IT202000008458A1 - Misuratore portatile di una forza generata da un apparato magnetico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

di una domanda di brevetto per Invenzione Industriale avente titolo:

?Misuratore portatile di una forza generata da un apparato magnetico?

CAMPO DELL?INVENZIONE

Il presente trovato ? relativo a un misuratore portatile di una forza generata da un piano magnetico.

STATO DELLA TECNICA

I sistemi di bloccaggio magnetico (o apparati magnetici) sono apparecchiature destinate all?ancoraggio di materiale ferromagnetico durante le lavorazioni meccaniche con macchine utensili, nell?ambito di movimentazione di pezzi meccanici (manipolazione e/o sollevamento) o per il bloccaggio rapido di stampi.

Alcuni apparati magnetici, definiti ?elettropermanenti, comprendono una sezione magnetica (detta modulo magnetico elettropermanente), e un sistema elettronico di attivazione/disattivazione (detto unit? di controllo).

Il modulo magnetico elettropermanente comprende una struttura portante in acciaio dolce, atta a contenere tutti i componenti interni e una o pi? espansioni polari in acciaio dolce, di forme e caratteristiche varie per adattarsi alle diverse esigenze. Le espansioni polari sono anche note come poli magnetici e sono solitamente disposti a definire un piano di ancoraggio.

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Ciascun polo magnetico presenta associati dei magneti permanenti e dei magneti noti come ?invertibili?. Ciascun magnete invertibile ? accoppiato a un solenoide che ? in grado di cambiare la polarit? del magnete invertibile.

Quando il flusso magnetico generato dai magneti permanenti e dal magnete invertibile si somma, la superficie magnetizzabile ? attiva. Quando il campo dei magneti permanenti e di quelli invertibili si sottrae la superficie magnetizzabile ? disattiva.

I solenoidi di attivazione sono controllati da un?unit? di controllo che comprende:

- un rettificatore bidirezionale di potenza controllato, che provvede ad alimentare opportunamente i solenoidi del modulo magnetico elettropermanente;

- uno o pi? pannelli di comando al fine di permettere all?operatore di attivare e disattivare il modulo magnetico elettropermanente;

- una logica di controllo di gestione del sistema;

- un sistema di connessione elettrica, tipicamente un cavo, per permettere la connessione tra unit? di controllo e modulo magnetico elettropermanente.

Il compito dell?unit? di controllo ? quello di attivare/disattivare il modulo magnetico elettropermanente, mediante operazioni di magnetizzazione, smagnetizzazione o inversione di polarit? di una parte o della totalit? dei magneti invertibili, contenuti all?interno del modulo stesso.

Fatto salvo il tempo necessario a completare le due operazioni di magnetizzazione, l?unit? di controllo pu? essere elettricamente disconnessa dal modulo magnetico.

Sono anche noti altri apparati magnetici che funzionano in maniera differente.

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Ad esempio, sono noti degli apparati magnetici, formati da elettromagneti. In tal caso per ottenere la magnetizzazione della superficie magnetizzabile ? necessario alimentare continuativamente (dato che tali apparati non comprendono magneti permanenti) delle bobine associate alla pluralit? di poli magnetici che definiscono la superficie magnetizzabile.

Sono anche noti altri apparati magnetici, comunemente denominati a ?magneti permanenti?. Tali sistemi funzionano sfruttando il campo magnetico prodotto da magneti permanenti e che non richiedono l?ausilio di dispositivi elettrici e solenoidi per essere attivati.

L?azione magnetica pu? essere attivata o disattivata attraverso una leva che modifica meccanicamente la combinazione tra ferro e magnete posta al di sotto della superficie magnetizzabile. ? il sistema pi? conosciuto e pi? diffuso per la movimentazione semplice di materiali ferrosi soprattutto perch? non richiede alimentazione elettrica e manutenzione in genere.

Tutti gli apparati magnetici sono comunque accomunati dalla presenza di superfici ferromagnetiche sulle quali si posiziona il pezzo da ancorare e, mediante l?instaurazione di un flusso magnetico, si esplica la funzione di ancoraggio.

La funzione di ancoraggio, ossia la forza con la quale lo specifico pezzo ? trattenuto al sistema magnetico, ? sempre condizionata dalle caratteristiche fisiche del pezzo stesso e con esse pu? variare sensibilmente.

In particolare, la forza ? condizionata dalla natura del materiale ferromagnetico che costituisce il pezzo bloccare, dalla eventuale presenza di interstizi d?aria tra la superfice di ancoraggio ed il pezzo da ancorare, piuttosto che dalle caratteristiche geometriche proprie del pezzo da staffare.

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Generalmente i produttori di sistemi magnetici forniscono dei grafici che mostrano il variare della performance di forza in funzione del variare dei parametri visti in precedenza, uno per volta.

