Ímãs macios prometem revolucionar motores elétricos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/07/2019

Este é o projeto do motor criado pela equipe. A parte cinza representa onde os nanocompósitos metálicos amorfos são usados, e o azul representa os ímãs permanentes.
[Imagem: Michael McHenry Lab/CMU]

Materiais magnéticos macios

Motores elétricos mais eficientes, mais leves e mais baratos - tão almejados pela indústria automobilística - logo poderão se tornar realidade graças a uma emergente classe de materiais magnéticos.

Os chamados materiais magnéticos macios formam uma nova categoria de ímãs produzidos pela síntese de nanomateriais compósitos amorfos.

Esses nanomateriais fornecem uma alternativa aos aços à base de silício, usados na maioria dos motores elétricos atuais, devido à sua alta resistividade, uma propriedade que mede o quão fortemente eles se opõem a uma corrente elétrica. Como eles se opõem menos à passagem da corrente, eles não aquecem tanto e podem, portanto, girar a velocidades maiores.

"A potência de um motor depende de sua velocidade," explica o professor Michael McHenry, da Universidade Carnegie Mellon, nos Estados Unidos. "Quando você gira um motor em alta velocidade, o material magnético chaveia a uma frequência mais alta. A maioria dos aços magnéticos, dos quais a maioria dos motores são feitos, perde potência em frequências mais altas porque eles aquecem."

Nanocompósitos metálicos amorfos

Os nanocompósitos metálicos amorfos oferecem uma solução, o que permite diminuir o tamanho do motor para uma dada potência, ou então obter mais potência com um motor do mesmo tamanho.

A equipe do professor McHenry alcançou um patamar inédito nessa tecnologia em desenvolvimento. Seu protótipo de motor elétrico atinge 2,5 kW de potência, girando a 6.000 rpm (rotações por minuto) e pesa meros 2,5 kg.

"Eventualmente poderemos ir para velocidades mais altas e maiores potências com esse design," disse ele. "Neste momento, estamos caracterizando um motor menor, e depois tentaremos construir motores maiores. Os motores têm aplicações aeroespaciais, em veículos e até mesmo em aspiradores de pó - os motores são importantes em um sem-número de aplicações. Em conjunto, os motores representam um enorme uso de energia elétrica, então eles são uma área onde a eficiência pode fazer uma grande diferença."

Os nanocompósitos metálicos amorfos ainda são fabricados em pequenas quantidades, em escala de laboratório.
[Imagem: Michael McHenry Lab/CMU]

Desafios para chegar ao mercado

Um dos desafios para trazer essa tecnologia para o mercado é otimizar a fabricação dos nanocompósitos metálicos amorfos.

A equipe sintetiza suas amostras em pequenas quantidades usando uma técnica que exige um resfriamento ultrarrápido, na faixa de um milhão de graus por segundo - a temperatura usada é bem mais baixa, mas sua velocidade de queda atinge essa unidade.

A composição dos materiais magnéticos macios é guardada a sete chaves pela equipe, que apenas conta que eles contêm uma carga vítrea misturada com ferro, cobalto e níquel - isto já é uma grande vantagem, uma vez que a composição dispensa os fortes elementos magnéticos do grupo das terras raras, que têm custo elevado.

Bibliografia:

Artigo: Virtual bound states elements and their effects on magnetic and electrical properties of Fe-Ni based metal amorphous nanocomposites
Autores: N. Aronhime, P. Ohodnicki, M. E. McHenry
Revista: Scripta Materialia
Vol.: 169, 9-13

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