Nanokristalline Permanentmagnete zeigen ungewöhnliche magnetische Eigenschaften aufgrund von Oberflächen- und Grenzflächeneffekten, die verschieden von denen massiver oder mikrokristalliner Materialien sind. Diese Arbeit zeigt Ergebnisse einer systematischen Untersuchung der Beziehung zwischen Mikrostruktur und magnetischen Eigenschaften von isotropen nanokristallinen (Nd,Pr)(Fe,Co)B-Permanentmagneten. Hochkoerzitive Magnete vom Typ (Nd,Pr)FeB wurden durch hochenergetisches Mahlen in der Kugelmühle oder Rascherstarrung hergestellt. Der Einfluss geringer Mengen von Zusätzen wie Dy und Zr und die Substitution von Nd durch Pr auf die magnetischen Eigenschaften wird dargestellt. Weiterhin wurde eine Einschätzung des Warmumformverhaltens dieser Materialien durchgeführt. Hochenergetisches Kugelmahlen einer Legierung mit der Anfangszusammensetzung Pr9Nd3Dy1Fe72Co8B6.9Zr0.1 führte, nach Glühbehandlung, zu fast einphasigem Magnetpulver mit einem maximalen Energieprodukt von (BH)max~140 kJm-3. Das hochenergetische Kugelmahlen wurde zu einer sehr vielseitigen Technik zur Herstellung hochleistungsfähiger Nanokompositmagnete weiterentwickelt. Das Zulegieren unterschiedlicher Anteile von weichmagnetischem alpha-Fe ist damit sehr effektiv möglich. Der Zusatz von 25 Gew.-% alpha-Fe führt zu einem hohen (BH)max=178kJm-3. Dies wird auf eine sehr effektive Austauschkopplung zwischen den hart- und weichmagnetischen Phasen zurückgeführt. Die Natur der intergranularen Wechselwirkungen kann durch die Wohlfarth´sche Remanenzanalyse (?deltaJ-plot¡§) beschrieben werden. Im speziellen wurden deltaJ-Diagramme für verschiedene (i) alpha-Fe Gehalte, (ii) Korngrößen und (iii) Austauschlängen erstellt. Es konnte gezeigt werden, dass in den Nanokompositmagneten auf Pr-Basis keine Spinumorientierung auftritt. Abschließend zeigt die Arbeit die Möglichkeit der Nutzung einer mechanisch aktivierten Gas-Festkörper-Reaktion auf, mit der eine sehr feinkörnige Mikrostruktur erhalten wird. Die Untersuchungen wurden mit stöchiometrischen Nd2(Fe1-xCox)14B-Legierungen begonnen (x=0-1). Die Verbindungen wurden unter höheren Wasserstoffdrücken und Temperaturen gemahlen, wodurch sie zu NdH2+delta und krz-(Fe,Co) (x=0-0.75) oder kfz-Co (x=1) entmischt wurden. Die Korngrößen des rekombinierten Nd2(Co,Fe)14B-Materials liegen im Bereich von 40-50 nm. / Nanocrystalline permanent magnets present unusual magnetic properties because of surface/interface effects different from those of bulk or microcrystalline materials. This work presents results of a systematic investigation of the relationship between microstructure and magnetic properties in isotropic nanocrystalline (Nd,Pr)(Fe,Co)B permanent magnets. Highly coercive (Nd,Pr)FeB-type magnets have been produced using high energy ball milling and melt-spinning. The influence of small amounts of additives, Dy and Zr, and the substitution of Nd by Pr on the microstructural and magnetic properties are shown. An assessment of the hot deformation behaviour has been carried out. Intensive milling of an alloy with starting composition Pr9Nd3Dy1Fe72Co8B6.9Zr0.1 yields, after annealing treatment, nearly single-phase magnet powders with a maximum energy product (BH)max?î140kJm-3. Co has a beneficial effect on the intrinsic magnetic properties but also on the microstructure, with a mean grain size of 20nm. Intensive milling is used to produce high-performance nanocomposite magnets by blending this latter alloy with different fractions of soft magnetic alfa-Fe. Addition of 25wt.% alfa-Fe leads to a high (BH)max=178 kJm-3 due to an effective exchange-coupling between the hard and the soft magnetic phases. The intergrain interactions between the crystallites of the nanocomposite structure are analysed. Demagnetisation recoil loops of the nanocomposite magnets show relatively open minor loops due to the exchange-spring mechanism. Information about the intergrain interactions during demagnetisation are obtained by plotting the deviation of the demagnetising remanence from the Wohlfarth-model (¡§deltaJ-plot¡¨). Exchange-coupling phenomena are studied by analysing the evolution of the corresponding deltaJ values when varying (i) the alfa-Fe content, (ii) the annealing temperature, i.e. the grain size and (iii) the measurement temperature. Low temperature measurements do not reveal any sign of spin reorientation for these Pr-based nanocomposite magnets. The work concludes showing the possibility of using a mechanically activated gas-solid reaction to obtain an effective grain refined microstructure starting from stoichiometric Nd2(Fe1-xCox)14B alloys (x=0-1). These compounds were milled under enhanced hydrogen pressure and temperature leading to their disproportionation into NdH2+delta and bcc-(Fe,Co) (x=0-0.75) or fcc-Co (x=1). Grain sizes of recombined Nd2(Fe,Co)14B materials were found to be 40-50nm.