Tali grafici, ovviamente, non semplificano la vita al generico operatore chiamato a determinare quale possa essere la forza con cui un pezzo ? trattenuto, ad esempio, prima di avviare una lavorazione su macchina utensile.

Questo in primis, perch? i parametri di ?derating? variano tutti contemporaneamente (e non uno per volta come riportato dai grafici) ed in secondo luogo perch? non sempre ? possibile determinate perfettamente la loro entit?.

Se ad esempio ci riferiamo al traferro, ? sempre molto complesso determinarne sia l'entit? che il valore medio, considerato che ? osservabile solo dal bordo del pezzo da ancorare, e quantunque se ne disponesse, sarebbe praticamente impossibile determinare con semplicit? la forza di ancoraggio da tali grafici.

Ad oggi, la forza con cui il generico pezzo ? trattenuto da un sistema magnetico viene misurata utilizzando due metodologie ed entrambe manifestano l?inconveniente di perturbare sensibilmente sempre lo stato di ancoraggio.

Il primo metodo ? costituito da un generatore di forza meccanica (es una pressa) ed una cella di carico.

Il generatore di forza meccanica applicher? la stessa al pezzo ancorato alla superficie magnetica fino a provocarne il distacco, documentando attraverso la cella di carico, il valore della forza a cui il distacco ? avvenuto.

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Questa tecnica viene principalmente utilizzata in fase di test di una apparecchiatura magnetica. In fase di revisione/controllo l?apparecchiatura viene trasportata ove ? disponibile una pressa, e li viene testata.

In caso di apparecchiature di grandi dimensioni, come ad esempio dei piani magnetici (ad esempio per il bloccaggio di pezzi durante una lavorazione) oppure in caso di sollevatori di grandi masse, ci? non risulta possibile.

A parte gli eventuali limiti tecnici ed i costi nel cercare di riproporre in ogni possibile situazione tale tipo di strategia, ? facile notare che, ottenere l?informazione relativa alla forza di staffaggio costringe a perturbare in modo significativo lo stesso (provocandone il distacco).

Il secondo metodo prevede di ricavare un opportuno interstizio d?aria, o traferro, tra la superficie magnetica ed il pezzo da ancorare dove sia poi possibile inserire una sonda collegata ad un misuratore di induzione magnetica. La conoscenza dell?induzione magnetica permette, attraverso dei calcoli, di stimare la forza di ancoraggio.

Tale tecnica ? pi? semplice da porre in opera in quanto non ? necessario spostare l?apparato testato, ma modifica in modo sostanziale le condizioni di ancoraggio.

In particolare, l?introduzione di traferri porta e decrescite esponenziali della forza, quindi, si conosce la forza ma in condizioni di ancoraggio estremamente peggiorative rispetto a quelle reali.

Alcuni sistemi elettropermanenti pi? evoluti, come ad esempio quello descritto nel documento EP3357075-A1 integrano un dispositivo per la misura della forza. Tali sistemi, attraverso la misura del flusso magnetico, riescono a fornire indicazioni in merito alla reale forza di ancoraggio. Ma come detto tali sistemi sono direttamente integrati nel piano magnetico.

RIASSUNTO DELL?INVENZIONE

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Scopo del presente trovato ? quello di superare gli inconvenienti tecnici della tecnica nota.

Un ulteriore scopo del trovato ? quello di fornire un misuratore portatile in grado di rilevare la forza con cui il sistema magnetico staffa un generico pezzo e che, al contempo, sia semplice, affidabile e poco costoso.

Un ulteriore scopo del presente trovato ? quello di fornire un misuratore portatile che minimizzi o annulli le perturbazioni delle condizioni di ancoraggio, permettendo una verifica attendibile sul campo.

Questo ed altri scopi sono raggiunti da un misuratore portatile realizzato tramite gli insegnamenti tecnici delle annesse rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?innovazione risulteranno evidenti dalla descrizione di una forma preferita ma non esclusiva del dispositivo, illustrata a titolo esemplificativo e quindi non limitativo nei disegni allegati, in cui:

la figura 1 ? una vista prospettica semplificata, in configurazione parzialmente esplosa, ove viene mostrato un misuratore secondo il presente trovato, insieme ad un apparato magnetico e a un pezzo da staffare;

la figura 2 ? una vista prospettica del misuratore di figura 1 durante una fase di test;

la figura 3 mostra in vista prospettica esplosa una sonda, della tipologia a circuito aperto, del misuratore di figura 1;

la figura 4 mostra un?unit? di rilevazione del misuratore del presente trovato, che coopera nell?uso con la sonda;

