Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar a aplicação, para sistema de frenagem veicular, de uma máquina elétrica sem escovas, de armadura toroidal, e fluxo magnético axial produzido por ímãs permanentes de terras raras, a chamada máquina Torus. A máquina foi construída no LMEAE e estudada inicialmente como motor em outro trabalho. Mas, para que se possa avaliar seu funcionamento em sistema de frenagem, o foco é do ponto de vista da máquina como gerador. São realizados testes dinâmicos e estáticos experimentalmente e modelo numérico pelo método dos elementos finitos com um formato de ímãs permanentes de seção setorial, possibilitando o comparativo com a versão anterior da máquina que empregou ímãs de seção quadrada. Mudanças físicas e no sistema de acionamento da máquina, e ensaios de frenagem dinâmica foram realizados. Modelagem analítica para indução magnética foi desenvolvida utilizando-se da técnica de Transformação Conforme. O trabalho busca apresentar as características da máquina e justificativas que demonstram o seu potencial de aplicabilidade em um subsistema veicular sob frenagem regenerativa e a capacidade de fornecimento de energia a um sistema de armazenamento com uma parte de energia cinética, ou seja, baterias e supercapacitores. / This work is carried out with the aim to study the application, by a vehicular braking system, of a brushless electrical machine with a toroidal armature core, and axial magnetic flux delivered by rare earth permanent magnets, the so-called Torus machine. The machine was built in the LMEAE, and previously studied as a motor by other work. However, in order to assess its performance in a braking system, the focus is the point of view of the machine as a generator. Static and dynamic tests are implemented as well as a numerical model by means of the finite element method, in order to compare the machine with sector poles permanent magnets and with square magnet poles. Physical changes and on the driving system of the machine, and dynamic braking tests are performed. The analytical modelling for the magnetic induction was developed using the technique of conformal transformation. The study aims to present the features of the machine and demonstrates its potential applicability to a vehicular subsystem under regenerative braking and the ability to supply an energy storage system with part of the kinetic energy, i.e. batteries and super capacitors.

Este trabalho foca o estudo e desenvolvimento de um atuador linear com ímãs permanentes aplicado a sistemas de suspensão ativa, com ênfase em suspensão veicular. Seu desenvolvimento considera aspectos específicos como força, volume, razão força/volume, curso e resposta em frequência. Junto ao estudo teórico desenvolve-se o projeto baseado na simulação paramétrica em elementos finitos que analisa aspectos qualitativos e quantitativos importantes para tomada de decisão do projeto, especificamente na definição de materiais e geometrias. Para servir como ferramenta de análise foi empregada uma modelagem analítica que se mostrou eficiente, pois foi capaz de produzir resultados de forma mais rápida que o método de elementos finitos para avaliar grandezas de interesse como força e densidade de fluxo magnético. Por fim e com base nos aspectos de projeto, foi construído um protótipo que permitiu validar os modelos. Os resultados experimentais e teóricos mostraram boa concordância o que permite concluir que os métodos empregados são eficazes, fornecendo subsídios à aplicação em foco. / This work aims the study and development of a linear actuator with permanent magnets applied to active suspension systems, with emphasis on vehicular suspension. That development takes into account specific features such as force, volume, force per volume ratio, stroke and frequency response. Together with the theoretical study the design of the actuator is carried out based on parametric simulation by means of finite elements which analyses qualitative and quantitative aspects that are important to make the project decision, specifically to define materials and geometry. To suit as an analysis tool it was employed an analytical modelling, which showed to be efficient because it was capable of producing faster results than the finite elements method to evaluate physical quantities of interest such as force and magnetic flux density. Finally and based on project aspects, a prototype was built which allowed to validate all models. Experimental and theoretical results showed a good agreement which led to conclude that the employed methods are efficient, providing subsidies to the studied application.

