Selezione dei magneti

I magneti sono di grande importanza nelle applicazioni industriali. Sono utilizzati in una varietà di applicazioni, dai motori elettrici ai sensori e attuatori. Tuttavia, la scelta del magnete giusto per una specifica applicazione richiede una profonda comprensione delle proprietà magnetiche, dei materiali e delle caratteristiche del design.

Prerequisiti del magnetismo

Il prerequisito del magnetismo è la speciale caratteristica fisica degli elettroni di ruotare attorno al proprio asse. Tuttavia, la direzione è decisiva per questo cosiddetto spin. Il magnetismo è possibile solo se gli elettroni sono allineati nella stessa direzione. Per questo motivo, i metalli sono particolarmente adatti a essere magnetizzati, perché gli atomi sono disposti in un modello a griglia. Questo permette agli elettroni di muoversi liberamente e di adattarsi più facilmente a un senso di rotazione. I magneti hanno sempre un polo nord (N) e un polo sud (S), che si respingono a vicenda. A differenza delle cariche positive e negative dell’elettricità, non è possibile avere un polo positivo o negativo separato. Quando un magnete viene diviso, viene sempre creato un nuovo magnete più piccolo. La più piccola quantità indivisibile è anche chiamata magnete elementare. Si trovano ad esempio nel ferro, in forma non allineata.

Panoramica dei magneti

A seconda della loro capacità di essere intrinsecamente magnetici o di essere magnetizzati da un’alimentazione esterna, si distinguono i seguenti tipi di magneti:

• Magnete permanente: Nei magneti permanenti, gli elettroni si muovono intorno al proprio asse già allineati, generando così un campo magnetico permanente. Ferro, cobalto e nichel, per esempio, sono magnetici per natura. I magneti permanenti si dividono in magneti duri e magneti morbidi. I magneti duri hanno un’elevata rimanenza (resistenza alla smagnetizzazione) e un’intensità di campo coercitivo (l’intensità del campo magnetico necessaria per smagnetizzare completamente un magnete), mentre i magneti morbidi possono essere facilmente magnetizzati e smagnetizzati.
• Elettromagneti: Negli elettromagneti, il magnetismo è generato attraverso la corrente elettrica. Quando gli elettroni attraversano un conduttore elettrico, la corrente che li circonda genera un campo magnetico. Di solito si tratta di un filo con avvolgimenti, in cui ogni avvolgimento funge da conduttore circolare. Nel complesso, questo si traduce in un campo magnetico totale molto forte che supera quello dei magneti permanenti.

Proprietà magnetiche di base

Le proprietà di base dei magneti includono:

• Densità del flusso magnetico (Tesla): La densità di superficie del flusso magnetico che passa verticalmente attraverso un determinato elemento di superficie. Il termine induzione magnetica è spesso usato come sinonimo e descrive anche lo stesso fenomeno fisico, ma in un contesto diverso (elettrodinamica e induzione elettromagnetica).
• L’intensità del campo magnetico (ampere per metro): Assegna un’intensità e una direzione del campo magnetico generato dalla tensione magnetica a ogni punto dello spazio.
• Permeabilità magnetica (anche conducibilità magnetica): Determina la capacità dei materiali di attraversare i campi magnetici o di adattarsi a un campo magnetico.

Queste proprietà influenzano le prestazioni di un magnete in determinate applicazioni.

Smagnetizzazione dei magneti permanenti

È possibile smagnetizzare i magneti permanenti. Tuttavia, potrebbe esserci ancora una bassa magnetizzazione residua. Per la smagnetizzazione, l’allineamento degli spin atomici deve essere disturbato. Ciò può avvenire, ad esempio, a causa di influenze esterne come calore, forti impatti o altri campi magnetici. Ad esempio, ogni materiale magnetico ha una temperatura di applicazione massima, chiamata anche temperatura di Curie. Al di sopra di questa temperatura, le proprietà magnetiche cambiano. Questa temperatura è di circa 769 °C per il ferro, di circa 1127 °C per il cobalto e di circa 358 °C per il nichel. Gli elettromagneti possono essere smagnetizzati spegnendo l’alimentatore.

Produzione di magneti e materiali utilizzati

Esistono vari processi di produzione dei magneti. Tuttavia, la metallurgia delle polveri, in cui i materiali vengono prima polverizzati e poi mescolati e compressi, è il più comune. Il processo di compressione avviene in presenza di calore ed è chiamato anche sinterizzazione in fase liquida. Successivamente avviene il processo di magnetizzazione, in cui i magneti elementari dello spezzone vengono allineati in una direzione utilizzando un grande magnete o degli elettromagneti. La forza magnetica che agisce dovrebbe essere circa tre volte superiore alla forza magnetica che dovrebbe avere il magnete finale. Alcuni dei materiali più comuni sono il neodimio-ferro-boro (NdFeB), il samario-cobalto (SmCo), l’AlNiCo (alluminio-nichel-cobalto) e le ferriti.