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le figure 5, 6 e 7 mostrano in vista prospettica, assemblate, delle possibili configurazioni della sonda di figura 3;

la figura 6A mostra in dettaglio il particolare racchiuso nel cerchio di figura 3 o 10;

la figura 8 mostra in vista prospettica una diversa configurazione della sonda di figura 3, specificamente del tipo a circuito chiuso, e un diverso apparato magnetico con cui la sonda pu? essere utilizzata;

la figura 9 ? una vista prospettica in esploso della sonda di figura 8;

la figura 10 mostra in maniera schematica l?unit? di rilevazione di figura 4 quando accoppiata a una sonda (anch?essa rappresentata schematicamente); e

le figure 11 e 12 mostrano in vista prospettica rispettivamente assemblata e esplosa, una diversa configurazione di sonda, del tipo a circuito chiuso.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

Con riferimento alle figure citate viene mostrato un misuratore di forza di un apparato magnetico 2, 2A indicato complessivamente con il numero 1.

Il misuratore 1 portatile di una forza generata da un apparato magnetico 2, comprendente una sonda 3 mobile configurata per essere accoppiata all?apparato magnetico 2 del quale rilevare la forza, e un?unit? di rilevazione 7 collegata o collegabile alla sonda 3.

Il collegamento tra l?unit? di rilevazione 7 e la sonda 3 pu? avvenire in modo semplice, ad esempio tramite un cavo 20 (che risulta spezzato in figura, per semplicit?) dotato di almeno un connettore 12.

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Possono essere previste anche altre forme pi? sofisticate di collegamento implementato per la trasmissione di segnali, come ad esempio un collegamento ?senza fili?, prevedendo sistemi di ricetrasmissione sia sulla sonda che sull?unit? di rilevazione 7.

La sonda 3 comprende almeno un elemento ferromagnetico attivo 4 che presenta una configurazione sostanzialmente corrispondente a quella di un polo N, S dell?apparato magnetico di cui deve misurare la forza.

Nel presente testo, con il termine ?elemento ferromagnetico attivo 4?, si intende che esso ? circondato da almeno una spira B in materiale elettricamente conduttivo, la spira essendo interfacciata o ?leggibile? dall?unit? di rilevazione 7, in modo da rilevare un flusso magnetico che attraversa la spira durante un transitorio di attivazione/disattivazione dell?apparato magnetico.

Nell?esempio raffigurato in figura 1 la sonda 3 presenta sei elementi ferromagnetici 4, 4A. Dalla figura 3 si nota che le spire B circondano solo tre degli elementi ferromagnetici (quelli indicati con 4), che risultano quindi attivi.

Sulla sonda 3 sono poi presenti tre elementi ferromagnetici 4A che per semplicit? sono privi di spire B.

Gli elementi ferromagnetici passivi 4A e quelli attivi 4 sono reciprocamente separati da un isolante I magnetico. L?isolante magnetico pu? essere ad esempio Ottone, alluminio, Acciaio inox amagnetico, plastiche, resine, rame, etc..

Il materiale in cui sono realizzati gli elementi ferromagnetici pu? essere ad esempio un ferro ad alta permeabilit? e basso campo coercitivo, come ad esempio il ferro puro (noto con il nome commercial Armco).

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Si pu? notare che la sonda 3 ? dotata di mezzi di allineamento 5,6 configurati per allineare l?almeno un elemento ferromagnetico attivo 4 ad almeno un polo magnetico N, S dell?apparato magnetico 2.

Nel presente testo con il termine ?mezzi di allineamento? pu? essere inteso qualsiasi mezzo in grado di rendere possibile un allineamento o accoppiamento dell?almeno un elemento ferromagnetico 4 con almeno un polo N, S dell?apparato magnetico 2, in modo da consentire un efficace e precisa sovrapposizione dell?elemento ferromagnetico attivo 4 a un polo N, S.

Tali mezzi di allineamento possono essere di tipo visivo. Ad esempio, ? possibile che l?elemento ferromagnetico 4 venga semplicemente allineato al polo centrandolo visivamente sullo stesso, ad esempio sfruttando la traccia del materiale isolante I (ad esempio resina epossidica), che spesso ? di colore o caratteristiche fisiche diverse rispetto a quelle del polo, sia sull?apparato magnetico sia sulla sonda.

C?? da ribadire che l?almeno un elemento ferromagnetico attivo 4 presenta una configurazione corrispondente a quella di almeno una superficie attiva del polo.

Per superficie attiva del polo N, S si intende quella superficie solitamente piana, destinata ad accoppiarsi con un pezzo P da bloccare durante una lavorazione; la superficie attiva di ogni polo N, S ? vantaggiosamente circondata da un isolante I che lo rende facilmente ed inequivocabilmente identificabile.

Come si vede dalla figura 1, si nota che l?apparato magnetico 2 pu? essere un piano magnetico che reca su di una sua superficie di appoggio 2A una pluralit? di poli N, S disposti a scacchiera e reciprocamente isolati da materiale isolante I.

