Progettazione di dispositivi a isteresi

Progettazione di dispositivi a
isteresi
Mediante programmi di calcolo numerico, non è possibile realizzare la
simulazione di un dispositivo che sfrutti il comportamento di isteresi
dei materiali ferromagnetici
UTILIZZANDO UN SOLO PASSO DI ANALISI .
.
Motivazione: c’è un numero infinito di curve B(H) a rappresentare il
ciclo di isteresi di un materiale ferromagnetico (dolce o duro).
Progettazione di dispositivi a
isteresi
Nella simulazione di un dispositivo elettromagnetico si considerano i materiali
o per i loro comportamento come ferromagnetici DOLCI
(in genere Hc tra 1 e 1.000 A/m)
Amofi
(<<1 A/m)
Mumetal (<1 A/m)
Fe-Ni
(1 A/m)
Fe-Si
(30 A/m)
Acciai al C (100-300 A/m)
….
Progettazione di dispositivi a
isteresi
Nella simulazione di un dispositivo elettromagnetico si considerano i materiali
O per il loro comportamento come ferromagnetici DURI
(in genere Hc tra 10.000 e 1.600.000 A/m)
Alnico
(10-100 kA/m)
Ferrite
(250 kA/m)
Terre rare (1000 kA/m)
Progettazione di dispositivi a
isteresi
Esempio: motore ad induzione (solo ferromagnetici dolci)
Fe-Si
(dolce)
Progettazione di dispositivi a
isteresi
Esempio: motore brushless (ferromagnetici dolci e duri)
Fe-Si
(dolce)
Ferrite
(duro)
Progettazione di dispositivi a
isteresi
I dispositivi ad isteresi magnetica sono dispositivi che sfruttano il comportamento
ad isteresi di determinati materiali aventi Hc e intensità di campo di
magnetizzazione non eccessivamente elevati.
Con l’avvento dei magneti a base di terre rare è stato possibile realizzare dispositivi
nei quali la parte magnetizzante è costituita da magneti permanenti
Nella simulazione mediante codici numerici,
conoscendo il comportamento COMPLETO dei materiali
utilizzati ed avendo a disposizione alcuni “tool” (link a
rotazione), è possibile analizzare il funzionamento dei
dispositivi mediante passi successivi di analisi.
Progettazione di dispositivi a
isteresi--esempi
isteresi
Dispositivo a
flusso assiale
Dispositivo a
flusso radiale
Progettazione di dispositivi a
isteresi - passi
Passi di simulazione:
1.
Analisi in Flux del campo magnetizzante (H) nella regione del circuito
magnetico occupata dal materiale ad isteresi
2.
Analisi della regione di campo smagnetizzante nella quale il dispositivo
fornisce coppia, sulla base delle proprietà ferromagnetiche di magnetizzazione
e smagnetizzazione del materiale ad isteresi.
3.
Conseguente scelta di :
4.
1.
discretizzazione della regione (spatial parameter o separazione
parametrica della regione)
2.
passi di rotazione per la simulazione
Analisi mediante Flux della coppia prodotta durante la rotazione.
Progettazione di dispositivi a
isteresi – campo H
Analisi del campo magnetizzante
Progettazione di dispositivi a
isteresi – coppia
Analisi della coppia durante rotazione: il materiale rimane magnetizzato
Progettazione di dispositivi a
isteresi – coppia
Analisi della coppia durante rotazione: viene considerata consecutivamente la
magnetizzazione e smagnetizzazione del materiale.
Coppia vs. rotazione
-1,00E-01
-3,00E-01
Coppia (Nm)
-5,00E-01
-7,00E-01
-9,00E-01
-1,10E+00
-1,30E+00
-1,50E+00
0
5
10
15
angolo (°)
20
25
Progettazione di dispositivi a
isteresi – campo H
E’ fondamentale conoscere il campo magnetizzante e la forza coercitiva !
Progettazione di dispositivi a
isteresi - ottimizzazione
Ottimizzazione:
1.
Ingombri radiali-assiali.
2.
Scelta del materiale magnetizzante
3.
Scelta del materiale ad isteresi
4.
Passo di magnetizzazione
5.
Spessore dei materiali magnetici
Progettazione di puleggia
elettromagnetica
Puleggia elettromagnetica
Progettazione di puleggia
elettromagnetica
Puleggia elettromagnetica: 0,6, 20 A
Progettazione di puleggia
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Puleggia elettromagnetica: forza assiale al variare della corrente
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Puleggia elettromagnetica: ottimizzazione geometrica