I magneti sono stati oggetto di interesse per l'umanità fin dalle prime civiltà umane, quando furono scoperte le pietre magnetiche naturali, e continuano ad esserlo anche nel nostro mondo moderno, caratterizzato da sofisticati magneti ingegnerizzati. Sono essenziali nella tecnologia moderna, per il funzionamento di dispositivi domestici e di complesse macchine scientifiche. 

Cosa sono i magneti ad anello?

Un magnete ad anello, come dice il nome, è un magnete a forma di anello, o meglio di ciambella, cavo al centro. Non si tratta di un semplice design. Il foro consente di far scorrere il magnete su un'asta o un albero in modo che il campo magnetico possa lavorare intorno a quel centro. Questa forma è utile nei piccoli motori, nei generatori e negli accoppiamenti magnetici (dispositivi che trasmettono il movimento senza toccarsi). I magneti ad anello sono disponibili in diversi diametri e spessori.

Rispetto ai normali magneti a barra o a blocco, i magneti ad anello consentono di far passare un albero, un'asta o una vite al centro di essi, senza compromettere la loro capacità magnetica. Questo li qualifica come una buona opzione per motori, generatori, altoparlanti, apparecchiature mediche e dispositivi scientifici.

I magneti ad anello sono la soluzione preferita sia per le energie rinnovabili che per l'elettronica di consumo, grazie alla loro forza di attrazione, alla versatilità e alle dimensioni.

Caratteristiche del magnete ad anello

I magneti ad anello possono essere visti come qualcosa di semplice, ma possiedono caratteristiche particolari che li rendono speciali. Ecco le loro principali caratteristiche e peculiarità suddivise nei dettagli:

Forma e struttura

 Il centro cavo non è uno spreco di materiale; può essere montato comodamente, riducendo il peso complessivo del prodotto, e viene utilizzato nei casi in cui è necessaria la rotazione o l'allineamento.

Modelli di magnetizzazione

I magneti ad anello possono essere magnetizzati in vari modi. Nella magnetizzazione assiale, i poli nord e sud sono posizionati sulle superfici piane. I poli sono circolari nel caso della magnetizzazione radiale. Questo perché sono flessibili e possono essere utilizzati per diverse esigenze ingegneristiche.

I materiali

 La maggior parte dei magneti ad anello è prodotta con neodimio (ndfeB), ceramica/ferrite, samario cobalto (SmCo) o alnico. Tutti i materiali influenzano la forza del magnete, il costo e la sua capacità di resistere ai fattori ambientali.

Forza magnetica

I magneti ad anello al neodimio sono molto forti; di solito sono i magneti permanenti più forti sul mercato. Anche quelli più piccoli hanno grandi carichi. Anche i magneti ad anello in ceramica, meno potenti, possono essere utilizzati in soluzioni economiche.

Durata e stabilità

 I magneti ad anello possono sopportare temperature elevate, resistere alla corrosione ed essere magneticamente attivi, a seconda del materiale utilizzato.

In sintesi, i magneti ad anello sono uno dei modelli di magneti più convenienti della tecnologia contemporanea, grazie alla combinazione di struttura cava e materiali resistenti.

Vantaggi dei magneti ad anello

I magneti ad anello presentano numerosi vantaggi rispetto ad altre forme e design. Esaminiamo in dettaglio i loro principali punti di forza:

1. Forte forza magnetica

I magneti ad anello, in particolare quelli al neodimio, possiedono campi magnetici molto potenti. Possono sollevare o sostenere oggetti molte volte superiori al loro peso, pur essendo di piccole dimensioni. Questa è la loro forza e trova applicazione in situazioni in cui sono necessarie precisione e potenza, come nei generatori elettrici o nei motori.

2. Design compatto, prestazioni elevate

La forma a ciambella non è solo estetica. È altamente funzionale. I magneti ad anello possono essere facilmente incorporati in alberi, aste e macchine rotanti attraverso il foro centrale, senza occupare spazio. Il design piccolo ma ad alta energia è essenziale nell'attuale progettazione di un sistema ad alte prestazioni che non deve occupare molto spazio.

