Attuatore lineare elettromagnetico a magneti permanenti

Introduzione e caratteristiche

L’attuatore lineare a magneti permanenti brevettato da Spin nasce dall’esigenza di trovare una valida alternativa a un elettromagnete classico. L’idea che sta alla base dell’invenzione è quella di massimizzare il rapporto Newton/Ampère: rispetto ai tradizionali elettromagneti, infatti, si sono riuscite a ottenere forze elevate con bassi valori di corrente. L’attuatore, in questo modo, riduce i consumi energetici: a parità di corrente di un tradizionale elettromagnete, la forza risulta essere tripla.

Un’altra caratteristica peculiare del dispositivo è l’assenza di molle per la tenuta nella posizione iniziale della parte mobile, presenti invece negli elettromagneti tradizionali. La tenuta meccanica tramite la forza elastica è completamente sostituita da una tenuta elettromagnetica a corrente nulla, sfruttando una forza di precarico magnetico generata da magneti permanenti. In questo modo si evitano, così, le problematiche dovute all’usura dei tradizionali componenti meccanici di tenuta elastica.

L’attuatore lineare Spin è inoltre estremamente compatto e versatile: oltre alla possibilità di settare l’inizio e il range di corsa all’interno di determinati intervalli, il dispositivo è scalabile in dimensioni e prestazioni, così da potersi adattare ad un ampio range di applicazioni, richiedenti forze di differenti intensità. Con leggere modifiche del circuito magnetico, il dispositivo funziona anche da attuatore bistabile: le due posizioni di equilibrio stabile sono mantenute, come nel caso monostabile, dalla forza di precarico magnetico, evitando anche in questo caso l’utilizzo di molle.

Applicazioni

Le principali applicazioni del dispositivo spaziano dal settore automotive, home appliance, sanitario e industriale: si può utilizzare come elettrovalvola o in sostituzione di sistemi idraulici e pneumatici. E’ un buon sostituto di solenoidi, elettromagneti e sistemi di attuazione lineare e si può utilizzare, a esempio, per aprire o chiudere valvole, serrande e sportelli, per spostare, sollevare o abbassare componenti su linee di montaggio, per serrature magnetiche di porte automatiche e sistemi di controllo accessi, per sbarre in parcheggi o passaggi a livello in cui il dispositivo controlla l’alzata e l’abbassamento del componente. Ulteriori applicazioni potrebbero essere sistemi di apertura di bagagliai o portiere, o ancora per alzare o abbassare spoiler attivi o altri componenti aerodinamici, apertura o chiusura di tettucci automatici. Può essere applicato anche in dispositivi sanitari, come letti ospedalieri elettrici regolabili in altezza ed inclinazione.

Analisi e risultati

Il dispositivo è stato progettato e studiato in fase preliminare con Flux2D, software agli elementi finiti di Siemens. Si sono svolte sia analisi magnetostatiche per determinare le forze in gioco e l’andamento delle curve di forza a corrente spenta e accesa in assenza di movimento, sia analisi transienti per studiare la dinamica del dispositivo. Si è successivamente ottimizzata la geometria di partenza grazie all’ausilio di Hyperstudy, software di Siemens che utilizza algoritmi di ottimizzazione per trovare soluzioni che soddisfino obiettivi scelti. Trovata la configurazione ottima, si è passati alla creazione del disegno costruttivo e alla realizzazione del prototipo. Infine, si è condotta una serie di test sperimentali per verificare il corretto funzionamento del dispositivo in laboratorio.

Conclusioni

L’attuatore lineare brevettato da Spin si presenta come buon sostituto per elettromagneti monostabili e bistabili quando sono necessarie forze alte con basse correnti di alimentazione. L’utilizzo di magneti permanenti, assicura la presenza di uno o due punti di equilibrio stabile senza l’ausilio di molle. Versatile e compatto, si può adattare a varie esigenze applicative, grazie alla possibilità di regolare la corsa. Scopri i dati tecnici dell’attuatore lineare brevettato da Spin.

Credits: Elena Manari  & Umberto Bottero – R&D Department