" (Hart, 1996). Tratando-se de materiais tão ligados às facilidades da vida moderna, a pesquisa na área de imãs está intimamente ligada ao seu desenvolvimento tecnológico. Procura-se desenvolver imãs com as melhores propriedades magnéticas para as suas aplicações, investigando ao mesmo tempo os fenômenos que regem os mecanismos físicos de magnetização. / Permanent magnets composed of magnetic powders bonded with a polymer represent the fastest growing sector of the magnetic materials market since they are ideal for the fabrication of small motors. This work presents a magnetic and structural characterization of TIve eommereial bonded magnets, Reversible and irreversible components of the total magnetization as well as magnetic interactions in the five commereial magnets are also studied, the magnets are composed by ferrite and MQP-Q nanoerystelline powders and mixtures of these two powders with 80%, 60% and 40% ferrite. Magnelie interactions were analyzed by Henkel plots, gM plots and switching field distributions. In bonded magnets, since the magnetic particles are separated from each other by a binder, it is expected that interactions are mainly dipolar in Nature. There is a progressive change in the data as the fraction of MQP-Q powder is increased. The sample with 100% ferrite shows strong magnetizing interactions at low fields. Date for hybrid magnets present increasing demagnetizing interactions as the fermion of MQP-Q increases and for the 100% MQP-Q sample, the data indicate demagnetizing effects. Reversible and irreversible magnetization components were obtained by applying two methods commanly used in magnetic materials characterization, the DCD -IRM method and the reversible susceptibility method. For the 100% ferrite magnet, in which the reversible component is small, the methods lead lo similar results. The results for both methods diverge as the reversible component! Increases, which in this case occurs with the increase of the MQP-Q powder fraction. The divergence is attributed to the idealized conditions of non-inleracting particles assumed by the DCD-IRM method. Magnetic interactions and lotai magnetization components were also studied in a melt-spun nanocrystalline Nd9Fe85B5 sample. This composition is similar to that of the MQP-Q powder and the magnetic behavior of both the bonded magnetic and the nanocrystalline precursor could be compared. Micromagnetic simulations allowed the evaluation of exchange, anisotropy and magnetostatic interactions on the magnetization reversal of nanocryslalline romposlle systems. The Monte Carlo method was applied lo a linear array of 300 magnetic moments distributed in three grains, two magnetically hard with a soft grain between them.

Visando analisar o comportamento de um gerador de ímãs permanentes a partir de diferentes pontos de carga aplicada, quantificando a magnetização dos ímãs presentes, desenvolveu-se um protótipo com desenho propício à adaptação para geradores eólicos. Como o objetivo é a obtenção do comportamento da magnetização dos ímãs permanentes com vários pontos de carga acoplada, optou-se pela utilização de ímãs de ferrite, com valor médio da densidade de fluxo magnético remanente (Br) igual a 0,39 T. Desta forma, o valor da carga acoplada não necessita atingir valores elevados para verificação da variação do comportamento da tensão após aplicação de carga, facilitando a avaliação de possível desmagnetização parcial ou total dos ímãs instalados. Adicionalmente é estudada divisão de carga do gerador, com tensão de saída retificada, operando em paralelo com um barramento C.C. ou banco de baterias. É apresentada uma abordagem analítica de estudo da desmagnetização dos ímãs permanentes do gerador, bem como um levantamento experimental do mesmo. Conduta semelhante é adotada no estudo da divisão de carga. / Aiming to analyze the performance of a permanent magnet generator, operating under variable load and quantifying the corresponding condition of its magnets, we have developed a prototype adaptable to wind generators. As one of the purposes of this work is to study the magnetic performance of the permanent magnets in several points of load, we have chosen ferrite magnets with average remanence (Br) of 0.39 T. Thus, even light variations in load are enough to verify the variation of the generated voltage, which eases the rating of total or partial demagnetization of the installed magnets. Additionally, we study load share of that generator, with rectified output, operating in parallel with D.C. bus or battery bank. An analytic approach of demagnetization of the generator\'s permanent magnets is also presented, as well as an experimental survey of it. A similar procedure is adopted in the study of the load share.

