Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa. / This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.

Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma máquina síncrona com ímãs permanentes de até 7,5 kW, no qual o núcleo do rotor, usualmente construído de chapas de aço laminadas, foi substituído por um bloco maciço de uma liga ferromagnética obtida através da metalurgia do pó. Para a construção do rotor, foram estudados materiais magnéticos macios sinterizados, a partir de ligas com ferro, onde foram avaliadas propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas, os quais influenciam diretamente no desempenho da máquina. A partir destas propriedades foi definida uma liga, considerando que o rotor construído resultaria em um melhor desempenho na máquina. Testes foram efetuados, possibilitando uma comparação com máquinas construídas da maneira convencional. / The aim of this project is to develop a synchronous machine with permanent magnets up to 7.5 kW, where the rotor core, usually built of laminated steel sheets, was replaced by a massive block of a ferromagnetic alloy obtained through Powder Metallurgy. Process soft magnetic materials using iron alloys were studied in order to build the rotor, and the magnetic, electrical and mechanical properties were analyzed, due to their direct influence on the performance of the machine. An alloy was selected according to these analyses considering a better performance of the machine using the rotor built from this alloy. Experiments were carried out to enable a comparison to machines built in traditional processes.

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa. / This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.

Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma máquina síncrona com ímãs permanentes de até 7,5 kW, no qual o núcleo do rotor, usualmente construído de chapas de aço laminadas, foi substituído por um bloco maciço de uma liga ferromagnética obtida através da metalurgia do pó. Para a construção do rotor, foram estudados materiais magnéticos macios sinterizados, a partir de ligas com ferro, onde foram avaliadas propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas, os quais influenciam diretamente no desempenho da máquina. A partir destas propriedades foi definida uma liga, considerando que o rotor construído resultaria em um melhor desempenho na máquina. Testes foram efetuados, possibilitando uma comparação com máquinas construídas da maneira convencional. / The aim of this project is to develop a synchronous machine with permanent magnets up to 7.5 kW, where the rotor core, usually built of laminated steel sheets, was replaced by a massive block of a ferromagnetic alloy obtained through Powder Metallurgy. Process soft magnetic materials using iron alloys were studied in order to build the rotor, and the magnetic, electrical and mechanical properties were analyzed, due to their direct influence on the performance of the machine. An alloy was selected according to these analyses considering a better performance of the machine using the rotor built from this alloy. Experiments were carried out to enable a comparison to machines built in traditional processes.

Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma máquina síncrona com ímãs permanentes de até 7,5 kW, no qual o núcleo do rotor, usualmente construído de chapas de aço laminadas, foi substituído por um bloco maciço de uma liga ferromagnética obtida através da metalurgia do pó. Para a construção do rotor, foram estudados materiais magnéticos macios sinterizados, a partir de ligas com ferro, onde foram avaliadas propriedades magnéticas, elétricas e mecânicas, os quais influenciam diretamente no desempenho da máquina. A partir destas propriedades foi definida uma liga, considerando que o rotor construído resultaria em um melhor desempenho na máquina. Testes foram efetuados, possibilitando uma comparação com máquinas construídas da maneira convencional. / The aim of this project is to develop a synchronous machine with permanent magnets up to 7.5 kW, where the rotor core, usually built of laminated steel sheets, was replaced by a massive block of a ferromagnetic alloy obtained through Powder Metallurgy. Process soft magnetic materials using iron alloys were studied in order to build the rotor, and the magnetic, electrical and mechanical properties were analyzed, due to their direct influence on the performance of the machine. An alloy was selected according to these analyses considering a better performance of the machine using the rotor built from this alloy. Experiments were carried out to enable a comparison to machines built in traditional processes.