A determinação das principais propriedades magnéticas de um ímã permanente geralmente requer sistemas de medição sofisticados e custosos. Este trabalho analisa e propõe um sistema de caracterização de ímãs permanentes de Terras Raras à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples e rápida. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável e uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro para a medição da intensidade do campo magnético no entreferro. Como introdução se apresenta o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo e em relação aos ímãs permanentes, sua história, os principais tipos, sua importância e suas aplicações principais. Os resultados teóricos e experimentais são comparados a resultados certificados, validando o método como proposto. / Determining the main magnetic properties of a permanent magnet usually requires sophisticated and expensive measurement setups. This work analyses and proposes a low-cost system to characterize Rare Earth permanent magnets at ambient temperature with easy and fast implementation. It consists of a magnetic circuit with the permanent magnet under test, appropriate pole pieces, a variable air gap and a Hall Effect probe with its respective Gaussmeter. As an introduction, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism and its history, the main types of permanent magnets, their importance and applications. The theoretical and experimental results are compared to certified ones, validating so the method as proposed.

A determinação das principais propriedades magnéticas de um ímã permanente geralmente requer sistemas de medição sofisticados e custosos. Este trabalho analisa e propõe um sistema de caracterização de ímãs permanentes de Terras Raras à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples e rápida. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável e uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro para a medição da intensidade do campo magnético no entreferro. Como introdução se apresenta o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo e em relação aos ímãs permanentes, sua história, os principais tipos, sua importância e suas aplicações principais. Os resultados teóricos e experimentais são comparados a resultados certificados, validando o método como proposto. / Determining the main magnetic properties of a permanent magnet usually requires sophisticated and expensive measurement setups. This work analyses and proposes a low-cost system to characterize Rare Earth permanent magnets at ambient temperature with easy and fast implementation. It consists of a magnetic circuit with the permanent magnet under test, appropriate pole pieces, a variable air gap and a Hall Effect probe with its respective Gaussmeter. As an introduction, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism and its history, the main types of permanent magnets, their importance and applications. The theoretical and experimental results are compared to certified ones, validating so the method as proposed.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar a aplicação, para sistema de frenagem veicular, de uma máquina elétrica sem escovas, de armadura toroidal, e fluxo magnético axial produzido por ímãs permanentes de terras raras, a chamada máquina Torus. A máquina foi construída no LMEAE e estudada inicialmente como motor em outro trabalho. Mas, para que se possa avaliar seu funcionamento em sistema de frenagem, o foco é do ponto de vista da máquina como gerador. São realizados testes dinâmicos e estáticos experimentalmente e modelo numérico pelo método dos elementos finitos com um formato de ímãs permanentes de seção setorial, possibilitando o comparativo com a versão anterior da máquina que empregou ímãs de seção quadrada. Mudanças físicas e no sistema de acionamento da máquina, e ensaios de frenagem dinâmica foram realizados. Modelagem analítica para indução magnética foi desenvolvida utilizando-se da técnica de Transformação Conforme. O trabalho busca apresentar as características da máquina e justificativas que demonstram o seu potencial de aplicabilidade em um subsistema veicular sob frenagem regenerativa e a capacidade de fornecimento de energia a um sistema de armazenamento com uma parte de energia cinética, ou seja, baterias e supercapacitores. / This work is carried out with the aim to study the application, by a vehicular braking system, of a brushless electrical machine with a toroidal armature core, and axial magnetic flux delivered by rare earth permanent magnets, the so-called Torus machine. The machine was built in the LMEAE, and previously studied as a motor by other work. However, in order to assess its performance in a braking system, the focus is the point of view of the machine as a generator. Static and dynamic tests are implemented as well as a numerical model by means of the finite element method, in order to compare the machine with sector poles permanent magnets and with square magnet poles. Physical changes and on the driving system of the machine, and dynamic braking tests are performed. The analytical modelling for the magnetic induction was developed using the technique of conformal transformation. The study aims to present the features of the machine and demonstrates its potential applicability to a vehicular subsystem under regenerative braking and the ability to supply an energy storage system with part of the kinetic energy, i.e. batteries and super capacitors.