Trabalho de investigação desenvolvido na Universidade Regional de Blumenau / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

A teoria de duplo eixo é geralmente utilizada para modelar e caracterizar máquinas síncronas de polos salientes. O conhecimento das indutâncias de eixo direto e eixo em quadratura são fundamentais para o desenvolvimento destes modelos e para o projeto de controladores destas máquinas. No entanto, métodos tradicionais para determinação destas indutâncias através de ensaios tornam-se impraticáveis em máquinas síncronas de ímãs permanentes pela impossibilidade de controlar a corrente de campo. Recentemente, a IEEE publicou o Std. 1812, chamado Trial-Use Guide for Testing Permanent Magnet Machines, que pode servir de guia para obtenção da reatância de eixo direto Xd. Esta norma não sugere formas de determinar a reatância de eixo em quadratura Xq, mas existem diferentes métodos para calcular este parâmetro a partir de dados coletados em testes, geralmente envolvendo medição de ângulo de carga. O objetivo deste trabalho é propor e analisar dois métodos alternativos para determinar as reatâncias do modelo de duplo eixo através de ensaios aplicados a um gerador síncrono de ímãs permanentes (GSIP) de 1,5 kW. O primeiro é baseado em predição de ângulo de carga e o segundo é baseado em medição de ângulo de carga. O primeiro combina ensaios a vazio e de curto circuito com análise do diagrama fasorial para descrever o ângulo de carga como função de grandezas elétricas facilmente mensuráveis. O segundo propõe um método de medição de ângulo de carga com auxílio de um encoder incremental. Resultados comprovam que é possível determinar indutâncias do modelo de duplo eixo com as equações desenvolvidas desde que o conteúdo harmônico não seja elevado. / A teoria de duplo eixo é geralmente utilizada para modelar e caracterizar máquinas síncronas de polos salientes. O conhecimento das indutâncias de eixo direto e eixo em quadratura são fundamentais para o desenvolvimento destes modelos e para o projeto de controladores destas máquinas. No entanto, métodos tradicionais para determinação destas indutâncias através de ensaios tornam-se impraticáveis em máquinas síncronas de ímãs permanentes pela impossibilidade de controlar a corrente de campo. Recentemente, a IEEE publicou o Std. 1812, chamado Trial-Use Guide for Testing Permanent Magnet Machines, que pode servir de guia para obtenção da reatância de eixo direto Xd. Esta norma não sugere formas de determinar a reatância de eixo em quadratura Xq, mas existem diferentes métodos para calcular este parâmetro a partir de dados coletados em testes, geralmente envolvendo medição de ângulo de carga. O objetivo deste trabalho é propor e analisar dois métodos alternativos para determinar as reatâncias do modelo de duplo eixo através de ensaios aplicados a um gerador síncrono de ímãs permanentes (GSIP) de 1,5 kW. O primeiro é baseado em predição de ângulo de carga e o segundo é baseado em medição de ângulo de carga. O primeiro combina ensaios a vazio e de curto circuito com análise do diagrama fasorial para descrever o ângulo de carga como função de grandezas elétricas facilmente mensuráveis. O segundo propõe um método de medição de ângulo de carga com auxílio de um encoder incremental. Resultados comprovam que é possível determinar indutâncias do modelo de duplo eixo com as equações desenvolvidas desde que o conteúdo harmônico não seja elevado.