Neste trabalho são apresentados os resultados do desenvolvimento e caracterização de transdutores acústicos eletromagnéticos de imãs permanentes periódicos. Foi desenvolvido um transdutor para operar em torno de 230 kHz, produzindo preferencialmente ondas SH0, mas também A0 e S0, em uma chapa de aço com 2 mm de espessura. A direcionalidade do campo sônico do sensor foi avaliada através de ensaios empregando vibrômetros a laser como detectores das vibrações acústicas. Através do processamento dos dados provenientes desse estudo, obtiveram-se gráficos polares da intensidade relativa de cada um dos modos em função do ângulo de propagação principal para todas frequências de excitação empregadas. Os resultados obtidos com o estudo da direcionalidade foram comparados com os resultados de simulação por elementos finitos. Essa comparação mostrou que em ambos os casos estava presente o modo A0 na direção perpendicular à direção principal do EMAT. Foi feito, também, uma comparação entre os resultados experimentais da direcionalidade e dois modelos matemáticos elaborados para descrever o comportamento da intensidade do modo SH0 em função do ângulo com a direção principal. Os resultados desses modelos matemáticos concordam entre si e com os resultados experimentais de forma satisfatória para ângulos de até 25°. Além disso, serão expostos os resultados de medidas de intensidade do sinal em função do afastamento entre os transdutores e a amostra. Esses resultados mostram que é possível utilizar estes transdutores com afastamento de mais de 4 mm em relação à superfície da amostra e obter sinais capazes de carregar informação sobre a integridade da chapa. / This work presents the results of the development and characterization of periodic permanent magnet electromagnetic acoustic transducers. A transducer was designed to operate around 230 kHz, generating primarily SH, but also A0 and S0 waves on a 2 mm thick steel plate. The directivity of the sonic field produced by those transducers was investigated over a test employing laser interferometers as acoustic wave detector. Through the analysis of the data from that study it was obtained polar plots of the relative intensity, from each one of the modes, as a function of the angle to the main propagation direction for all the employed excitation frequencies. The results obtained with the directivity analysis were compared with a finite element simulation. This showed that at both cases the A0 mode was present perpendicularly to the EMAT’s main propagation direction. The experimental results of the directivity were also compared with two mathematical models developed to depict the behavior of the intensity of the SH0 mode as function of the angle to the main propagation direction. The results from those mathematical models agree with each other and with the experimental results well for angles up to 25°. Moreover, it is presented the results from the intensity of the signal as a function of the lift-off. Those results show that is possible to employ the transducers with a liftoff greater than 4 mm and, even though, be able to detect signals high enough to carry information about the plate’s integrity.

O trabalho se concentra no estudo de um sistema de conversão de energia a partir de movimentos oscilatórios. Toma-se como exemplo de aplicação e objetivo norteador do estudo o aproveitamento da oscilação de uma boia marítima, oriunda do movimento ondulatório da água, como fonte de energia mecânica primária oscilatória, para de prover energia elétrica ao sinalizador da referida boia. O movimento da boia é modelado por um movimento com forma de onda sinusoidal, de acordo com as referências bibliográficas. A baixa frequência do acionamento força a escolha da topologia por uma que propicie alta densidade magnética. Após uma revisão sobre os materiais magnéticos e das topologias, optou-se pela topologia radial com duplo rotor, imãs permanentes de NdFeB e enrolamento toroidal. Após a análise numérica através do Método dos Elementos Finitos foi projetado e construído o protótipo do gerador. A maioria das peças componentes do gerador foram fabricadas no próprio Laboratório de Máquinas Elétricas, Acionamentos e Energia, LAMEAE – UFRGS. Paralelamente a construção foi feita a modelagem analítica do gerador. Primeiro, foi feita a modelagem do campo magnético com a correção do efeito da ranhura, pelo Fator de Carter e após, foi modelada a tensão induzida a partir de movimento constante e de um movimento sinusoidal. A modelagem analítica do sistema dinâmico foi baseada no método de Lagrange. E finalmente, são apresentados os resultados e são feitas as validações entre os métodos analítico, numérico e experimental. Os ensaios experimentais foram feitos variando a frequência do acionamento e a amplitude do movimento do acionador. E finalmente, a utilização de um conversor CC-CC na saída do gerador, mostrou-se que pode ser uma solução para a utilização do protótipo em uma boia de sinalização. / This work focuses on the study of a power conversion system driven by an oscillating movement. The example of application taken into account as a guiding target of this study is the utilization of a sea buoy, exposed to the wave motion of the water, as the prime mover, a renewable source of oscillating mechanical energy, in order to supply power to the previously mentioned buoy flag. The movement of the float is modeled by a sine wave, according to the references. The low frequency of the sea waves requires a machine topology that provides high magnetic density. After a review of magnetic materials and topologies, the radial topology with dual rotor, permanent magnets NdFeB and toroidal winding was chosen. With the numerical analysis using the Finite Element Method the generator is designed and built. Most of generator parts were manufactured in the Electrical Machines Laboratory at UFRGS. In addition to the prototype construction, analytical modeling was studied. First, the magnetic field modeling was performed with the correction of the effect of the slotting, with the Carter’s factor and also the induced voltage was modeled for a sinusoidal constant prime mover’s movement. The analytical modeling of the dynamic system was based on the equation of Lagrange. Finally, the results are validated with the investigation on the analytical, numerical and experimental methods. Experimental tests were performed by varying the actuation frequency and amplitude of the prime mover’s oscillation. At the end, the use of a DC-DC converter is proposed as the generator’s power output to feed the signaling buoy.