Este trabalho foca o estudo e desenvolvimento de um atuador linear com ímãs permanentes aplicado a sistemas de suspensão ativa, com ênfase em suspensão veicular. Seu desenvolvimento considera aspectos específicos como força, volume, razão força/volume, curso e resposta em frequência. Junto ao estudo teórico desenvolve-se o projeto baseado na simulação paramétrica em elementos finitos que analisa aspectos qualitativos e quantitativos importantes para tomada de decisão do projeto, especificamente na definição de materiais e geometrias. Para servir como ferramenta de análise foi empregada uma modelagem analítica que se mostrou eficiente, pois foi capaz de produzir resultados de forma mais rápida que o método de elementos finitos para avaliar grandezas de interesse como força e densidade de fluxo magnético. Por fim e com base nos aspectos de projeto, foi construído um protótipo que permitiu validar os modelos. Os resultados experimentais e teóricos mostraram boa concordância o que permite concluir que os métodos empregados são eficazes, fornecendo subsídios à aplicação em foco. / This work aims the study and development of a linear actuator with permanent magnets applied to active suspension systems, with emphasis on vehicular suspension. That development takes into account specific features such as force, volume, force per volume ratio, stroke and frequency response. Together with the theoretical study the design of the actuator is carried out based on parametric simulation by means of finite elements which analyses qualitative and quantitative aspects that are important to make the project decision, specifically to define materials and geometry. To suit as an analysis tool it was employed an analytical modelling, which showed to be efficient because it was capable of producing faster results than the finite elements method to evaluate physical quantities of interest such as force and magnetic flux density. Finally and based on project aspects, a prototype was built which allowed to validate all models. Experimental and theoretical results showed a good agreement which led to conclude that the employed methods are efficient, providing subsidies to the studied application.

Este trabalho foca o estudo e desenvolvimento de um atuador linear com ímãs permanentes aplicado a sistemas de suspensão ativa, com ênfase em suspensão veicular. Seu desenvolvimento considera aspectos específicos como força, volume, razão força/volume, curso e resposta em frequência. Junto ao estudo teórico desenvolve-se o projeto baseado na simulação paramétrica em elementos finitos que analisa aspectos qualitativos e quantitativos importantes para tomada de decisão do projeto, especificamente na definição de materiais e geometrias. Para servir como ferramenta de análise foi empregada uma modelagem analítica que se mostrou eficiente, pois foi capaz de produzir resultados de forma mais rápida que o método de elementos finitos para avaliar grandezas de interesse como força e densidade de fluxo magnético. Por fim e com base nos aspectos de projeto, foi construído um protótipo que permitiu validar os modelos. Os resultados experimentais e teóricos mostraram boa concordância o que permite concluir que os métodos empregados são eficazes, fornecendo subsídios à aplicação em foco. / This work aims the study and development of a linear actuator with permanent magnets applied to active suspension systems, with emphasis on vehicular suspension. That development takes into account specific features such as force, volume, force per volume ratio, stroke and frequency response. Together with the theoretical study the design of the actuator is carried out based on parametric simulation by means of finite elements which analyses qualitative and quantitative aspects that are important to make the project decision, specifically to define materials and geometry. To suit as an analysis tool it was employed an analytical modelling, which showed to be efficient because it was capable of producing faster results than the finite elements method to evaluate physical quantities of interest such as force and magnetic flux density. Finally and based on project aspects, a prototype was built which allowed to validate all models. Experimental and theoretical results showed a good agreement which led to conclude that the employed methods are efficient, providing subsidies to the studied application.