Este trabalho tem por objetivo a utilização do núcleo de estator de uma máquina elétrica construído a partir do processo da Metalurgia do Pó utilizando a liga ferro com 2% fósforo (Fe2%P). O núcleo obtido substitui o núcleo comercial (laminado) do gerador síncrono de imãs permanentes com potência de 1kW. O gerador elétrico utilizado no trabalho é encontrado em geradores eólicos de pequeno porte. Esta máquina elétrica é um gerador com fluxo axial excitado através de imãs permanentes, sendo nomeada de Torus por utilizar um núcleo em formato toroidal. Foram realizados ensaios de rendimento do gerador em bancada com ambos os núcleos, comercial e o concebido a partir de metalurgia do pó. Com estes ensaios foi possível a comparação do desempenho da máquina com os dois núcleos. O núcleo do estator obtido pelo processo de metalurgia do pó obteve rendimentos elétricos equivalentes ao da máquina utilizando núcleo comercial, porém durante o teste em vazio o gerador com núcleo de Fe2%P apresentou uma potência mecânica de acionamento superior a máquina utilizando núcleo comercial. A máquina com núcleo comercial possui uma eficiência geral de no mínimo oito por cento superior a máquina que utiliza núcleo do estator com Fe2%P. / The purpose of this paper is to use the stator core of an electrical machine built from the Powder Metallurgy process using iron alloy with 2% (Fe 2% P). The core obtained replaces the commercial core (laminated) of the synchronous generator with permanent magnet power of 1kW. The electric generator used at work is found in small wind generators. This electric machine is a generator with an axial flow excited by permanent magnets that have been named Torus for using a core in the toroidal format. Bench Generator performance tests were conducted with both the commercial and the powder metallurgy designed cores. With these tests, a comparison between the machine’s performance and both cores was possible. The stator core obtained by the powder metallurgy process achieved an electrical performance equivalent to that of the machine using the commercial core, however, during the no load test, the generator with the Fe2% P core presented a higher mechanical power drive to that of the machine using the commercial core. The machine with a commercial core has an overall efficiency of at least eight per cent higher than that of the machine that uses the stator core with Fe2%P.

A teoria de duplo eixo é geralmente utilizada para modelar e caracterizar máquinas síncronas de polos salientes. O conhecimento das indutâncias de eixo direto e eixo em quadratura são fundamentais para o desenvolvimento destes modelos e para o projeto de controladores destas máquinas. No entanto, métodos tradicionais para determinação destas indutâncias através de ensaios tornam-se impraticáveis em máquinas síncronas de ímãs permanentes pela impossibilidade de controlar a corrente de campo. Recentemente, a IEEE publicou o Std. 1812, chamado Trial-Use Guide for Testing Permanent Magnet Machines, que pode servir de guia para obtenção da reatância de eixo direto Xd. Esta norma não sugere formas de determinar a reatância de eixo em quadratura Xq, mas existem diferentes métodos para calcular este parâmetro a partir de dados coletados em testes, geralmente envolvendo medição de ângulo de carga. O objetivo deste trabalho é propor e analisar dois métodos alternativos para determinar as reatâncias do modelo de duplo eixo através de ensaios aplicados a um gerador síncrono de ímãs permanentes (GSIP) de 1,5 kW. O primeiro é baseado em predição de ângulo de carga e o segundo é baseado em medição de ângulo de carga. O primeiro combina ensaios a vazio e de curto circuito com análise do diagrama fasorial para descrever o ângulo de carga como função de grandezas elétricas facilmente mensuráveis. O segundo propõe um método de medição de ângulo de carga com auxílio de um encoder incremental. Resultados comprovam que é possível determinar indutâncias do modelo de duplo eixo com as equações desenvolvidas desde que o conteúdo harmônico não seja elevado. / A teoria de duplo eixo é geralmente utilizada para modelar e caracterizar máquinas síncronas de polos salientes. O conhecimento das indutâncias de eixo direto e eixo em quadratura são fundamentais para o desenvolvimento destes modelos e para o projeto de controladores destas máquinas. No entanto, métodos tradicionais para determinação destas indutâncias através de ensaios tornam-se impraticáveis em máquinas síncronas de ímãs permanentes pela impossibilidade de controlar a corrente de campo. Recentemente, a IEEE publicou o Std. 1812, chamado Trial-Use Guide for Testing Permanent Magnet Machines, que pode servir de guia para obtenção da reatância de eixo direto Xd. Esta norma não sugere formas de determinar a reatância de eixo em quadratura Xq, mas existem diferentes métodos para calcular este parâmetro a partir de dados coletados em testes, geralmente envolvendo medição de ângulo de carga. O objetivo deste trabalho é propor e analisar dois métodos alternativos para determinar as reatâncias do modelo de duplo eixo através de ensaios aplicados a um gerador síncrono de ímãs permanentes (GSIP) de 1,5 kW. O primeiro é baseado em predição de ângulo de carga e o segundo é baseado em medição de ângulo de carga. O primeiro combina ensaios a vazio e de curto circuito com análise do diagrama fasorial para descrever o ângulo de carga como função de grandezas elétricas facilmente mensuráveis. O segundo propõe um método de medição de ângulo de carga com auxílio de um encoder incremental. Resultados comprovam que é possível determinar indutâncias do modelo de duplo eixo com as equações desenvolvidas desde que o conteúdo harmônico não seja elevado.