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 e Cerâmicos à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples. Para isso, o Histerisímetro de Entreferro Variável, HEV, é concebido e estudado. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável, bobinas de magnetização e desmagnetização de baixa potência, uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro, um fluxímetro com sua bobina exploradora, o circuito eletrônico de comando das bobinas de excitação e a interface a um sistema de instrumentação virtual. Para demonstrar os desenvolvimentos do trabalho são apresentados o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo em relação aos ímãs permanentes, instrumentação necessária para sua caracterização, a concepção e modelagem do HEV, os resultados dos testes realizados e uma abrangente análise de suas incertezas. Com isso é demonstrado que o Histerisímetro de Entreferro Variável é uma alternativa de caracterização de ímãs permanentes com desmagnetização linear com incertezas dentro do que é definido pela norma. / The determination of the main magnetic properties of permanent magnets usually requires sophisticated and expensive measuring systems. This work analyses and proposes a low-cost system for the characterization of Rare Earth and Ceramics permanent magnets at room temperature with simpler implementation. It comprehends a magnetic circuit with the permanent magnet under test, a steel yoke with appropriate pole pieces, a variable air gap, low power magnetization and demagnetization coils, a Hall Effect probe with its respective gaussmeter, a fluxmeter with its own search coil, a coil driver electronic circuit and a virtual instrumentation system (computer plus graphical interface software). To demonstrate the developments of the work, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism related to permanent magnets, the instrumentation required for its characterization, the HEV design and modeling, the results of the tests and a comprehensive analysis of related uncertainties. Thus, it is shown that the Variable Gap Hysteresimeter is an alternative characterization system for linear demagnetization permanent magnets with uncertainties within those defined by the standards.

Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Filipe - RESUMO.pdf: 27146 bytes, checksum: 965d13a57f8850f7f5953eb1442cb7ab (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper discusses the implementation of some control strategies, without making use of mechanical sensors, for motor drives commonly used in white goods. In this way, initially, it is made a literature review about the system to be controlled, explaining about the different types of engines, discussing its details and classification, focusing particularly on permanent magnet synchronous motors. Thus, in order to facilitate the understanding of the control system, it is presented both the machine model as the known methods to control it. Then, a brief introduction to vector control with constant torque angle, which is the control approach used in this work. Thus, knowing the particularities involved in motor control, and knowing the problems inherent in the use of mechanical sensors at the control designs, it is presented various techniques that do not use these devices. Further, it is explained about the classification, advantages and restrictions related to these approaches, discussing three of them in a more specific way: using sliding mode approach; by adaptive models and neural networks. These respective techniques were simulated and then implemented on a trial bench, developed to analyze their characteristics facing pre-defined conditions in the machine drive. Finally, the results obtained were analyzed and discussed, based on similar implementations arranged in the literature. / O presente trabalho aborda a implementação de algumas estratégias de controle, sem fazer uso de sensores mecânicos de rotação, para o acionamento de motores comumente utilizados em produtos da linha branca. Deste modo, inicialmente, faz-se uma revisão bibliográfica acerca do sistema a ser controlado, explanando sobre os tipos de motores existentes, discutindo seus detalhes e classificação, focando particularmente, nos motores síncronos de ímãs permanentes. Com isso, visando facilitar o entendimento do sistema de controle em questão, apresenta-se tanto o modelo da máquina quanto os métodos conhecidos para controlá-la. Em seguida, é feita uma breve introdução ao controle vetorial com ângulo de torque constante, que é a abordagem de controle utilizada neste trabalho. Assim, sabendo das particularidades envolvidas no controle do motor, e conhecendo os problemas inerentes à utilização de sensores mecânicos nos projetos de acionamento, apresentam-se diversas técnicas que não fazem uso destes dispositivos. Na sequência, explana-se sobre a classificação, vantagens e restrições relacionadas a estas abordagens, discutindo três delas de forma mais específica: por modos deslizantes; por modelos adaptativos e por redes neurais. Essas respectivas técnicas foram simuladas e, posteriormente, implementadas em bancada experimental, desenvolvida para analisar suas características frente à condições pré-definidas no acionamento da máquina. Por fim, os resultados obtidos foram analisados, e discutidos, com base em implementações semelhantes dispostas na literatura.

Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto.