Nell?esempio illustrato i poli N, S, hanno configurazione quadrata e dunque anche gli elementi ferromagnetici attivi 4 della sonda 3 sono quadrati e di dimensioni identiche a quelli

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dell?apparato 2. Ovviamente anche gli elementi ferromagnetici passivi 4A sono corrispondenti (identici) per forma e disposizione a quelli dell?apparato magnetico 2 da testare.

C?? da dire che la forma quadrata di poli e di conseguenza degli elementi magnetici ? solamente una delle possibilit?. Possono esserci poli rettangolari (come vedremo) circolari etc., e di conseguenza gli elementi magnetici 4, 4A avranno la stessa forma dei poli la cui forza dovr? essere rilevata.

Dunque, la forma e la disposizione (distanza reciproca e posizionamento) degli elementi ferromagnetici 4, 4A la sonda 3 copia esattamente la forma e la disposizione dei poli N, S, dell?apparato magnetico 2 da testare, anche se la sonda 3 pu? presentare un numero minore di elementi ferromagnetici 4, 4A rispetto al numero dei poli N, S dell?apparato da testare.

In questo modo risulta abbastanza semplice allineare visivamente la sonda all?apparato magnetico.

Nella figura 1 si nota che possono essere previsti altre tipologie di mezzi di allineamento. Ad esempio, ciascun elemento ferromagnetico (o solo alcuni di quelli della sonda) pu? prevedere un foro 5 per una spina o vite 10 che si impegna in corrispondenti fori 5A (eventualmente filettati) dell?apparato magnetico 2 (normalmente presenti sui piani magnetici).

Tali mezzi di allineamento sono estremamente efficaci in quanto evitano qualsiasi possibilit? di errore di posizionamento.

Se vengono poi utilizzate delle viti 10, il fissaggio della sonda 3 all?apparato magnetico ? ancora pi? stabile.

Per ottenere un allineamento (o centraggio) efficace sull?apparato magnetico sono vantaggiosamente previste almeno due spine o viti 10 (e conseguenti fori 5).

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A completamento della descrizione si fa notare che la spira B (o meglio ciascuna spira B) pu? essere configurata come rappresentato in figura 6A.

Nel presente testo si utilizza il termine ?spira B? che costituisce l?unit? elementare di avvolgimento. Vantaggiosamente invece di una singola spira B, ? possibile utilizzare un avvolgimento di pi? spire B (o bobina) che migliora notevolmente la lettura del flusso magnetico.

In fig. 6A ? possibile osservare i dettagli di tale bobina (insieme di spire S) che pu? essere realizzata con una pista di rame R ricavata su di una struttura di vetronite S, opportunamente isolata mediante soldermask.

Ovviamente la bobina di spire B pu? essere realizzata anche in altri modi pi? convenzionali (es. avvolgimento diretto all?elemento ferromagnetico).

C?? da dire che la ?differenziazione? tra gli elementi ferromagnetici ?attivi? e ?passivi? della piastra non ? data dalla presenza o meno di una spira associata a tali elementi. Ma ? pi? una differenziazione logica.

Infatti, ? possibile che tutti gli elementi ferromagnetici 4, 4A della sonda 3, per semplicit? costruttiva, siano circondati da almeno una spira B. Durante la lettura tuttavia solo uno o met? o solo alcuni degli elementi ferromagnetici presenti sulla sonda 3 verranno ?letti? dall?unit? di rilevazione 7. In questo caso gli elementi ferromagnetici ?letti? potranno definirsi di tipo ?attivo? 4.

? ovviamente anche possibile che l?unit? di rilevazione 7 sia configurata per leggere le spire B di tutti gli elementi ferromagnetici 4, 4A. In questo caso essa rilever? un primo flusso da met? degli elementi ferromagnetici e un flusso di segno opposto dagli altri.

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La rilevazione di flussi in senso ?opposto?, quantunque non essenziale, pu? essere utilizzata dall?unit? di rilevazione 7 per verifica.

Strutturalmente la sonda 3 ? molto semplice, ed ? ben mostrata in figura 3. Essa pu? comprendere un telaio T inferiormente al quale ? fissata (ad esempio tramite viti) una maschera M. Alla maschera M vengono associati gli elementi ferromagnetici 4, 4A insieme alle rispettive spire B.

Vengono poi disposti dei distanziali D di materiale magneticamente isolante (es. ottone) e lo spazio tra gli elementi magnetici viene riempito di materiale isolante I come ad esempio una resina.

I distanziali D possono anche essere saldati (ad esempio per saldobrasatura) agli elementi ferromagnetici 4, 4A.