O elemento químico neodímio (Nd) atualmente está em evidência pois é parte fundamental em aplicações produzidas por empresas ligadas a tecnologias limpas e de ponta. Porém, é classificado como crítico pelo departamento de energia dos EUA em função do monopólio chinês atuante em sua exploração e comercialização. Devido à crescente demanda frente à restrita disponibilidade, a recuperação deste metal está em ascensão. Uma das aplicações do neodímio é o ímã permanente de neodímio-ferro-boro, utilizado em hard disk drives (HDs) de computadores. Desta forma, este estudo visou caracterizar os ímãs provenientes de HDs de computadores e estabelecer uma rota de recuperação do neodímio por meio de processos mecânicos e hidrometalúrgicos. Por meio da pesagem dos HDs e seus ímãs obteve-se massa média de 3,04 g e 7,91 g para laptop e desktop, respectivamente, representando menos de 3% da massa total do HD. A desmagnetização foi atingida por meio de aquecimento até a temperatura de Curie, em torno de 312 °C, e a cominuição realizada em moinho de facas, onde foram obtidas três granulometrias classificadas em frações A, B e C. Qualitativamente as amostras, foram analisados por meio de difração de raios-X (DRX), onde a fase tetragonal Nd2Fe14B foi o constituinte dominante, e por meio de análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Semi-quantitativamente os ímãs, seus revestimentos e o precipitado final foram avaliados por meio de espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). A composição média de 21,5% de neodímio e 65,1% de ferro em massa, além de outros elementos químicos, obtida por meio de espectrometria de emissão óptica com plasma (ICP-OES), mostrou teor de neodímio superior aos minérios explorados, tornando este resíduo interessante em relação à recuperação deste metal. O procedimento hidrometalúrgico adotado envolveu a lixiviação das amostras em ácido sulfúrico 2M e a variação de três parâmetros: razão sólido/líquido, temperatura e tempo, em dois níveis. Posteriormente foi realizada a precipitação seletiva por meio de NaOH, formando o duplo sal NaNd(SO4)2.nH2O. Os resultados mostraram que a lixiviação de neodímio atingiu eficiência média acima de 94%, porém todos os experimentos apresentaram material não lixiviado, majoritariamente composto por níquel e cobre. / The chemical element neodymium (Nd) currently is in evidence as it is a fundamental part in applications manufactured by clean and advanced technology companies. However, it is classified as critical by the United States Department of Energy due to Chinese monopoly in its exploration and commercialization. Due to increasing demand in contrast with scarce supply, the recovery of neodymium is growing. One of the applications of this metal is the neodymium-iron-boron permanent magnet, used in hard disk drives (HDDs) of computers. Therefore, this study aimed magnets characterizing from HDDs of computers and then establishing a recovery route for neodymium by mechanical and hydrometallurgical processes. By weighing the HDDs and their magnets it was obtained the average weight of 3.04 g and 7.91 g for laptop and desktop, respectively, representing less than 3% of the HDDs total mass. Demagnetizing was achieved by heating up to Curie temperature of around 312 °C, and the comminution in knives mill resulted in three granulometries classified into fractions A, B and C. Qualitatively, magnets were analyzed by X-ray diffraction (XRD), where the tetragonal phase Nd2Fe14B was the dominant constituent of the sample, and through analysis in a scanning electron microscope (SEM). Semi-quantitatively, the magnets, its covers, and the final precipitate were evaluated by X-ray fluorescence spectrometry (XRF). The average composition of neodymium and iron showed 21.5% and 65.1% by weight, respectively, among other chemical elements. This results were obtained by optical emission spectrometry (ICP-OES), representing a higher neodymium content compared to the ores content, which makes this waste interesting from a neodymium recovery point of view. The procedure adopted involved hydrometallurgical leaching of the samples in 2M sulfuric acid varying three parameters: liquid/solid ratio, temperature and time, each one on two levels. Subsequently, the selective precipitation by NaOH was performed to form the double salt NaNd(SO4)2.nH2O. The results showed that neodymium leaching efficiency reached above 94%, but the experiments showed as well some material left, mainly composed of nickel and copper.