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 e Cerâmicos à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples. Para isso, o Histerisímetro de Entreferro Variável, HEV, é concebido e estudado. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável, bobinas de magnetização e desmagnetização de baixa potência, uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro, um fluxímetro com sua bobina exploradora, o circuito eletrônico de comando das bobinas de excitação e a interface a um sistema de instrumentação virtual. Para demonstrar os desenvolvimentos do trabalho são apresentados o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo em relação aos ímãs permanentes, instrumentação necessária para sua caracterização, a concepção e modelagem do HEV, os resultados dos testes realizados e uma abrangente análise de suas incertezas. Com isso é demonstrado que o Histerisímetro de Entreferro Variável é uma alternativa de caracterização de ímãs permanentes com desmagnetização linear com incertezas dentro do que é definido pela norma. / The determination of the main magnetic properties of permanent magnets usually requires sophisticated and expensive measuring systems. This work analyses and proposes a low-cost system for the characterization of Rare Earth and Ceramics permanent magnets at room temperature with simpler implementation. It comprehends a magnetic circuit with the permanent magnet under test, a steel yoke with appropriate pole pieces, a variable air gap, low power magnetization and demagnetization coils, a Hall Effect probe with its respective gaussmeter, a fluxmeter with its own search coil, a coil driver electronic circuit and a virtual instrumentation system (computer plus graphical interface software). To demonstrate the developments of the work, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism related to permanent magnets, the instrumentation required for its characterization, the HEV design and modeling, the results of the tests and a comprehensive analysis of related uncertainties. Thus, it is shown that the Variable Gap Hysteresimeter is an alternative characterization system for linear demagnetization permanent magnets with uncertainties within those defined by the standards.

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 e Cerâmicos à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples. Para isso, o Histerisímetro de Entreferro Variável, HEV, é concebido e estudado. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável, bobinas de magnetização e desmagnetização de baixa potência, uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro, um fluxímetro com sua bobina exploradora, o circuito eletrônico de comando das bobinas de excitação e a interface a um sistema de instrumentação virtual. Para demonstrar os desenvolvimentos do trabalho são apresentados o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo em relação aos ímãs permanentes, instrumentação necessária para sua caracterização, a concepção e modelagem do HEV, os resultados dos testes realizados e uma abrangente análise de suas incertezas. Com isso é demonstrado que o Histerisímetro de Entreferro Variável é uma alternativa de caracterização de ímãs permanentes com desmagnetização linear com incertezas dentro do que é definido pela norma. / The determination of the main magnetic properties of permanent magnets usually requires sophisticated and expensive measuring systems. This work analyses and proposes a low-cost system for the characterization of Rare Earth and Ceramics permanent magnets at room temperature with simpler implementation. It comprehends a magnetic circuit with the permanent magnet under test, a steel yoke with appropriate pole pieces, a variable air gap, low power magnetization and demagnetization coils, a Hall Effect probe with its respective gaussmeter, a fluxmeter with its own search coil, a coil driver electronic circuit and a virtual instrumentation system (computer plus graphical interface software). To demonstrate the developments of the work, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism related to permanent magnets, the instrumentation required for its characterization, the HEV design and modeling, the results of the tests and a comprehensive analysis of related uncertainties. Thus, it is shown that the Variable Gap Hysteresimeter is an alternative characterization system for linear demagnetization permanent magnets with uncertainties within those defined by the standards.

Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A adição de elementos dopantes e elementos de liga aos magnetos permanentes policristalinos à base de terras raras tem como objetivo a melhora das propriedades magnéticas. Neste trabalho estudou-se a adição de 0,1% at. dos elementos: Ti, V, Cr, Ni, Zr, Nb ou Mo na composição Pr14FebalCo16B6 ; as adições de 0,1 % at., 0,3 % at. e 0,5 % at. dos elementos Al, Si, P, Cu ou Ga na composição Pr14FebalCo16B6Nb0,1 ; e a variação de cobalto de 0 % at. até 16 % at. ao sistema Pr2Fe14-xCoxB. Através de processo HDDR (hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação) obteve-se pós com tamanho de grão da ordem de 200 a 300 nm para quase todas as composições estudadas. Os pós foram utilizados para a confecção de magnetos consolidados por cianoacrilato de baixa viscosidade. De maneira geral, a adição destes dopantes resultou no aumento ou diminuição da remanência e da coercividade intrínseca da liga quando comparadas com os valores obtidos para magnetos de referência sem adição de dopantes. Porém, não foram observadas correlações entre as composições estudadas quer quanto ao número atômico ou em relação à concentração do elemento adicionado. Os resultados obtidos com a adição de Al, Si, P, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Ga, Zr ou Nb indicaram que alguns elementos atuam como substituintes do átomo de ferro na estrutura cristalina da fase magnética dura ou como modificador da microestrutura da liga. A determinação dos parâmetros da célula unitária, as posições atômicas, os sítios de substituição do ferro pelo cobalto (fator de ocupação) para a sistema Pr2Fe14-xCoxB foi realizada pelo refinamento dos padrões de pó obtidos por difração de raios X pelo método de Rietveld. Estes dados foram utilizados no cálculo das iii propriedades magnéticas por ab-initio com base na teoria do funcional densidade empregando o método LAPW (linearized augmented plane wave). A comparação dos resultados teórico e experimental apresentou forte concordância mostrando que este método é importante para o estudo da adição de dopantes ao sistema Pr-Fe-Co-B. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP