Análisis de la densidad de fuerza para la acción de control de un Tornillo-Magnético-Tuerca

Abstract

El Tornillo-Magnético-Tuerca, también conocido como Tornillo de Avance Magnético, ha adquirido una gran importancia en los últimos años debido a sus diversas aplicaciones en la industria y en la investigación. En este contexto, la presente Idónea Comunicación de Resultados se enfoca en el análisis de la densidad de fuerza de un Tornillo-Magnético-Tuerca. Para ello, se ha utilizado como referencia principal el trabajo del PhD. Jiabin Wang y colaboradores. En primer lugar, se ha realizado la simplificación del Tornillo-Magnético-Tuerca tridimensional, que presenta un arreglo helicoidal de imanes permanentes, a un modelo axisimétrico basado en anillos de imanes permanentes. A continuación, se ha llevado a cabo el análisis magnetostático del Tornillo-Magnético-Tuerca mediante el software Altair Flux®, obteniendo una fuerza máxima de F=195.75 [N], validando los resultados obtenidos con el trabajo del PhD. Wang, con un error tolerable del 3% y 7% en las soluciones analítica y numérica, respectivamente. Posteriormente, se ha realizado un análisis magnetodinámico del Tornillo-Magnético-Tuerca para estudiar su comportamiento transitorio, en cosimulación con el softare Matlab/Simulink®. Una vez obtenidos resultados satisfactorios, se procedió al acoplamiento del Tornillo-Magnético-Tuerca con un sistema mecánico de un grado de libertad, para posteriormente extenderlo a un sistema de dos grados de libertad con el fin de analizar su desempeño, estabilidad y fuerza desarrollada. Al aplicar una fuerza de empuje de Finput = 100N el sistema respondió con una fuerza magnética de Fmag = 103.44 N y un desplazamiento de la tuerca magnética δ = 0.406 mm. Con este análisis, se pretende contribuir al conocimiento sobre el comportamiento del Tornillo-Magnético-Tuerca y su potencial aplicación en diversas áreas de la ingeniería electromagnética.

The Magnetic Lead Screw, has become increasingly important in recent years due to its various industrial and research applications. This master’s thesis focuses on analyzing the force of a Magnetic Lead Screw, with primary reference to the work of PhD Jiabin Wang and colleagues. Initially, the three-dimensional Magnetic Lead Screw model, which has a helical arrangement of permanent magnets, was simplified to an axisymmetric model based on rings of permanent magnets. Magnetostatic analysis of the Magnetic Lead Screw was then performed using the Altair Flux® software, the results was a maximum force of F = 195.75N, with validation of the results obtained from PhD Wang’s work, with tolerable errors of 3% and 7% in the analytical and numerical solutions, respectively. Next, magnetodynamic analysis of the Magnetic Lead Screw was performed to study its transient behavior in cosimulation with Matlab/Simulinkformed using the Altair Flux® software. After obtaining satisfactory results, the Magnetic Lead Screw was coupled with a onedegree- of-freedom mechanical system, and subsequently extended to a two-degree-of-freedom mechanical system, to analyze its performance, stability, and force developed. When a force of Finput = 100N was introduced, the system responded to with a magnetic force of Fmag = 103.44 N and a displacement δ = 0.406 mm. This analysis aims to contribute to knowledge of the Magnetic Lead Screw’s behavior and its potential application in various areas of electromagnetic engineering.