O presente estudo desenvolveu o Estimulador Proprioceptivo Magnético - EPM na Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR para estimular, registrar e quantificar a atividade proprioceptiva da articulação do ombro, utilizando ímãs permanentes. Um estudo piloto foi conduzido para investigar a estimulação proprioceptiva gerada pelo EPM. Os resultados deste estudo mostram que as forças magnéticas e mecânicas geradas por ímãs permanentes podem alterar a estabilidade estática e dinâmica da articulação do ombro. As alterações angulares da articulação do ombro durante a estimulação da propriocepção foram fotografadas, filmadas e analisadas por programa de edição vetorial. Os movimentos articulares provocados pela ação dos ímãs foram registrados por um sensor óptico instalado no EPM e exibidos em uma interface gráfica para a análise da dinâmica proprioceptiva. O estudo concluiu que o Estimulador Proprioceptivo Magnético é seguro, eficaz para estimular a propriocepção e apresenta alta viabilidade econômica. / This study developed the Magnetic Proprioceptive Stimulator – MPS at the Technological Federal University of Parana - UTFPR to stimulate, record and quantify the proprioceptive activity of the shoulder joint, using permanent magnets. A pilot study was conducted to investigate the proprioceptive stimulation generated by MPS. The results of this study show that the magnetic and mechanical forces generated by permanent magnets can change the static and dynamic stability of the shoulder joint. The angular changes of the shoulder joint during the stimulation of proprioception were photographed, videotaped and analyzed by vector editing program. The joint movements caused by the action of the magnets were recorded by an optical sensor installed in the MPS and displayed in a graphical interface for analyzing the proprioceptive dynamics. The study concluded that the Magnetic Proprioceptive Stimulator is safe, effective to stimulate proprioception and features high economic viability.

O presente estudo desenvolveu o Estimulador Proprioceptivo Magnético - EPM na Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR para estimular, registrar e quantificar a atividade proprioceptiva da articulação do ombro, utilizando ímãs permanentes. Um estudo piloto foi conduzido para investigar a estimulação proprioceptiva gerada pelo EPM. Os resultados deste estudo mostram que as forças magnéticas e mecânicas geradas por ímãs permanentes podem alterar a estabilidade estática e dinâmica da articulação do ombro. As alterações angulares da articulação do ombro durante a estimulação da propriocepção foram fotografadas, filmadas e analisadas por programa de edição vetorial. Os movimentos articulares provocados pela ação dos ímãs foram registrados por um sensor óptico instalado no EPM e exibidos em uma interface gráfica para a análise da dinâmica proprioceptiva. O estudo concluiu que o Estimulador Proprioceptivo Magnético é seguro, eficaz para estimular a propriocepção e apresenta alta viabilidade econômica. / This study developed the Magnetic Proprioceptive Stimulator – MPS at the Technological Federal University of Parana - UTFPR to stimulate, record and quantify the proprioceptive activity of the shoulder joint, using permanent magnets. A pilot study was conducted to investigate the proprioceptive stimulation generated by MPS. The results of this study show that the magnetic and mechanical forces generated by permanent magnets can change the static and dynamic stability of the shoulder joint. The angular changes of the shoulder joint during the stimulation of proprioception were photographed, videotaped and analyzed by vector editing program. The joint movements caused by the action of the magnets were recorded by an optical sensor installed in the MPS and displayed in a graphical interface for analyzing the proprioceptive dynamics. The study concluded that the Magnetic Proprioceptive Stimulator is safe, effective to stimulate proprioception and features high economic viability.