Nella figura 3 si vede bene che le spire B sono poste su elementi ferromagnetici ?alternati?. E esse sono preferenzialmente collegate in serie. In questo modo sono attivi gli elementi ferromagnetici che leggono un flusso prodotto dall?apparecchiatura magnetica sempre con uno stesso segno. Ad esempio, quando la bobina ? sovrapposta al piano come in figura 2, gli elementi ferromagnetici attivi sono posti sui poli con polarit? N. Ovviamente ? possibile anche disporre gli elementi attivi sui poli con polarit? S (spostando di una riga in verso il basso la sonda 3, quindi ponendola pi? vicina al bordo basso del piano di figura 2).

Qui sopra si ? descritta una particolare configurazione di sonda 3 sovrapponibile a sei poli di un apparato magnetico 2 come quello rappresentato, e adatta per la rilevazione di una forza agente su di un pezzo P come quello rappresentato.

Tuttavia, proprio per la semplicit? costruttiva e il costo molto limitato delle sonde 3, possono essere previste altre tipologie di sonde 3, ciascuna adatta alla rilevazione della forza su apparati magnetici diversi o semplicemente su pezzi P di conformazione diversa.

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Quindi, in linea generale, la sonda pu? comprendere una pluralit? di elementi ferromagnetici attivi 4 e una pluralit? di elementi ferromagnetici passivi 4A disposti a scacchiera, con un?isolante magnetico I posizionato fra ogni elemento ferromagnetico attivo 4 e ogni elemento ferromagnetico passivo 4A reciprocamente affiancati, la pluralit? di elementi ferromagnetici attivi e passivi presentando una forma e una disposizione corrispondente a quella dei poli N,S dell?apparato magnetico 2 di cui misurare la forza.

Alcuni esempi di possibili configurazioni alternative o aggiuntive della sonda 3 sono rappresentati nelle figure dalla 5 alla 7.

In esse, per indicare parti funzionalmente simili a quelle gi? descritte, verranno utilizzati gli stessi riferimenti numerici gi? usati in precedenza. Pertanto, tali parti non verranno descritte nuovamente.

Globalmente in ogni caso i diversi tipi di sonda verranno indicati con il riferimento 3 e, per semplificare la descrizione, ciascun tipo di sonda verr? identificato con il riferimento 3 seguito da una lettera.

La sonda 3A di figura 5 presenta quattro elementi ferromagnetici 4, 4A al posto di sei. Nel funzionamento, due elementi ferromagnetici sono attivi e due passivi. Le altre caratteristiche strutturali sono identiche a quelle gi? descritte.

La sonda 3B di figura 7 presenta solo due elementi ferromagnetici. Nell?uso uno ? attivo e uno passivo.

Tale sonda ? ovviamente utilizzata per pezzi P piccoli.

Ovviamente possono essere previste altre tipologie di sonde come ad esempio con 8 elementi ferromagnetici, 10 etc. ? preferibile, ma non essenziale, che gli elementi ferromagnetici siano previsti sulla sonda in numero pari.

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Le sonde fin ora descritte sono del tipo a circuito aperto. Infatti, con la presenza del pezzo P (che pu? essere un generico pezzo da staffare) sulla sonda 3, il circuito magnetico si chiude esternamente alla sonda stessa, proprio attraverso il pezzo.

Possono tuttavia essere previste delle tipologie di sonda, anch?esse a circuito aperto, come quella rappresentata in figura 6, e indicata con il riferimento 3C.

Tale sonda 3C presenta un solo elemento ferromagnetico attivo 4.

Nell?uso essa deve essere accoppiata ad un altro elemento ferromagnetico 4B passivo e separato dalla sonda stessa (non integrato). L?elemento 4B passivo ha la sola finalit? di chiudere il circuito magnetico, e pu? avere dimensioni in pianta qualsiasi.

Tuttavia, ? necessario che lo spessore sia paragonabile o uguale a quello dell?elemento magnetico 4 della sonda.

La figura 8 mostra una ancora diversa forma di realizzazione della sonda, che in questo caso ? a circuito chiuso. Tale sonda 3D ? ottimizzata per la misurazione della forza dei diffusissimi sistemi portatili manuali denominati ?a magneti permanenti? 2A.

La sonda 3D, essendo del tipo a circuito chiuso, presenta un unico elemento 140 di materiale ferromagnetico con gli elementi ferromagnetici 4 e 4A realizzati tramite delle sagomature realizzate sull?elemento magnetico. Di fatto gli elementi ferromagnetici 4, 4A hanno configurazione identica ai poli dell?apparato 2A manuale, e sono magneticamente cortociruitati.

In questo caso i poli dell?apparato sono rettangolari e molto allungati, e di conseguenza lo sono anche gli elementi ferromagnetici 4, 4A della sonda 3D (si veda la figura 9).

