ارائه روشي نوين در تحليل ميداني، طراحي و ساخت آهن‌رباي الكتريكي به منظور جابجايي اجسام

A Novel Method for Field Analysis, Design and Construction of a Lifting Electromagnet

جرثقيل مغناطيسي يك نمونه از كاربردهاي صنعتي جذب مغناطيسي است كه در آن از يك آهن‌رباي الكتريكي براي ايجاد نيروي لازم به‌منظور بلند كردن و جابجايي اجسام استفاده مي‌شود. ساختارهاي مختلفي براي هسته آهن‌رباي الكتريكي وجود دارد اما بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه ساختار U_I با يك سيم پيچ متقارن به لحاظ كاهش تلفات ناشي از شارهاي نشتي و اثرات لبه‌اي ميدان مغناطيسي، مناسب ­ترين ساختار مي‌باشد‌. در اين مقاله روشي جديد براي تحليل ميداني و طراحي آهن‌رباي الكتريكي معرفي مي‌شود. در طي فرايند تحليل و طراحي، ضمن توجه ويژه به شارهاي نشتي و اثرات لبه‌اي، يك مدار معادل مغناطيسي جديد براي آهن‌رباي الكتريكي پيشنهاد شده، همچنين رفتار غيرخطي منحني B-H هسته فرومغناطيس و نقطه اشباع آن نيز در نظر گرفته شده است. در اين مقاله نرم‌افزار MATLABبراي تحليل عددي و طراحي آهن‌رباي الكتريكي و نرم‌افزار ANSYS MAXWELL به منظور شبيه‌سازي ميدان و نيروي مغناطيسي آن استفاده مي­گردد. به منظور بررسي دقت روش پيشنهادي، نمونه آزمايشگاهي يك آهن‌رباي الكتريكي، مطابق با پارامترهاي طراحي مستخرج از الگوريتم پيشنهادي، ساخته شد. مقايسه نتايج اندازه‌گيري با نتايج حاصل از شبيه‌سازي، خطايي كمتر از 2% را نشان مي‌دهد كه اين حاكي از دقت بالاي روش طراحي است.

The magnetic crane is an example of industrial applications of magnetic absorption in which an electromagnet is used to create the necessary magnetic force for lifting and moving objects. There are various structures for the shape of electromagnet’s core, but studies show that the U_I structure with a symmetrical winding is the most appropriate one in terms of reducing the loss due to leakage flux and fringing effect. The purpose of this paper is presenting a novel method for field analysis and designing an electromagnet. Focusing on the leakage flux and fringing effect, and taking into consideration the nonlinear behavior of the B-H curve and saturation point of ferromagnetic core, a new magnetic equivalent circuit for the electromagnet is proposed. For numerical analysis and design of the electromagnet, the Matlab software and for simulation of its magnetic field and force, the ANSYS MAXWELL software has been used. To verify the accuracy of the presented method, the prototype of an electromagnet has been made, in accordance with the design parameters extracted from the proposed algorithm. The comparison between measurements and simulation results show that the error is less than 2%, which confirms the accuracy of the proposed method.