Pós magnéticos foram produzidos utilizando o processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR). A primeira parte deste trabalho envolveu o estudo do efeito da adição de Co na liga Pr14FebalCoxB6Nb0.1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) variando a de temperatura de dessorção/ recombinação de 800° a 900°C, com o objetivo de otimização do tratamento HDDR. A liga Pr14Fe80B6 foi utilizada como padrão. As ligas foram tratadas termicamente a 1100°C por 20 horas para eliminação do Fe- exixtente na liga em estado bruto de fusão. A temperatura de dessorção/ recombinação afetou a microestrutura e as propriedades magnéticas dos ímãs moldados com polímeros. A liga com baixa adição de cobalto (4 at.%) exigiu a temperatura de reação mais alta (880°C) entre os demais ímãs. As temperaturas ótimas para as ligas com 8 at.% Co e 10 at.% Co foram 840°C e 820°C, respectivamente. Ligas com altas concentrações de cobalto (12 at.% and 16 at.%) foram processadas a 840°C. A temperatura de dessorção/ recombinação que apresentou alta anisotropia nas ligas Pr14Fe80B6 e Pr14Fe79,9B6Nb0,1 foi de 820°C. O ímã que apresentou melhor remanência (862mT) foi processado com a liga Pr14Fe67,9Co12B6Nb0,1. Cada liga apresentou uma temperatura de reação otimizada e exibiu uma microestrutura particular, de acordo com a composição. A segunda parte deste trabalho envolveu a caracterização, dos pós HDDR de Pr14Fe80B6, que foram analisadas por difração de raios X com fonte síncrotron para a identificação e quantificação de fases cristalinas, e ainda para a determinação do tamanho médio de cristalitos da fase principal. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para revelar a morfologia dos pós HDDR. / Fine magnetic powders were produced using the hydrogenation disproportionation desorption and recombination (HDDR) process. The first stage in this work involved an investigation of the effect of the Co content and range of desorption/ recombination temperatures between 800 and 900°C with the purpose of optimizing the HDDR treatment for Pr14Fe80B6 and Pr14FebalCoxB6Nb0,1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) alloys. The cast alloys were annealed at 1100°C for 20 hours for homogenization. The processing temperature (desorption/ recombination) affected the microstructure and magnetic properties of the bonded magnets. The alloy with low cobalt content (4 at.%) required the highest reaction temperature (880°C) to yield anisotropic bonded magnets. The optimum temperature for alloys with 8 at.% Co and 10 at.% Co were 840°C and 820°C, respectively. Alloys with high cobalt content (12 at.% and 16 at.%) were processed at 840°C. The optimum desorption temperature for achieving high anisotropy for Pr14Fe80B6 and Pr14Fe79,9B6Nb0,1 was 820°C. The best remanence (862mT) was achieved with the Pr14Fe67,9B6Co12Nb0,1 magnet, processed at 840°C. Each alloy required an optimum reaction temperature and exhibited a particular microstructure according to the composition. The second stage of the work involved the characterization, for each temperature, of the Pr14Fe80B6 HDDR powder processed using X-ray diffraction analysis. The samples of the HDDR material were studied by synchrotron radiation powder diffraction using the Rietveld method for cell refinement, phase quantification and crystallite sizes determination. Scanning electron microscopy (SEM) has also been employed to reveal the morphology of the HDDR powder.

Esse trabalho teve como objetivo verificar o efeito da adição do ácido oléico na moagem de alta velocidade/energia na obtenção de pós magnéticos em escala nanométricas da liga Pr12Fe65,9Co16B6Nb0,1. A primeira etapa deste trabalho, envolveu a obtenção de pós magnéticos por meio do processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR), utilizando a pressão de H2 de 930 mbar (hidrogenação e desproporção) e temperatura de dessorção e recombinação de 840 ºC. Inicialmente, os pós HDDR foram submetidos à moagem de alta velocidade/energia a 900 rpm, com variação do volume do meio de moagem (ciclohexano) sem adição de ácido oleico. Em seguida, os pós HDDR foram submetidos à moagem com adição de ácido oleico, variando o tempo de moagem. Após a moagem, foi realizado tratamento térmico dos pós a 700 ºC ou 800 ºC durante 30 min., com a finalidade de cristalização do pó. Foi verificado que, a utilização de 6,6 ml de ciclohexano como meio de moagem e com adição de ácido oleico há uma melhora na eficiência da moagem dos pós. Para adições de surfactante, de 0,02 a 0,05 ml e tempos de moagem até 360 minutos, não ocorre a aglomeração dos pós magnéticos no pote de moagem, obtendo acima de 90% de eficiência na moagem. A segunda etapa deste trabalho envolveu a caracterização dos pós magnéticos: utilizando magnetômetro de amostra vibrante, microscopia eletrônica de Varredura, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X. Os resultados obtidos mostraram que a adição de ácido oléico na moagem de alta velocidade/energia proporciona uma melhora nas propriedades magnéticas. Com a variação do tempo de moagem a fase Fe-α presente no pó HDDR apresenta diminuição no tamanho do cristalito (de 35 para ~ 10 nm) enquanto que, na fase Pr2Fe14B verifica-se menor grau de cristalinidade. / This work verified the effect