Nella realizzazione sopra descritta gli elementi ferromagnetici 4 e 4A sono realizzati di pezzo sull?elemento 140, ma sono possibili diverse configurazioni, ad esempio in cui gli

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elementi ferromagnetici sono semplicemente vincolati meccanicamente a un elemento che li cortocircuita magneticamente.

Il sistema di allineamento di questa sonda 3D prevede una semplice cornice 6 che centra il perimetro dell?apparato magnetico 2A sugli elementi ferromagnetici 4, 4A della sonda, facendoli combaciare perfettamente con i poli dell?apparato 2A.

Ovviamente anche la spira B che deve circondare almeno il polo attivo 4, ha una configurazione allungata come si vede sempre dalla figura 9.

Vantaggiosamente questa sonda 3D prevede anche una maniglia R1 per un semplice trasporto.

Le figure 11 e 12 mostrano un'altra possibile configurazione di una sonda a circuito chiuso.

Anche in questo caso gli elementi ferromagnetici 4 e 4A sono realizzati di pezzo sull?elemento 140, e quindi magneticamente cortocircuitati.

Ovviamente anche in questo caso l?elemento 140 pu? essere formato in un unico pezzo (come mostrato in figura) o da pi? pezzi assemblati.

Il sistema descritto in alcune sue varianti persegue l?obiettivo di non perturbare, o farlo solo minimamente mediante dei sottili elementi di materiale ferromagnetico, il flusso magnetico prodotto dall?apparato magnetico 2, 2A.

Infatti uno spessore H degli elementi ferromagnetici 4, 4A pu? essere compreso tra 1 e 10mm, preferibilmente tra 2 e 5mm, ancora pi? preferibilmente di 2mm.

Specificamente, lo spessore H del o degli elementi ferromagnetici pu? essere calcolato per fare in modo che nelle condizioni di utilizzo previsto la permeabilit? sia massima. Ci? ? reso possibile dalla perfetta conoscenza della curva di permeabilit? del materiale utilizzato.

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In particolare, supponendo che il flusso che attraversa le superfici di ancoraggio sia pari a ?, e supponendo tale flusso uniforme, ? possibile calcolare la relativa induzione magnetica mediante la formula:

R1:

dove ? ? l?induzione magnetica e ? la superficie di attraversamento del flusso. Conosciuto ? ? possibile calcolare la densit? di forza superficiale ? mediante semplici relazioni legate al e note in letteratura ad es:

R2:

Qualunque sia il sistema magnetico considerato, permanente o elettropermanente, l?attivazione dello stesso produce una variazione di flusso magnetico, dal valore zero ad uno specifico valore.

Tale variazione di flusso, pu? essere intercettata ed elaborata attraverso le spire S (o bobine) poste sul perimetro degli elementi ferromagnetici 4, 4A frapposti tra la superficie magnetica ed il pezzo P da ancorare.

Le sonde 3 possono essere configurate per essere permeabili magneticamente, totalmente prive di traferri e con profili del tutto identici alle superfici magnetiche (almeno dei poli) a cui vengono sovrapposte o rese solidale.

La spira B integrata in tali sonde, durante la fase di attivazione dei magneti sottostanti il polo, generer? una tensione ai suoi capi proporzionale alla variazione di flusso magnetico da cui ? attraversata (e quindi ? attraversato il polo). In letteratura tale relazione ? nota con il nome di legge di Faraday Neumann Lenz:

R3:

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dove ? la tensione generata, ? ? il numero di spire da cui il coil di sensing ? costituito ? la derivata rispetto al tempo del flusso magnetico che attraversa la superficie del coil di sensing.

L?inversione di tale relazione permette di calcolare il flusso magnetico medio ?, e successivamente mediante la relazione R1, l?induzione

A seguire, grazie alla conoscenza dell?induzione ? e di relazioni note in letteratura (es. R2) ? possibile calcolare la densit? di forza superficiale che prodotta per la superficie del polo magnetico ? fornisce il valore della forza espressa dal singolo polo magnetico N, S.

L?unit? di rilevazione 7 si occuper? processare i segnali provenienti dalla sonda 3, e successivamente di invertire l?equazione R3 al fine di calcolare l?induzione magnetica come in R1.

Nota l?induzione ? e la superficie degli elementi ferromagnetici attivi 4 della sonda, l?unit? potr? calcolare la pressione come in R2, e la forza di ancoraggio di una o pi? superfici.

Si ribadisce che, affinch? la sonda non influenzi significativamente la forza con cui il sistema di ancoraggio trattiene a se il materiale ferromagnetico, sono di fondamentale importanza la permeabilit? magnetica del materiale utilizzato per gli elementi ferromagnetici ed il relativo spessore, perch? la riluttanza, ossia la misura dell?opposizione che il probe fa al passaggio del flusso magnetico, ? inversamente proporzionale alla permeabilit? magnetica del materiale e direttamente proporzionale allo spessore del probe.