3. Durevole

La scelta del materiale determina la durata. I magneti ad anello in ceramica non si corrodono naturalmente, mentre i magneti al neodimio sono generalmente ricoperti di nichel, zinco o resina epossidica per garantire che non si arrugginiscano. I magneti al cobalto di samario non solo sono resistenti alla corrosione, ma possono anche sopportare il calore. Questa resistenza implica che i magneti ad anello impiegheranno anni prima di perdere il loro magnetismo.

4. Multifunzionale

I magneti ad anello sono anche i più versatili. Sono applicabili in altoparlanti, motori, sistemi di energia rinnovabile, dispositivi medici, giocattoli e persino progetti scientifici fai-da-te. Il loro design li rende utili anche nelle macchine industriali e nei prodotti comuni.

Come funzionano i magneti ad anello?

Per capire come funzionano i magneti ad anello, è necessario prima capire come funzionano i magneti. Un magnete genera un campo magnetico, un'energia invisibile che può attirare alcuni metalli come il ferro, il nichel e il cobalto.

Lo strano campo magnetico è influenzato dall'insolita forma dell'anello. In un anello magnetizzato assialmente, i poli nord e sud si trovano sulle facce circolari piatte, formando una forza di trazione perpendicolare allo spessore dell'anello. Si tratta di una tipologia molto diffusa nelle applicazioni di trattenimento e sollevamento.

I poli di un anello magnetizzato radialmente si trovano ai bordi dell'anello e formano un campo magnetico circolare. Questo tipo di magnete è particolarmente applicabile nei motori e nelle macchine rotanti, dove la forma circolare del magnete aumenta l'efficienza del movimento.

Il nucleo cavo è anche conveniente; può essere usato per far passare componenti meccanici (come aste, viti o alberi) attraverso il centro senza disturbare il campo magnetico. Questo è il motivo per cui i sistemi in movimento o in rotazione possono utilizzare i magneti ad anello.

 Applicazioni dei magneti ad anello

I magneti ad anello sono molto diversi tra loro e possono essere impiegati in vari settori. Vediamo alcune delle applicazioni più significative:

1. Applicazioni industriali

Motori e generatori: I magneti ad anello svolgono un ruolo fondamentale nei motori, dove contribuiscono alla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica. Sono impiegati anche nelle turbine eoliche e nei generatori per la produzione di elettricità.

Sensori e strumenti di misura

 I sensori di velocità, i sensori di coppia e altri dispositivi di misura utilizzano magneti ad anello per ottenere la lettura corretta.

Altoparlanti

Gli altoparlanti: Gli altoparlanti sono utilizzati da molti diffusori che usano magneti ad anello per generare il suono facendo vibrare i diaframmi in reazione ai segnali elettrici che cambiano.

Dispositivi medici

Le macchine per la risonanza magnetica e altri dispositivi diagnostici utilizzano potenti magneti ad anello per produrre immagini ed essere molto precisi.

2. Progetti fai da te

L'industria non è l'unico luogo in cui vengono utilizzati i magneti ad anello, in quanto sono ampiamente utilizzati anche da hobbisti e creatori. Alcuni usi comuni nel fai-da-te includono:

- Costruzione di motori o generatori su misura.

- Progettare apparati di levitazione magnetica su cui fare esperimenti.

- Il loro utilizzo come elementi di fissaggio o supporti di piccoli utensili.

- Esperimento scientifico in classe per illustrare il magnetismo.

3. Progetti di energia rinnovabile

I magneti forti sono essenziali per i sistemi di energia rinnovabile. I magneti ad anello sono utilizzati in modo significativo in:

Turbine eoliche

 Questi vengono utilizzati all'interno dei generatori per generare elettricità in modo più efficiente.

Nei veicoli elettrici

 I magneti ad anello sono comunemente utilizzati nei motori dei veicoli elettrici per ottenere la massima potenza e, allo stesso tempo, le dimensioni del motore rimangono ridotte.

Sistemi di inseguimento solare

In alcune tecnologie solari, i magneti ad anello vengono utilizzati per ruotare i pannelli solari in modo da consentire alla massima quantità di luce solare di raggiungere il pannello.