caused by adding the surfactant in the high speed/energy milling in order to obtain Pr12Fe65.9Co16B6Nb0.1 magnetic nanopowders. The first part of this work involved the magnetic powder obtainment through the process of hydrogenation, disproportionation, desorption and recombination (HDDR). The pressure of H2 during the hydrogenation and disproportion steps was 930 mbar and the temperature of desorption and recombination was 840 ºC. Initially, the HDDR powders were subjected a highspeed milling process at 900 rpm, with quantity variations of the milling medium (cyclohexane) and without the addition of oleic acid. Then, the HDDR powders were subjected to the milling process with the addition of oleic acid and with milling time variations. After the milling process, heat treatments of the powder were carried out at 700 °C or 800 °C for 30 minutes in order to obtain the crystallization of the powder. By performing the procedures, it was verified that the milling efficiency improved with the addition of 6.6 ml of cyclohexane as the milling medium and with the addition of oleic acid. It was determined that for the surfactant additions of 0.02 ml to 0.05 ml, with a milling time of up to 360 minutes, powder agglomeration does not occur in the milling pot and the milling efficiency is higher than 90%. The second stage of this work involved the magnetic powders characterization obtained by using vibrating sample magnetometer, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction. Through the characterizations it was found that the powders magnetic properties improved when the addition of oleic acid in a high-speed /energy milling occurred. It was also verified that the α-Fe phase, present in the powder, shows a crystallite size decrease (from 35 nm to ~ 10 nm) when the time milling variation occurred; meanwhile, the crystallinity degree was lower in the Pr2Fe14B phase when the time milling variations was carried out.

Este trabalho propõe uma investigação sobre a influência da alocação da área de mancal em compressores herméticos para a refrigeração, considerando um motor Síncrono de Ímãs Permanentes com Partida Direta na Rede (LSPMSM) monofásico, e utilizando cálculos analíticos convencionais e o Método de Elementos Finitos (MEF). O recente aumento da preocupação com a eficiência energética tem levado muitos países a implantarem legislações que impõem necessidades de aumento de eficiência de motores elétricos. Neste contexto, o motor LSPMSM se apresenta como alternativa aos motores de indução convencionais visando à diminuição do consumo de energia elétrica, por exemplo, em refrigeradores. No entanto, a exigência de alocação de uma grande área para o mancal e por consequência a retirada de materiais ferromagnéticos do rotor pode diminuir o desempenho do motor LSPMSM inviabilizando assim sua aplicação. Para a realização deste estudo, foi adotada uma metodologia de projeto disponível na literatura para estabelecer as etapas do projeto a ser realizado. Tal referência de projeto, embora elaborada para ser utilizada em um motor LSPMSM trifásico, foi utilizada em um projeto de motor monofásico. Os resultados do ensaio foram comparados com os dados obtidos via simulações computacionais de tal forma a validar o método proposto e também avaliar o impacto da retirada de material do rotor no desempenho final do motor. Os resultados práticos ficaram próximos aos resultados obtidos em simulação validando a utilização da metodologia também em motores monofásicos. Desta forma foi possível visualizar o efeito da área de mancal no rotor que devido ao aumento da relutância do circuito magnético alterou os resultados do valor da tensão induzida dos ímãs. / This work proposes a study about the influence of the bearing area allocation in hermetic compressors for refrigeration, considering a single phase Line Start Permanent Magnets Synchronous Motor, and employing conventional analytical calculations and the Finite Element Method (MEF). Recent increase in concern about energy efficiency has led many countries to roll out laws that impose requirements to raise the electric motor efficiency. In this context the LSPMSM motor is an alternative over conventional induction motors for the purpose of seeking power consumption reduction. However, the requirement to allocate a large area for the bearing and thus removal of ferromagnetic materials of the rotor can reduce LSPMSM motor performance what may impede its implementation. For the accomplishment of this study it was adopted a methodology of design available in the literature to set up the steps to be followed. Such design reference was at first described to be applied in three phase LSPMSM, however in this work it was applied in a single phase motor. Tests results were compared with data obtained via computer simulations in a way to validate the proposed method and to assess the impact of material removal from de rotor on the motor performance. The obtained bench test results were close to those simulated ones validating the methodology to be used in single phase motors too. Therefore, it was feasible to notice the influence of the counterbore area in the rotor, which, due to the increased value of the circuit reluctance, changed induced voltage values related to the magnets.