I materiali da selezionare dipendono da fattori quali la temperatura di esercizio, le prestazioni magnetiche e il costo. Attualmente è possibile produrre anche magneti legati alla plastica, come i magneti in gomma.

Selezione dei magneti

Per poter scegliere il magnete giusto, è importante conoscere i parametri che influenzano le prestazioni di un magnete:

• Rimanenza: La densità di flusso che un magnete trattiene all’interno di un circuito chiuso.
• Intensità del campo coercitivo: La misura della resistenza alla smagnetizzazione.
• Prodotto di massima energia: Rimanenza (Br) di un magnete moltiplicata per l’intensità del campo coercitivo (Hc).
• Densità del flusso a circuito aperto: L’intensità del campo magnetico (misurata in Tesla, precedentemente Gauß). Descrive la densità del campo magnetico generato (densità di flusso). Il campo magnetico viene visualizzato come linee magnetiche lungo la direzione di magnetizzazione. L’intensità del campo è la densità di queste linee su una certa area e il numero totale di linee descrive la densità di flusso magnetico.
• Forza adesiva: La forza di attrazione di un magnete misurata in Newton. La selezione del materiale, la struttura della superficie e l’angolo di attrazione magnetica influiscono sulla forza di attrazione.

La seguente tabella mostra i valori di riferimento per la selezione dei magneti in base alla forza di adsorbimento e alla densità di flusso.

Per ulteriori informazioni, vedere il catalogo dei prodotti.

Anche l’ambiente in cui il magnete lavorerà influisce sulle prestazioni e sulla durata. Oltre alla temperatura già citata, le proprietà magnetiche vengono influenzate dall’umidità (formazione di ruggine), dallo stress meccanico o dalla corrosione. Per questo motivo, nella scelta occorre tenere conto di tutte le circostanze e, se necessario, utilizzare magneti con proprietà speciali, come l’elevata resistenza all’umidità.

MISUMI offre magneti per tutti gli usi. La gamma comprende sia magneti al neodimio altamente resistenti al calore che magneti flessibili in gomma o ganci a magnete prefabbricati. Ad esempio: magneti rotondi, magneti con supporti, magneti in gomma, magneti (avvitabili), magneti (rettangolari) o supporti per magneti (commutabili).

La qualità del magnete come importante unità di misura

La qualità del magnete è un’unità di misura importante per i magneti. Si compone di una lettera seguita da un numero, ad es. UH45:

• Lettera: La lettera indica la temperatura di esercizio massima. I magneti di solito hanno una temperatura di esercizio massima di 80 °C, che è contrassegnata con la lettera N. Ulteriori informazioni possono essere: M fino a 100 °C, H fino a 120 °C, SH fino a 150 °C, UH fino a 180 °C ed EH fino a 200 °C.
• Numero: il numero indica l’energia magnetica immagazzinata per volume. È il prodotto dell’intensità del campo magnetico H e della densità del flusso magnetico B.

Uso industriale dei magneti

I magneti sono indispensabili nell’industria. Ad esempio, gli elettromagneti sono utilizzati nell’industria automotive ovunque i motori elettrici siano al lavoro. La rotazione del motore avviene grazie alle forze di attrazione e repulsione del magnete. I magneti sono utilizzati anche per i relè. In questo caso, un interruttore elettromagnetico viene installato in un circuito e poi viene creato un campo magnetico attraverso una debole alimentazione. L’interruttore si chiude quando viene erogata l’alimentazione e si apre non appena la corrente viene interrotta, dissipando così il campo magnetico. In alcuni treni ad alta velocità e a levitazione magnetica, vengono utilizzati forti magneti per sollevare i veicoli da terra e farli scivolare in modo fluido e veloce. Inoltre, i magneti e le loro proprietà sono utilizzati in modo specifico nei sistemi a nastro trasportatore. Il materiale trasportato può quindi essere facilmente separato o selezionato, il che è particolarmente importante nell’industria del riciclaggio e del trattamento dei rifiuti.

I magneti permanenti sono ad esempio utilizzati nelle seguenti applicazioni:

• Trasportatori: I magneti permanenti sono utilizzati per separare i materiali ferromagnetici da quelli non ferromagnetici, ad esempio nell’industria del riciclaggio. I materiali magnetici vengono raccolti e rimossi dal magnete permanente.
• Dispositivi di sicurezza: Nell’ingegneria meccanica e nella costruzione di macchine personalizzate, i magneti permanenti vengono utilizzati per le porte o le custodie di protezione. Ad esempio, tengono chiuse le porte o gli sportelli che consentono l’accesso ai componenti pericolosi della macchina.
• Sistemi di controllo degli accessi: In questo caso i magneti permanenti vengono utilizzati insieme agli elettromagneti. Il magnete permanente è montato in modo permanente, mentre l’elettromagnete regola il meccanismo di bloccaggio vincendo la forza del magnete permanente quando viene attivato (ad esempio tramite una tessera di accesso), sbloccando così la porta.

Le opzioni di applicazione sono molto versatili e si riflettono in un ampio portafoglio di prodotti MISUMI.