Come scegliere il magnete ad anello giusto?

Non tutti i magneti ad anello sono uguali. La scelta di quello giusto dipende dal progetto o dal settore in cui si opera. Ecco cosa considerare:

1. Materiale del magnete

Neodimio (NdFeB)

Il più resistente, tuttavia, richiede un rivestimento protettivo. È il più adatto quando deve essere veloce e piccolo.

Ceramica/Ferrite

 Economico, resistente alla ruggine e più robusto, ma meno durevole. Economico per il budget.

Samario Cobalto (SmCo)

 Duro e molto resistente al calore e alla corrosione. Adatta alle alte temperature.

Alnico

 Non è forte come il neodimio o lo SmCo, ma può essere utilizzato ad alte temperature.

2. Forza del magnete

È necessario conoscere la forza necessaria per tirare. Nei lavori pesanti o nell'industria si utilizzano magneti al neodimio. I magneti in ceramica possono essere utilizzati in applicazioni più leggere.

3. Considerazioni sulla temperatura

Le alte temperature causano una perdita di forza nei magneti. A temperature superiori a 80 °C, il neodimio è debole, mentre SmCo e Alnico sono più forti a temperature più elevate. Non scegliere mai senza aver prima verificato i limiti di temperatura.

4. Dimensione del magnete

L'intensità di campo è influenzata dalle dimensioni (diametro esterno, diametro interno e spessore). Un magnete più grande può produrre maggiore potenza, ma potrebbe non essere adatto a dispositivi di piccole dimensioni. Scegliete la dimensione più adatta al vostro progetto.

5. Forma del magnete

Anche nei magneti ad anello ci sono delle proporzioni. Un anello grasso tira meglio di uno sottile. Pensate al compromesso tra dimensioni e potenza magnetica.

Pensieri finali

I magneti ad anello possono sembrare semplici, ma sono una delle forme di magnete più forti e utili sul mercato. La loro natura cava e le forti proprietà magnetiche li rendono indispensabili per la tecnologia moderna.

I magneti ad anello hanno trovato il loro valore in numerose applicazioni, sia nei motori e nelle energie rinnovabili, sia nei dispositivi medici e nei lavori di bricolage. La scelta corretta si basa su fattori quali il materiale, la resistenza, le dimensioni e la temperatura di esercizio.

La tecnologia non si ferma e la necessità di soluzioni particolarmente piccole ma potenti continuerà ad aumentare, e i magneti ad anello rimarranno al centro della maggior parte dei cambiamenti. Se siete ingegneri, studenti o anche hobbisti, conoscere i magneti ad anello può aprirvi nuovi orizzonti nella progettazione e nella creatività.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra i magneti ad anello al neodimio e i magneti ad anello in ceramica?

I magneti al neodimio sono più forti ma costosi e devono essere rivestiti per evitare la ruggine. Anche i magneti in ceramica sono più economici, più deboli e intrinsecamente resistenti alla corrosione.

Di cosa sono fatti i magneti ad anello?

La maggior parte di essi è costituita da materiali magnetici al neodimio, ceramica/ferrite, cobalto di samario o alnico.

I magneti ad anello sono forti?

Sì. Anche i magneti al neodimio molto piccoli sono molto potenti. Quelli in ceramica non sono così forti, ma sono multiuso.

Quali sono i materiali più comuni utilizzati per i magneti ad anello?

I quattro principali sono il neodimio, la ceramica/ferrite, il samario cobalto e l'alnico.

Magneti ad anello o a disco/quadrato: Quale è più forte a parità di volume?

Quando sono dello stesso materiale e delle stesse dimensioni, hanno la stessa forza. Tuttavia, nei sistemi rotanti, i magneti ad anello sono i migliori, mentre i dischi o i blocchi sono i migliori per le superfici di contatto piane.

Quali sono le limitazioni del trasporto/aviatore magnetico forte?

Gli aerei possono avere apparecchiature di navigazione sensibili con cui questi magneti molto grandi e forti possono interferire. Per questo motivo i magneti al neodimio forti spediti per via aerea devono essere imballati in modo speciale e approvati per la sicurezza.