O elemento químico neodímio (Nd) atualmente está em evidência pois é parte fundamental em aplicações produzidas por empresas ligadas a tecnologias limpas e de ponta. Porém, é classificado como crítico pelo departamento de energia dos EUA em função do monopólio chinês atuante em sua exploração e comercialização. Devido à crescente demanda frente à restrita disponibilidade, a recuperação deste metal está em ascensão. Uma das aplicações do neodímio é o ímã permanente de neodímio-ferro-boro, utilizado em hard disk drives (HDs) de computadores. Desta forma, este estudo visou caracterizar os ímãs provenientes de HDs de computadores e estabelecer uma rota de recuperação do neodímio por meio de processos mecânicos e hidrometalúrgicos. Por meio da pesagem dos HDs e seus ímãs obteve-se massa média de 3,04 g e 7,91 g para laptop e desktop, respectivamente, representando menos de 3% da massa total do HD. A desmagnetização foi atingida por meio de aquecimento até a temperatura de Curie, em torno de 312 °C, e a cominuição realizada em moinho de facas, onde foram obtidas três granulometrias classificadas em frações A, B e C. Qualitativamente as amostras, foram analisados por meio de difração de raios-X (DRX), onde a fase tetragonal Nd2Fe14B foi o constituinte dominante, e por meio de análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Semi-quantitativamente os ímãs, seus revestimentos e o precipitado final foram avaliados por meio de espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). A composição média de 21,5% de neodímio e 65,1% de ferro em massa, além de outros elementos químicos, obtida por meio de espectrometria de emissão óptica com plasma (ICP-OES), mostrou teor de neodímio superior aos minérios explorados, tornando este resíduo interessante em relação à recuperação deste metal. O procedimento hidrometalúrgico adotado envolveu a lixiviação das amostras em ácido sulfúrico 2M e a variação de três parâmetros: razão sólido/líquido, temperatura e tempo, em dois níveis. Posteriormente foi realizada a precipitação seletiva por meio de NaOH, formando o duplo sal NaNd(SO4)2.nH2O. Os resultados mostraram que a lixiviação de neodímio atingiu eficiência média acima de 94%, porém todos os experimentos apresentaram material não lixiviado, majoritariamente composto por níquel e cobre. / The chemical element neodymium (Nd) currently is in evidence as it is a fundamental part in applications manufactured by clean and advanced technology companies. However, it is classified as critical by the United States Department of Energy due to Chinese monopoly in its exploration and commercialization. Due to increasing demand in contrast with scarce supply, the recovery of neodymium is growing. One of the applications of this metal is the neodymium-iron-boron permanent magnet, used in hard disk drives (HDDs) of computers. Therefore, this study aimed magnets characterizing from HDDs of computers and then establishing a recovery route for neodymium by mechanical and hydrometallurgical processes. By weighing the HDDs and their magnets it was obtained the average weight of 3.04 g and 7.91 g for laptop and desktop, respectively, representing less than 3% of the HDDs total mass. Demagnetizing was achieved by heating up to Curie temperature of around 312 °C, and the comminution in knives mill resulted in three granulometries classified into fractions A, B and C. Qualitatively, magnets were analyzed by X-ray diffraction (XRD), where the tetragonal phase Nd2Fe14B was the dominant constituent of the sample, and through analysis in a scanning electron microscope (SEM). Semi-quantitatively, the magnets, its covers, and the final precipitate were evaluated by X-ray fluorescence spectrometry (XRF). The average composition of neodymium and iron showed 21.5% and 65.1% by weight, respectively, among other chemical elements. This results were obtained by optical emission spectrometry (ICP-OES), representing a higher neodymium content compared to the ores content, which makes this waste interesting from a neodymium recovery point of view. The procedure adopted involved hydrometallurgical leaching of the samples in 2M sulfuric acid varying three parameters: liquid/solid ratio, temperature and time, each one on two levels. Subsequently, the selective precipitation by NaOH was performed to form the double salt NaNd(SO4)2.nH2O. The results showed that neodymium leaching efficiency reached above 94%, but the experiments showed as well some material left, mainly composed of nickel and copper.