Quindi risulta vantaggioso realizzare gli elementi ferromagnetici 4, 4A in ferro puro, Armco etc.

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Ovviamente le caratteristiche geometriche degli elementi ferromagnetici 4, 4A, saranno tanto meno significative nel computo del flusso totale, quanto pi? ? basso il rapporto tra lo spessore del probe e la lunghezza totale del percorso magnetico.

L?unita di rilevazione 7 sar? configurata per accettare una molteplicit? di sonde 3, 3A, 3B, 3C, 3D etc.

L?unit? 7, oltre che effettuare i calcoli visti in precedenza, potr? essere in grado di computarli in modo parametrico, accettando in ingresso una molteplicit? di sonde, riconoscendole e adattando le procedure computazionali alle caratteristiche fisiche, magnetiche e meccaniche della sonda in oggetto.

Ad esempio, ciascuna sonda 3 potr? integrare un identificatore 300 (fig. 10) leggibile dall?unit? 7 per identificare la tipologia di sonda associata, e quindi parametrizzare i calcoli sulla base delle caratteristiche fisiche della sonda 3 stessa.

L?utilizzo dell?unit? 7 con la sonda 3 appropriata permette di misurare sempre, in qualsiasi posizione e per qualsiasi device magnetico la relativa performance di forza di ancoraggio, senza alterare significativamente le performance del circuito magnetico considerato.

Poich?, come noto, i sistemi magnetici di tipo permanente o elettropermanente permangono nel proprio stato se non interviene un?azione meccanica o elettrica, ? facile intuire come l?unit? di rilevazione possa essere attivata solo durante la fase di magnetizzazione dell?apparato magnetico.

Un opportuno pannello di controllo 7C permetter? di azionare l?unit? 7 e di indicare la forza rilevata.

In fig.10 ? visibile un possibile schema di principio di tale device.

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Possiamo notare come la sonda 3 possa includere, oltre alla bobina S di sensing, un indicatore 300 che permette all?unit? il riconoscimento della sonda associata stesso. L?identificatore 300 pu? essere banalmente un resistore, un chip o un qualunque altro sistema che permetta di marcare univocamente la sonda.

Un blocco di pre-amplificazione 7A a basso rumore e basso offset provvede ad amplificare il segnale proveniente dalla bobina S. Tale segnale viene poi computato dall?unit? di elaborazione 7B al fine di risolvere le equazioni viste in precedenza.

L?implementazione dell?equazione R3 merita qualche considerazione. Poich? invertire tale equazione richiede di computare un integrale bisogna porre particolare cura nella gestione della relativa routine di calcolo. Consideriamo un generico segnale che possiamo sempre scrivere come:

R4

Dove ? il segnale acquisito, ? il valore vero della grandezza acquisita e ? il rumore comunque presente.

Nel processo di integrazione, i rumori possono svolgere un ruolo fondamentale. Se, ad esempio, il rumore ? un offset dovuto al circuito di pre-amplificazione o il rumore ? a media non nulla, l?integrazione di tale offset produrrebbe drift sul segnale integrato in grado di invalidare completamente i calcoli effettuati.

Per questa ragione ? preferibile cancellare quasi del tutto il rumore

Il blocco pulsantiera 7C permette di azionare la procedura di calcolo solo in prossimit? della variazione di flusso, ovvero quando viene azionato il magnete.

I valori ottenuti vengono poi visualizzati nel blocco display 7D sotto forma di forza e valore dell?induzione magnetica riscontrata.

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Infine, un convertitore digitale analogico permette di visualizzare, attraverso un visore, l?andamento temporale del valore dell?equazione R3, sempre sul display 7D e/o su di un eventuale display esterno.

Tale funzionalit? garantisce a tecnici esperti la possibilit? di meglio interpretare le peculiarit? magnetiche del sistema da ancorare della fase transitoria di elaborazione.

Come gi? parzialmente descritto le sonde per la rilevazione del flusso magnetico possono essere sostanzialmente di due tipi:

Sonde a circuito chiuso

Sonde a circuito aperto

Le sonde a circuito aperto sono quelle che mettono in comunicazione, mediante un percorso di materiale ferromagnetico creato dallo specifico pezzo P da ancorare, n poli di tipo nord con n poli di tipo sud dell?apparato magnetico 2, 2A.

In tali sonde (ad esempio quella di figura 3) si preferisce monitorare il solo flusso uscente, ossia tutti i poli della medesima polarit? magnetica, nel caso in oggetto di tipo nord. La ragione di ci? ? da ricercarsi nel fatto che essendo il campo magnetico un campo a linee chiuse, il flusso del vettore induzione magnetica entrante nei poli sud ? del tutto identico a quello uscente dai poli nord. Nella pratica, nulla vieterebbe di aggiungere altre 3 bobine e misurare sia il flusso dei poli nord che quello dei poli sud. Oltre ci?, facciamo notare che le bobine possono essere collegate in serie, quindi l?equazione R3 diventer?:

<R5: >

Dove

<R6: >

?

