In parole povere, i materiali magnetici permanenti e i materiali magnetici dolci sono una coppia di “partner” complementari che spesso lavorano insieme. Svolgono ruoli diversi a causa delle loro proprietà fondamentalmente opposte, ma collaborano strettamente perché condividono lo stesso obiettivo funzionale.
La loro relazione può essere intesa come segue:
- Materiali magnetici permanenti: come una sorgente di campo magnetico stabile (come un magnete al neodimio, ferro e boro). La loro funzione principale è quella di fornire un campo magnetico costante e duraturo e il loro stato di magnetizzazione è difficile da modificare.
- Materiali magnetici dolci: come un efficiente canale e regolatore di campo magnetico (come il nucleo di un trasformatore). La loro funzione principale è quella di guidare, concentrare, amplificare o commutare rapidamente i campi magnetici, e il loro stato di magnetizzazione è molto facile da modificare.
Dal punto di vista del ciclo di isteresi, le principali differenze nelle loro caratteristiche principali sono principalmente le seguenti:
| Caratteristica | Materiali magnetici permanenti | Materiali magnetici morbidi |
| Ciclo di isteresi B–H | Ampio ciclo di isteresi con ampia area chiusa | Ciclo di isteresi stretto con piccola area chiusa |
| Coercitività (Hc) | Coercitività molto elevata (tipicamente > 10 kA·m⁻¹) | Coercività molto bassa (tipicamente < 1 kA·m⁻¹) |
| Densità di flusso rimanente (Br) | Elevata densità di flusso rimanente | Bassa densità di flusso rimanente (idealmente prossima allo zero) |
| Permeabilità magnetica (μ) | Bassa permeabilità relativa | Permeabilità relativa molto elevata |
| Comportamento della magnetizzazione | Difficile da magnetizzare e altamente resistente alla smagnetizzazione | Facilmente magnetizzato e facilmente smagnetizzato |
| Caratteristiche energetiche | Progettato per massimizzare il prodotto energetico massimo, (BH)_max, consentendo un efficiente accumulo di energia magnetica | Progettato per ridurre al minimo le perdite magnetiche e consentire un’efficiente conduzione del flusso magnetico e conversione dell’energia |
| Materiali rappresentativi | NdFeB, SmCo, Alnico, Ferrite | Acciai elettrici, ferriti magnetiche dolci, compositi magnetici dolci (SMC), leghe amorfe e nanocristalline |
Sovrapposizione e sinergia delle applicazioni: come interagiscono?
Nei moderni dispositivi elettromagnetici, questi materiali sono spesso integrati tra loro per ottenere funzionalità più complesse e altamente efficienti. Gli scenari tipici della loro applicazione sinergica includono:
| Area di applicazione | Ruolo dei materiali magnetici permanenti | Ruolo dei materiali magnetici morbidi | Spiegazione dell’operazione sinergica |
| Motori/generatori a magneti permanenti | Fornisce un campo magnetico di eccitazione costante (rotore o statore) senza la necessità di alimentazione elettrica continua. | Formano i nuclei magnetici dello statore e del rotore (comunemente acciai elettrici o SMC), guidando e concentrando in modo efficiente il flusso magnetico per completare il circuito magnetico. | I materiali magnetici morbidi agiscono come percorsi magnetici a bassa riluttanza, riducendo al minimo le perdite magnetiche e consentendo al campo magnetico generato dai magneti permanenti di azionare efficacemente la rotazione del motore o del generatore. |
| Altoparlanti e cuffie | I magneti permanenti a forma di anello forniscono un campo magnetico stabile e potente. | I poli magnetici e i gioghi (ad esempio, i formatori delle bobine mobili e i circuiti magnetici) guidano e omogeneizzano il campo magnetico, garantendo un movimento uniforme della bobina mobile. | I materiali magnetici morbidi ottimizzano la distribuzione del campo magnetico nello spazio magnetico, consentendo alla bobina mobile di funzionare in modo più lineare, riducendo così la distorsione e migliorando l’efficienza acustica. |
| Risonanza magnetica per immagini (RMI) | Generare un campo magnetico statico ultra-forte utilizzando magneti permanenti o magneti superconduttori. | Utilizzato nelle bobine di gradiente e nei nuclei di spessoramento per consentire una modulazione locale rapida e precisa del campo magnetico. | I magneti permanenti stabiliscono il campo statico principale, mentre i materiali magnetici morbidi consentono una modellazione precisa del campo magnetico e il controllo del gradiente, lavorando insieme per ottenere immagini ad alta risoluzione. |
| Accoppiamento e trasmissione magnetica | Installati sugli alberi di ingresso e di uscita per fornire poli magnetici interagenti. | Utilizzato per guidare, schermare o rafforzare i percorsi del flusso magnetico, a seconda dei requisiti di progettazione. | Nelle applicazioni che richiedono la trasmissione di potenza senza contatto (ad esempio, sistemi sigillati), i magneti permanenti forniscono coppia, mentre i materiali magnetici morbidi ottimizzano l’efficienza dell’accoppiamento del flusso magnetico. |
In sintesi, la relazione tra materiali magnetici permanenti e materiali magnetici dolci è una delle sinergia piuttosto che competizione. I magneti permanenti agiscono come “motori del campo magnetico”, mentre i materiali magnetici dolci fungono da “router del campo magnetico”. Grazie alla loro precisa cooperazione, insieme costituiscono la base di quasi tutti i dispositivi per la conversione di energia e segnale elettromagnetico, dagli elettrodomestici alle tecnologie più all’avanguardia.
