Nucleo MagneticoPhi Drive ha di recente approcciato l’analisi FEM elettromagnetica progettando un’elettrocalamita.

Il sistema elettromagnetico in questione è composto dai seguenti oggetti:

  • un nucleo;
  • due avvolgimenti;
  • un’ancora.

Tale dispositivo è generalmente costituito da un nucleo in materiale ferromagnetico, attorno al quale vengono avvolte delle spire di rame, dette avvolgimenti. Quando gli avvolgimenti sono percorsi da corrente, inducono un campo magnetico nel nucleo che può attrarre a se altri oggetti metallici, che in gergo tecnico sono chiamati ancore. Il funzionamento consiste, dunque, nell’esercitare una forza di attrazione sull’ancora da parte del nucleo magnetico.

Grazie all’Analisi FEM, acronimo di Finite Element Analysis, è stato possibile migliorare notevolmente il progetto delle’elettrocalamita in questione.

Apportando modifiche mirate alla geometria del nucleo (lavorando ad esempio sull’eliminazione degli spigoli vivi), è stato possibile diminuire la saturazione nel nucleo, permettendo alla forza di attrazione dell’ancora di crescere fino al valore di 1400 N, con un incremento di prestazioni del 50% circa.

RISOLUZIONE DI UN PROBLEMA ELETTROMAGNETICO

Il primo progetto della elettrocalamita mostrava delle saturazioni del campo magnetico in corrispondenza degli spigoli del nucleo. La forza di attrazione si attestava attorno ai 900 N, considerando una distanza dell’ancora dal nucleo di 0.5 mm.

L’analisi di problemi elettromagnetici è solitamente condotta utilizzando una semplificazione delle leggi di Maxwell. Generalmente le equazioni classiche forniscono risultati accurati qualora le geometrie siano molto semplici. Tuttavia gli errori diventano importanti quando intervengono determinati fattori come: saturazione localizzata, traferri di grandezza rilevante, effetto pelle o skin effect in presenza di correnti superficiali, etc…

A causa di questo fenomeno di saturazione, a fronte di una certa corrente che percorre le bobine, il campo magnetico generato è inferiore rispetto a quello che potrebbe essere in assenza di saturazione.

L’Analisi FEM è quindi uno strumento molto potente per la progettazione e l’ottimizzazione di un qualsiasi problema elettromagnetico.

CAMPI DI APPLICAZIONE DELL’ANALISI FEM ELETTROMAGNETICA

Analisi FEM Elettromagnetica
L’Analisi FEM elettromagnetica trova largo impiego nelle seguenti applicazioni:

  • Progettazione di elettrocalamiti;
  • Affiancamento ad attività di laboratorio di sistemi elettromagnetici;
  • Ottimizzazione di sistemi elettromagnetici;
  • Analisi degli effetti di prossimità;
  • Studio del campo magnetico prodotto da trasformatori;
  • Progettazione di bobine con nucleo mobile o attuatori.