Sar? quindi possibile calcolare la somma dei 3 flussi invertendo l?equazione R5 e considerando che:

<R7: >

sar? possibile calcolare ? e quindi

Nelle fig.20, 21 e 22 ? possibile osservare come delle sonde a circuito chiuso possano essere utilizzate per misurare la performance magnetica di due, quattro, sei etc. (fig. 7, 5, 3) poli magnetici di un tipico sistema di ancoraggio magnetico a poli quadri.

Le sonde a circuito aperto (fig.6), a differenza delle precedenti, sono sonde che vengono interposte tra il sistema magnetico e l?eventuale pezzo da ancorare magneticamente.

La sonda 3C pu? essere posizionata su uno o pi? poli e la chiusura del circuito magnetico viene ottenuta attraverso il pezzo da ancorare.

Sostanzialmente il parallelepipedo 4B di materiale ferromagnetico 1 viene posizionato sul sistema magnetico e reso ad esso solidale attraverso una vite posta nel foro di staffaggio.

La sonda 3C verr? utilizzata per acquisire la variazione di flusso.

Sono state descritte varie forme di realizzazione dell?innovazione, ma altre potranno essere concepite sfruttando lo stesso concetto innovativo.

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Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Misuratore (1) portatile di una forza generata da un apparato magnetico (2), comprendente una sonda (3) mobile configurata per essere accoppiata all?apparato magnetico (2) del quale rilevare la forza, la sonda (3) comprendendo almeno un elemento ferromagnetico attivo (4) che presenta una configurazione corrispondente a quella di un polo (N, S) dell?apparato magnetico, la sonda essendo dotata di mezzi di allineamento (5,6) configurati per allineare l?almeno un elemento ferromagnetico attivo (4) ad almeno un polo magnetico (N, S) dell?apparato magnetico (2), l?almeno un elemento ferromagnetico attivo (4) essendo circondato da almeno una spira (B) in materiale elettricamente conduttivo, e un unit? di rilevazione (7) interfacciata con la almeno una spira (B) in modo da rilevare un flusso magnetico che attraversa la spira almeno durante un transitorio di attivazione/disattivazione dell?apparato magnetico.
2. 2. Misuratore secondo la rivendicazione precedente in cui la spira (B) ? parte di una bobina associata all?elemento ferromagnetico.
3. 3. Misuratore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la sonda (3) comprende almeno un elemento ferromagnetico attivo (4) e un elemento ferromagnetico passivo (4A) reciprocamente separati da un isolante (I) magnetico, o un elemento ferromagnetico attivo (4) e un elemento ferromagnetico passivo (4A) magneticamente cortocircuitati.
4. 4. Misuratore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui la sonda comprende una pluralit? di elementi ferromagnetici attivi (4) e una pluralit? di elementi ferromagnetici passivi (4A) disposti a scacchiera, l?isolante magnetico (I) essendo posizionato fra ogni elemento ferromagnetico attivo (4) e ogni elemento ferromagnetico passivo (4A) reciprocamente affiancati, e/o in cui la pluralit? di elementi ferromagnetici attivi e passivi presenta una forma e una disposizione corrispondente a quella dei poli (N,S) dell?apparato magnetico (2). ?
5. 5. Misuratore secondo la rivendicazione 1, in cui i detti mezzi di allineamento sono di tipo visivo.
6. 6. Misuratore secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di allineamento (5, 6, 10) sono di tipo meccanico e comprendono almeno una spina o vite (10) di centraggio in un foro (5) dell?elemento ferromagnetico (4, 4A) e/o una cornice (6).
7. 7. Misuratore secondo la rivendicazione 1, in cui l?unit? di rilevazione (7) ? interfacciata con la sonda (3) attraverso almeno un connettore (12) elettrico amovibile.
8. 8. Misuratore secondo la rivendicazione 1, in cui l?unit? di rilevazione (7) comprende un?unit? di elaborazione (7B) configurata per leggere un flusso magnetico rilevato dalla spira (B) durante un transitorio di magnetizzazione dell?apparato magnetico (2) e convertire tale flusso in un valore di forza.
9. 9. Misuratore secondo la rivendicazione precedente, in cui la sonda (3) comprende un identificatore leggibile dall?unit? di rilevazione in modo da associare alla sonda (3) dei propri parametri fisici per convertire il flusso in un valore di forza.
10. 10. Misuratore secondo la rivendicazione 7, in cui l?unit? di rilevazione (7) comprende uno schermo (7D) su cui visualizzare detto valore di forza e/o un grafico di detta forza.